Eis spielt im Klimageschehen eine wesentliche Rolle, da es die Energiebilanz und damit die atmosphärische sowie ozeanische Zirkulation und die Meeresspiegelhöhe beeinflusst. Von den Komponenten der Kryosphäre sollen die wichtigsten, nämlich das Meereis und die Eisschilde Grönlands und der Antarktis behandelt werden.

Für die Meereisausdehnung und den Bedeckungsgrad (Konzentration) existiert bereits ein fast dreissigjähriger Datensatz, der aus passiven Mikrowellen-Verfahren abgeleitet wurde. Diese Daten gehen zusätzlich in die Bestimmung der Meereisdrift ein. In Hinblick auf diese Beobachtungsgrößen geht es also hauptsächlich darum, bereits existierende Methoden zu verbessern und die Datensätze zu erweitern. Neue Verfahren sind erforderlich zur Bestimmung der Meereisdicke, der Oberflächeneigenschaften, des Deformationszustandes und der Schneeauflage. Diese Daten sollen Eingang finden in Meereisvorhersagemodelle und regionale und globale Klimamodelle. Im Einzelnen sollen folgende Untersuchungen durchgeführt werden:

• Bestimmung der regionalen und zeitlichen Variabilität der Eisdicke und der Schneeauflage (Boden- und Hubschraubermessungen zur Validation von Satellitendaten, z.B. CryoSat)
• Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Muster der Oberflächenstruktur und des Anteils des deformierten Eises (Radardaten verschiedener Satelliten)
• Ermittlung der räumlichen und zeitlichen Verteilung des Schmelzbeginns in Arktis und Antarktis
• Abschätzung des Anteils des dünnen Eises, der für den Wärmeaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre besonders wichtig ist
• Bestimmung der Existenz und Ausdehnung von Festeis und Küstenpolynjen und ihres Einflusses auf Primärproduktion, Sedimentation und Küstenerosion,
• Auswertung historischer Satellitendaten bezüglich mehrjähriger bis dekadischer Variationen der Meereiseigenschaften (insbesondere Wave-Mode-Daten von ERS 1/2, Radaraltimeterdaten u.a.)

Die Radaraltimetrie ist derzeit die wichtigste Methode zur flächendeckenden Bilanzierung von Eismassen in Grönland und in weiten Bereichen der Antarktis (bis 82°S). Die verfügbaren Zeitreihen der Radaraltimetrie reichen von SEASAT (1978) über GEOSAT (1985-1989), ERS-1 (1991-1996) zu ERS-2 (1995-heute). Mit dem 2002 gestarteten Satelliten ENVISAT werden die Messungen mit einer deutlich verbesserten Genauigkeit in der Zukunft fortgesetzt. Schwerpunkte der Untersuchungen sind die Bestimmung der zeitlichen und räumlichen Variationen

• der Oberflächentopographie,
• der Eisbewegung (Massentransport)und damit der Massenbilanz und
• der Oberflächenrauhigkeiten.

Mit dem Start der ICESat-Mission steht erstmalig ein Laseraltimeter zur Bestimmung der Oberflächenformen über Landeis zur Verfügung. Mit diesem Messverfahren können nunmehr auch kleinskalige Oberflächenformen in der Größenordnung von 100 m erfasst werden. In der Kombination mit konventionellen Radaraltimetern ergeben sich deutlich verbesserte Möglichkeiten zur Bestimmung von Eismassenbilanzänderungen der polaren Gebiete. Die geplante CryoSat-Mission wird der Radaraltimetrie zukünftig wesentlich breitere Anwendungsfelder erschließen. Mit dem entwickelten interferometrischen Radaraltimeter wird die Erfassung kleiner Höhenunterschiede auf kurzen räumlichen Skalen ermöglicht. Damit rückt erstmalig die Detektion von Eismassenänderungen auch auf kurzen zeitlichen Skalen in den Bereich des Möglichen. Die Kombination von in-situ Messungen (ground truth von Schnee- und Eisparametern) mit den Fernerkundungsdaten der Radaraltimetrie schafft die Voraussetzungen für eine detaillierte Analyse der Veränderungen.

Die flächendeckende Messung der Eisbewegung von Land- und Schelfeis erfolgt durch die Überlagerung hochauflösender Satellitenbilder. Die zur Zeit genaueste Methode ist die interferometrische Anwendung von abbildenden Radarsystemen (Synthetisches Apertur Radar - SAR). Die hohe Genauigkeit ermöglicht die Ableitung von horizontalen und vertikalen Bewegungskomponenten. Besonders Erfolg versprechend ist die Analyse von Daten der "Eis-Phase" des ERS-1 (1991/92, 1993/94), sowie der ERS-1/2 Tandem Mission (1995-1999). Zur Zeit wird die SAR Interferometrie hauptsächlich auf Auslassgletscher der Eisschilde angewendet.

In Kombination mit flugzeuggetragenen Eisdickenmessungen und Annahmen über das vertikale Geschwindigkeitsprofil wird so die Messung des Massenflusses über die Aufsetzlinie bestimmt. Die genaue Positionsbestimmung der Aufsetzlinie ist ebenfalls mittels SAR Interferometrie möglich. Migration der Aufsetzlinie, Abschmelzen und Anfrieren an der Schelfeisunterseite sowie die Dynamik des Kalbens an der Schelfeiskante sind weitere wichtige Größen in der Massenbilanz des Eisschildes, zu deren Beobachtung die SAR Interferometrie wichtige Beiträge leistet.

Neue Sensoren weisen gegenüber dem ERS SAR wesentliche technische Modifikationen auf. Das ASAR (advanced SAR) des ENVISAT ermöglicht, ähnlich dem Radarsat, die kontinuierliche Abbildungen von unterschiedlich großen Aufnahmestreifen mit variierbarer Auflösung und Polarisation. TerraSAR-X und TerraSAR-L sind für die Erkundung von Landeis wegen der kurzen Wiederholraten und der flexiblen Aufnahmegeometrie von besonderem Interesse. Das X-Band SAR ermöglicht eine hochaufgelöste Kartierung und Signaturstudien, das L-Band SAR verspricht zusätzlich durch hohe Kohärenz über längere Zeiträume neue Impulse für die interferometrische Analyse von Schnee und Eis. In naher Zukunft wird die Palette von abbildenden Radarsystemen bedeutend erweitert und wesentlich zur Analyse der Schneedecke und der Eisdynamik und ihrer Änderungen beitragen.

Ziel dieser Aktivitäten ist die Bestimmung der Massenbilanz von Meereis und Landeis und ihrer zeitlichen und räumlichen Veränderungen. Außerdem sollen neue Meereisparameter für einen längeren Zeitraum aus Satellitendaten zur Verbesserung von Vorhersage- und Klimamodellen bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe lässt sich nur bewerkstelligen durch die Zusammenführung der Expertise im Bereich der boden-, schiffs- und flugzeuggestützten Messungen (AWI), der Satellitenradardaten (DLR) und der Altimetermessungen (GFZ).

Im Bereich des Meereises verknüpft das AWI verschiedenen Satellitendaten mit Boden-, Hubschrauber- und Flugzeugmessungen zum Zwecke der Validierung. Ferner werden 7 Satellitendaten bezüglich Klimainformationen untersucht und mit Modellen verglichen. Im Bereich der Eisschilde bestimmt das AWI die Oberflächentopographie und die Bewegung des Eises (Massentransport) in ausgewählten Gebieten, wobei Boden- und Flugzeugmessungen zur Validierung eine wichtige Rolle spielen.

DLR konzentriert sich auf Aufbereitung und Analyse von Radardaten verschiedener Satelliten bezüglich Oberflächenstruktur und anderer Meereiseigenschaften. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Aufbereitung und Auswertung historischer Satellitendaten, insbesondere von Langzeitserien von Radardaten.

Das GFZ arbeitet vertiefend an der Wellenformanalyse von Radaraltimeterdaten über Meereis- und Landeisgebieten und der Kombination von Radaraltimetrie mit Laseraltimetrie zur Ableitung von Höhenänderungen der Eisschilde in ausgewählten Untersuchungsgebieten. Gleichzeitig werden Algorithmen zur Analyse der SIRAL-Daten der geplanten CryoSat-Mission entwickelt. Aus von Satelliten gemessenen Schweresignalen sollen auf globaler Skala Massenverteilungen zwischen Eis und Wasser quantifiziert werden.