GPS håller koll på havsytan

Radiosignaler från satellitnavigationssystem som GPS och Glonass kan avslöja havsnivån med millimeternoggrannhet. Två forskare på Chalmers har utvecklat ett instrument som kan använda befintlig GPS-utrustning världen över för att mäta havsnivån i detalj.

De två forskarna Johan Löfgren och Rüdiger Haas vid Chalmers Institution för rymd- och geovetenskap har utvecklat en så kallad GNSS-mareograf. Det handlar om ett instrument som mäter vattenståndet med hjälp av radiosignaler från satellitnavigationssystem där GNSS står för Global Navigation Satellite System.

– Vi mäter havsnivån med samma radiosignaler som används i satellitnavigeringssystem i bilar och mobiltelefoner. När satelliterna rör sig över himlen ”ser” instrumentet satelliternas signaler – både de direkta signalerna och de signaler som har reflekterats i vattenytan, förklarar Johan Löfgren.

De två antennerna, båda täckta av vita kupor, mäter både signalerna som kommer direkt från satelliterna och de som reflekterats i havsytan.

Två antenner används för att mäta signalerna, både de som kommer direkt från satelliterna och de som har reflekterats i havsytan. Mätningen sker upp till 20 gånger per sekund.

Signalen som mäts innehåller information om allt från tidvatten – som beror främst på månens och solens dragningskraft – till vädervariationer beroende av hög- och lågtryck liksom klimatpåverkan. Genom avancerad signalanalys kan de olika fenomenen studeras var och en för sig.

Det nya instrumentet tros kunna bli en viktig pusselbit i den framtida klimatforskningen, eftersom en ökande medelhavsnivå är en av klimatförändringarnas mest tydliga konsekvenser.

Ytterligare en fördel är att en GNSS-mareografen på en viss plats kan mäta förändringar hos både hav och land.

– 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.

Mätstationen vid Onsala rymdobservatorium ska i sommar kompletteras med Chalmers GNSS-mareograf liksom andra avancerade instrument. Utbyggnaden sker i samarbete med SMHI.

– 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.

Till detta hör att forskarna kunnat visa att det skulle räcka med att använda en av antennerna för att ta emot radiosignaler med dagens kustnära GNSS-stationer, som främst används för att mäta landrörelser.

– Det betyder att kustnära GNSS-stationer – det finns hundratals över hela världen – också kan användas för att mäta havsnivån, säger Johan Löfgren.