Bathymetrie

Unter Bathymetrie versteht man die Vermessung der Gestalt der Meeresböden. Sie dient der Gewinnung von Karten, aus denen das Tiefenprofil der Ozeane ersichtlich wird.

Traditionell wird Bathymetrie mit Echolot betrieben. Akustische Signale werden ausgesandt und an der Meeresoberfläche reflektiert. Fächersonare oder Fächerecholote, wie das SEABEAM-System oder das System HYDROSWEEP, sind in den Schiffsrumpf eingebaute Sonare, die - anders als herkömmliche Echolotsysteme- zusätzlich zum zentralen Schallstrahl nach unten weitere Schallstrahlen seitlich zur Fahrtrichtung aussenden. Für jeden der Schallstrahlen wird die Laufzeit des Signals ermittelt, daraus die Wassertiefe errechnet und damit eine flächenhafte Information zur Wassertiefe unterhalb des Boots zusammengesetzt.

Da EM-Strahlung im Vergleich zu Schallwellen nur wenig in den Wasserkörper eindringt, kann die Tiefe nur in flachen Gewässern bzw. in Küstennähe direkt gemessen werden. Satelliten-Altimetrie beruht auf der Tatsache, dass die Bodentopographie spezielle Oberflächen-Signaturen hervorruft. Diese sind von Radarsensoren erfassbar und lassen Rückschlüsse auf die Bathymetrie zu.

Divergenz und Konvergenz bei Strömungen über eine Schwelle Grundlagen der Fernerkundung
Divergenz und Konvergenz bei Strömungen über eine Schwelle Grundlagen der Fernerkundung (Quelle:Susanne Crewell, Meteorologisches Institut, Universität Bonn)

Signatur der Topographie an der Oberfläche

Die Wellenstruktur verändert sich, wenn ein Wasserkörper über eine Schwelle strömt. Es entsteht vor der Schwelle eine Zone der Divergenz, die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich und es kommt zu einem Auseinanderziehen der Kapillarwellen. Hinter der Schwelle befindet sich eine Konvergenz, die Strömung verlangsamt sich und die Wellen werden zusammengedrückt. Auf SAR-Bildern ist dies durch den Unterschied der Streucharakteristik der beiden Zonen erkennbar.

Gravitationsanomalien (links) aus Altimeterdaten und errechnete Topographie (rechts) unter Einbeziehung von in situ Messungen.
Gravitationsanomalien (links) aus Altimeterdaten und errechnete Topographie (rechts) unter Einbeziehung von in situ Messungen. (Quelle:NOAA/Scripps Institution of Oceanography)

Topographie des Meeresbodens

Der Abstand vom Satelliten zur Oberfläche kann mit den heutzutage eingesetzten Altimetern sehr genau bestimmt werden (etwa auf 1-2cm), wobei eher die genaue Ortsbestimmung des Satelliten selbst Schwierigkeiten bereitet. Der sich abzeichnende Geoid ist Ausdruck des Schwerefeldes der Erde, welches durch Dichteunterschiede von Gestein und Wassermassen beeinflusst wird. Meeresrücken, Gräben und Ebenen von bis zu 8 km Tiefe üben verschiedene Anziehungskräfte auf die Wassermassen aus, so dass sich die Topographie des Meeresbodens an der Oberfläche wiederspiegelt und eine auswertbare Signatur hinterlässt.