Mittlerer Meeresspiegel (MSL) und verwandte Begriffe aus den Geowissenschaften

Der Mittlere Meeresspiegel (MSL) ist das arithmetische Mittel der stündlich beobachteten Meeresspiegelhöhen über einen festgelegten, standardisierten Zeitraum – typischerweise 19 Jahre, bekannt als Metonischer Zyklus – an einem bestimmten Ort. Der MSL dient als grundlegende Referenz für Höhen- und Tiefenmessungen in der Vermessung, Kartierung, Luftfahrt und Geodäsie. Die Verwendung des MSL ermöglicht ein gemeinsames vertikales Bezugsniveau für den Vergleich von Höhen über Regionen hinweg und sorgt so für Konsistenz in Navigation, Ingenieurwesen und wissenschaftlicher Forschung.

Der MSL ist eine dynamische Größe, die von verschiedenen physikalischen Phänomenen wie Gezeiten, Luftdruck, ozeanischen Strömungen, Temperatur und Salzgehalt beeinflusst wird. Um diese kurzfristigen Schwankungen zu minimieren, ist der MSL keine Momentaufnahme, sondern ein Mittelwert, der periodische und episodische Veränderungen ausgleicht. In geodätischer Hinsicht nähert der MSL das Geoid – die äquipotentielle Gravitationsfläche der Erde – an, wobei der lokale mittlere Meeresspiegel durch regionale ozeanografische und atmosphärische Prozesse vom Geoid abweichen kann.

Anwendung in Luftfahrt und Vermessung

In der Luftfahrt ist der MSL die Referenz für alle Höhenangaben. Wenn zum Beispiel das Höhenmessgerät eines Flugzeugs 3.000 Fuß anzeigt, liegt das Flugzeug 3.000 Fuß über dem MSL. In der Vermessung und im Bauwesen werden Landhöhen und Wassertiefen relativ zum MSL gemessen, was eine standardisierte Grundlage für Karten, Pläne und Infrastrukturdesigns gewährleistet.

Globaler versus lokaler MSL

• Globaler Mittlerer Meeresspiegel (GMSL): Die räumlich gemittelte Höhe der Ozeane, überwacht durch Satelliten.
• Lokaler Mittlerer Meeresspiegel (LMSL): An bestimmten Pegelstandorten bestimmt und kann sich aufgrund regionaler Einflüsse wie Strömungen, Temperatur, Wetterbedingungen und Landbewegungen deutlich vom GMSL unterscheiden.

ICAO-Referenz

Laut ICAO Annex 14 werden alle Flugplatzhöhen und Hindernishöhen auf den MSL bezogen. Die genaue Bestimmung des MSL ist für die Sicherheit und Standardisierung des internationalen Luftverkehrs von entscheidender Bedeutung.

Verwandte Begriffe aus den Geowissenschaften

Vertikales Datum

Ein vertikales Datum ist eine feste Bezugsfläche, von der aus vertikale Messungen wie Höhen und Tiefen vorgenommen werden. Vertikale Datums liefern das „Nullniveau“ der Höhe und ermöglichen konsistente Messungen an verschiedenen Orten und über die Zeit hinweg. Beispiele sind das Ordnance Datum Newlyn (UK), NGVD 29 und NAVD 88 (USA). Moderne Ansätze nutzen geoidbasierte globale vertikale Datums, ermöglicht durch Satellitengeodäsie.

Pegel

Ein Pegel ist ein Präzisionsinstrument, das an Küsten installiert ist, um den Meeresspiegel relativ zu einem festen Referenzpunkt an Land zu messen. Pegel sind grundlegend zur Bestimmung des lokalen mittleren Meeresspiegels, zur Überwachung von Meeresspiegeländerungen und zur Unterstützung von Navigation, Ingenieurwesen und Klimawissenschaften. Sie können Schwimmer, Drucksensoren oder Radartechnologien nutzen.

Satellitenaltimeter

Ein Satellitenaltimeter ist ein Radarinstrument auf Satelliten, das die genaue Entfernung vom Satelliten zur Meeresoberfläche misst und so die weltweite Berechnung der Meeresoberflächenhöhe (SSH) ermöglicht. Seit den 1990er Jahren haben Satelliten wie TOPEX/Poseidon und die Jason-Serie die globale Überwachung des Meeresspiegels revolutioniert.

Geoid

Das Geoid ist eine theoretische Fläche, welche die Form der Ozeane unter dem alleinigen Einfluss von Schwerkraft und Erdrotation darstellt – eine äquipotentielle Gravitationsfläche. Das Geoid ist die Nullhöhennorm für die meisten vertikalen Datums und wird vom MSL annähernd, aber nicht exakt, widergespiegelt.

Ellipsoid

Ein Ellipsoid ist eine mathematisch definierte, glatte und regelmäßige Fläche, die die Form der Erde (leicht abgeflacht an den Polen) annähert. GPS- und GNSS-Systeme nutzen Ellipsoid-Modelle (wie WGS84) als geometrische Referenz, diese unterscheiden sich jedoch aufgrund von Schwerkraftvariationen vom Geoid und MSL.

Globaler Mittlerer Meeresspiegel (GMSL)

Globaler Mittlerer Meeresspiegel (GMSL) ist die räumlich gemittelte Höhe der Weltmeere. Er ist ein Schlüsselindikator für den Klimawandel und integriert die Auswirkungen von Ozeanerwärmung, Eisschmelze und Landwasserspeicherung. GMSL wird durch Satellitenaltimetrie und Pegel gemessen.

Lokaler Mittlerer Meeresspiegel (LMSL)

Lokaler Mittlerer Meeresspiegel (LMSL) ist der durchschnittliche Meeresspiegel an einem bestimmten Ort über einen Zeitraum von 19 Jahren. LMSL kann sich aufgrund regionaler Faktoren (Strömungen, Gezeiten, Wind und Landbewegungen) vom GMSL unterscheiden.

Metonischer Zyklus

Der Metonische Zyklus ist ein 19-jähriger Zeitraum zur Mittelung von Pegeldaten, der alle wichtigen Gezeiten- und astronomischen Zyklen abdeckt, die Meeresspiegelveränderungen beeinflussen.

Meeresoberflächenhöhe (SSH)

Meeresoberflächenhöhe (SSH) ist die Höhe der Ozeanoberfläche über einer Referenzfläche (typischerweise Geoid oder Ellipsoid), weltweit gemessen durch Satellitenaltimetrie.

Bathymetrie

Bathymetrie ist die Messung der Tiefe von Gewässern relativ zum MSL und ist unerlässlich für Navigation, Geologie und Meeresökologie.

Orthometrische Höhe

Orthometrische Höhe ist die Höhe eines Punktes über dem Geoid (mittlerer Meeresspiegel), gemessen entlang der Richtung der Schwerkraft. Sie ist die Standardhöhe in den meisten praktischen Anwendungen.

Ellipsoidische Höhe

Ellipsoidische Höhe ist die geometrische Höhe über dem Ellipsoid (GNSS-Referenzfläche) und wird mittels Geoidmodellen in orthometrische Höhe umgerechnet.

Geodätisches Nivellement

Geodätisches Nivellement bestimmt Höhenunterschiede zwischen Punkten unter Bezug auf ein vertikales Datum wie MSL. Die Methoden umfassen Präzisionsnivellement, trigonometrisches Nivellement und GNSS-basiertes Nivellement.

Postglaziale Hebung (glazial-isostatische Anpassung)

Postglaziale Hebung oder glazial-isostatische Anpassung (GIA) ist die allmähliche Hebung von Land, das zuvor von Eismassen niedergedrückt wurde, und beeinflusst lokale Meeresspiegelmessungen.

Absenkung

Absenkung ist das Absinken von Land durch natürliche oder menschengemachte Ursachen und beeinflusst den lokalen relativen Meeresspiegelanstieg.

Thermische Ausdehnung

Thermische Ausdehnung ist die Volumenzunahme der Ozeane durch Erwärmung des Meerwassers – der Hauptfaktor für den Meeresspiegelanstieg im 20. und 21. Jahrhundert.

Gletscherschmelze

Gletscherschmelze führt zur Zufuhr von Süßwasser aus landgebundenem Eis in die Ozeane und beschleunigt den globalen Meeresspiegelanstieg.

Änderung der Wasserspeicherung

Änderung der Wasserspeicherung umfasst die Verlagerung von Wasser zwischen Land- und Ozeanspeichern (z. B. Grundwasserentnahme, Stauseebefüllung) und beeinflusst den globalen Meeresspiegel.

Aue

Eine Aue ist eine flache Fläche in der Nähe von Gewässern, die Überschwemmungen ausgesetzt ist. Ihre Kartierung basiert auf genauen MSL- und Höhendaten.

Gezeitenbezugspunkt

Ein Gezeitenbezugspunkt ist eine Standardhöhe, die durch eine Phase der Gezeiten (z. B. mittleres Hochwasser, mittleres niedrigstes Niedrigwasser, MSL) definiert ist und für Hydrographie und Navigation unerlässlich ist.

Äquipotentielle Fläche

Eine äquipotentielle Fläche ist eine Fläche mit konstantem Gravitationspotential; das Geoid ist eine solche Fläche und nähert den globalen MSL an.

Schwereanomalie

Eine Schwereanomalie ist eine Abweichung der gemessenen Schwerkraft von einem Referenzmodell und gibt Aufschluss über die Massenverteilung der Erde sowie die Modellierung des Geoids.

Eustatischer Meeresspiegel

Eustatischer Meeresspiegel beschreibt globale Veränderungen des Ozeanvolumens durch Eisschmelze oder thermische Ausdehnung, im Gegensatz zu lokalen relativen Veränderungen.

Relativer Meeresspiegel

Relativer Meeresspiegel ist die Höhe des Ozeans relativ zum Land an einem bestimmten Ort und integriert sowohl ozeanische Volumenänderungen als auch Landbewegungen.

Geodätisches Referenzsystem

Ein geodätisches Referenzsystem ist ein standardisiertes Koordinaten- und Bezugssystem für Kartierung, Navigation und Geodäsie (z. B. WGS84).

Zusammenfassung

Der Mittlere Meeresspiegel (MSL) ist ein grundlegendes geodätisches Konzept, das Kartierung, Navigation, Ingenieurwesen und Klimawissenschaft untermauert. Als lokale und globale Referenz ermöglicht er die konsistente Messung von Höhen und Tiefen und unterstützt die Flugsicherheit, robuste Infrastrukturen sowie zuverlässige Risikobewertungen für Naturgefahren und den Klimawandel.

Für Organisationen, die auf präzise Höhendaten angewiesen sind, ist das Verständnis von MSL und verwandten Begriffen – vertikale Datums, Geoid, Ellipsoid und mehr – unerlässlich für Genauigkeit, Sicherheit und regulatorische Konformität.

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