Forskare vid Chalmers har studerat nya mätmetoder för att mäta havsnivån – med hjälp av radiosignaler från satelliter. Havsnivån och dess förändringar kan dessutom lätt mätas även med befintlig GPS-utrustning som redan finns i hela världen, visar forskarna.

Panoramabild från GNSS-mareografstationen. När satelliter passerar på himlen tar GNSS-mareografen emot både de direkta signalerna och de signaler som har reflekterats i vattenytan och kan då mäta havsnivån. Bild Johan Löfgren

Mätningar av havsnivån blir allt viktigare i klimatforskningen, och en ökande medelhavsnivå är en av klimatförändringarnas mest tydliga konsekvenser. Forskare vid Chalmers har studerat nya metoder för att mäta havsnivån, som kan bli viktiga redskap för att testa klimatmodeller och upptäcka hur havsnivån längs världens kuster påverkas av klimatförändringar.
Johan Löfgren och Rüdiger Haas, forskare vid Chalmers Institution för rymd- och geovetenskap, har utvecklat och testat ett instrument som mäter vattenståndet med hjälp av radiosignaler från satellitnavigationssystem – en så kallad GNSS-mareograf (GNSS står för Global Navigation Satellite System).
– Medelvattennivån i världshaven ökar på grund av klimatförändringarna, säger Rüdiger Haas. Men ändringen i vattennivå varierar beroende på var man är i världen. Vi vill mäta havsnivån i detalj för att förstå hur kustsamhällen kan påverkas i framtiden.
Instrumentet använder radiosignaler från satelliter i omloppsbana kring jorden, som ingår i satellitnavigationssystem som GPS och Glonass (den ryska motsvarigheten till GPS).
– Vi mäter havsnivån med samma radiosignaler som används i satellitnavigeringssystem i bilar och mobiltelefoner, säger Johan Löfgren. När satelliterna rör sig över himlen ”ser” instrumentet satelliternas signaler både de direkta signalerna och de signaler som har reflekteras i vattenytan.
Två antenner, båda täckta av vita kupor, mäter signalerna som kommer direkt från satelliterna och de som har reflekterats i havsytan. Genom att analysera signalerna tillsammans kan havsnivån och dess variationer mätas, upp till 20 gånger per sekund. Mätningarna är rika på fysikaliska fenomen som tidvatten (som beror främst på månens och solens dragningskraft), vädervariationer (hög- och lågtryck) och klimatpåverkan. Genom avancerad dataanalys kan dessa olika signaler studeras.
GNSS-mareografen har fördelen att man samtidigt och på samma plats kan mäta förändringar hos både hav och land. Det gör att man bättre kan ta hänsyn till landets rörelser, till exempel landhöjning eller i samband med jordskalv.
– Nu kan vi samtidigt mäta vattennivån både relativt kusten och relativt jordens centrum, vilket betyder att vi tydligt kan skilja på vattennivåändring och landrörelse, säger Johan Löfgren.
I sommar byggs mätstationen vid Onsala rymdobservatorium ut i samarbete med SMHI. GNSS-mareografen kommer att kompletteras med andra högprecisionsinstrument.
– Den nya stationen kommer att ingå i ett observationsnät av liknande stationer längs med Sveriges kust som ska bevaka till och med millimeterstora förändringar i vattenståndet under lång tid framöver, säger Gunnar Elgered, professor vid Institutionen för rymd- och geovetenskap vid Chalmers.
Forskarna har dessutom visat hur befintliga kustnära GNSS-stationer, som framför allt mäter landrörelser, nu även kan bevaka havets förändringar.
– Vi har framgångsrikt testat en metod där bara en av antennerna används för att ta emot radiosignalerna, säger Johan Löfgren. Det betyder att kustnära GNSS-stationer – det finns hundratals över hela världen – också kan användas för att mäta havsnivån.
Metoden har utvecklats i samarbete med professor Kristine M. Larson vid University of Colorado, Boulder, USA. Forskarna beskriver tekniken i två nya vetenskapliga artiklar:
Sea level time series and ocean tide analysis from multipath signals at five GPS sites in different parts of the world och Sea level measurements using multi-frequency GPS and GLONASS observations.

Filed under: SvenskTeknik