Dank der Satellitenmissionen GRACE und GRACE-FO liefert das GFZ jetzt operationelle Daten zu zwei Essenziellen Klimavariablen an den Copernicus Climate Change Service – zur Gesamtwasserspeicherung und erstmals global zum Grundwasser.
Autor:innen
Andreas Güntner1,2, Julian Haas1, Eva Boergens1, Feifei Cao8, Christoph Dahle1, Henryk Dobslaw1, Inés Dussaillant7, Wouter Dorigo5, Annette Eicker1,9, Adrian Jäggi6, Miriam Kosmale4, Johanna Lems5, Kari Luojus4, Ulrich Meyer6, Wolfgang Preimersberger5, Ehsan Sharifi3,1, Michael Zemp7
1 GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, Potsdam, 14473, Germany, 2 University of Potsdam, Institute of Environmental Science and Geography, Potsdam, 14476, Germany,
3 Institute of Meteorology and Climate Research-Troposphere Research (IMK-TRO), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Karlsruhe, 76131, Germany, 4 Finnish Meteorological Institute, FMI, Arctic Space Center, Helsinki, 00560, Finland, 5 TU Wien, Department of Geodesy and Geoinformation, Vienna, 1040, Austria, 6 University Bern, Astronomical Institute, Bern, 3012, Switzerland, 7 Department of Geography, University of Zurich, Zurich, 8057, Switzerland, 8 International Groundwater Resources Assessment Centre IGRAC, Delft, Netherlands, 9 HafenCity University Hamburg, Chair of Geodesy and Adjustment Theory, Hamburg, Germany
Zusammenfassung
Wie viel Wasser steckt in den Böden, Seen, Gletschern und GrundwasserleiterEine Schicht aus Gestein oder Sediment, die dazu geeignet ist Wasser zu speichern und zu transportieren. Ist die Schicht vollständig mit Wasser gefüllt, spricht man von einem gesättigten Grundwasserleiter (engl. Aquifer). Im deutschen Sprachraum ...n der Erde – und wie verändert sich diese Menge im KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...wandel? Messen lässt sich das aus dem Weltraum: Die Satelliten der Missionen GRACE und GRACE-FO registrieren Schwankungen im Schwerefeld der ErdeDas Schwerefeld der Erde setzt sich aus der Erdanziehung (Gravitation) und der durch die Erdrotation verursachten, breitenabhängigen Zentrifugalbeschleunigung zusammen. Die Materie in und auf der Erde ist nicht gleichmäßig verteilt. Wasser, locker... und machen nach aufwändiger Prozessierung damit sichtbar, wie sich Wasser auf den Kontinenten der Erde bewegt, wo es verschwindet und wo es sich ansammelt. Auf Grundlage dieser einzigartigen Messungen hat das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung einen neuen operationellen Datendienst für den Copernicus Climate Change Service (C3S) der Europäischen Union gestartet. Seit April 2026 stehen dort flächendeckend und global Daten zur Änderung der GesamtwasserspeicherungDie Gesamtmenge des auf den Landmassen der Erde vorhandenen Wassers wird als Gesamtwasserspeicherung (TWS) bezeichnet. Wichtige Beiträge zum Gesamtspeicher sind Schnee, Eis (in Gletschern und Eisschilden), Oberflächenwasser (in Flüssen, Seen, Feuc... bereit, seit Oktober 2026 auch zur Änderung des Grundwassers. Diese beiden Größen zählen zu den sogenannten Essentiellen KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...variablen, festgelegt vom Globalen KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...beobachtungssystem GCOS. Sie sind eine wichtige Basis, um die KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...entwicklung der Erde zu verfolgen und gezielt Maßnahmen zur Anpassung an KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...änderungen zu ergreifen.
Von GRACE über G3P zu C3S - Der Beitrag des GFZ
Das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung wurde im November 2024 beauftragt, Datenprodukte zu den ECVs „Gesamtwasserspeicherung“ und „Grundwasser“ zu entwickeln und diese in den Copernicus Climate Change Service (C3S) zu bringen. Der C3S ist Teil des Erdbeobachtungsprogramms der Europäischen Union (EU). Inzwischen werden diese Datensätze vom GFZ operationell produziert: für die Variable „Terrestrial Water Storage Anomaly (TWSA)“ bereits seit April 2026 und nun ganz aktuell seit Oktober 2026 auch für „Groundwater Storage Change (GWSC)“.
Federführend beim neuen Datenservice ist die GFZ-Sektion 4.4 „Hydrologie“, unterstützt von den Sektionen 1.2 „Globales Geomonitoring und Schwerefeld“ und 1.3 „Erdsystem-Modellierung“. „Die Etablierung eines ECV-Services auf dieser wichtigen europäischen Plattform stellt einen Höhepunkt im jahrzehntelangen Engagement des GFZ in der Satellitengravimetrie und deren hydrologischen Anwendungen dar“, sagt Prof. Dr. Andreas Güntner, Arbeitsgruppenleiter und Koordinator des Projektes „Global Gravity-based Groundwater Product (G3P)“, das von der GFZ-Sektion HydrologieWissenschaft vom Wasserkreislauf. In der Hydrologie wird die zeitliche und räumliche Verteilung des Wassers, dessen Eigenschaften und dessen Wechselwirkungen mit der Umwelt untersucht. Folgende Wissenschaften sind verwandte Disziplinen oder Teilgebi... geleitet wurde. In G3P wurde der Prototyp für GWSC entwickelt und der Grundstein für den Transfer beider Datenprodukte in den C3S gelegt. „Der Datenservice ermöglicht uns Beiträge zum öffentlichen Verständnis aktueller klimatischer Verhältnisse. Z.B. im WMO-Bericht „State of the Global Climate“ zeigen wir damit die Auswirkungen von KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...variabilität und KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...änderung auf den WasserkreislaufDer Wasserkreislauf beschreibt den Transport von Wasser aus den Meeren, durch die Atmosphäre, auf das Festland und von dort wieder zurück in die Meere. Das Wasser wechselt bei dieser Reise mehrfach seine Aggregatzustände, d.h. es bewegt sich als f... und die globalen Wasserressourcen. Damit verfestigt sich die Rolle des GFZ als die erste Adresse in diesen Fragen für Politik, Wirtschaft und Wissenschaft in Europa“, ergänzt Dr. Julian Haas, Projektmanager und Wissenschaftler in der Sektion HydrologieWissenschaft vom Wasserkreislauf. In der Hydrologie wird die zeitliche und räumliche Verteilung des Wassers, dessen Eigenschaften und dessen Wechselwirkungen mit der Umwelt untersucht. Folgende Wissenschaften sind verwandte Disziplinen oder Teilgebi... für den neuen ECV-Service.
Satelliten, die Wasser wiegen - Der Weg zum Datenprodukt TWSA
Der Datendienst auf C3S wäre ohne die deutsch-amerikanische Satellitenmissionen GRACE (2002-2017) und GRACE-FO (2018 bis heute) nicht denkbar. Als Grundlage für beide Produkte dienen die von den Satelliten erhobenen Schwerefeld-Daten, die dann vom GFZ und weiteren Analysezentren prozessiert werden. Um die Änderung der GesamtwasserspeicherungDie Gesamtmenge des auf den Landmassen der Erde vorhandenen Wassers wird als Gesamtwasserspeicherung (TWS) bezeichnet. Wichtige Beiträge zum Gesamtspeicher sind Schnee, Eis (in Gletschern und Eisschilden), Oberflächenwasser (in Flüssen, Seen, Feuc... zu berechnen werden zunächst störende Einflüsse sowie Signale, die nicht zur Wasserspeicherung gehören, herausgerechnet. TWSA im C3S basiert dabei auf der ausgereiften und etablierten GRACE/-FO-Kombinationslösung des Partners „International Combination Service for Time-variable Gravity Fields” (COST-G). Das Resultat dieser Prozessierung wird dann als monatliche Datensätze auf einem 0,5-Grad-Raster (das entspricht ca. 50 km am Äquator) für den ganzen Globus, inklusive einer umfassenden Dokumentation und Metadaten, auf C3S zur Verfügung gestellt und alle 6 Monate aktualisiert (Siehe Abbildung 2 im Slider oben). Nur diese lange und beinahe lückenlose Zeitreihe von Beobachtungen mit GRACE und GRACE-FO macht langfristige Trends und großskalige Zusammenhänge sichtbar. Deshalb ist es für die KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...forschung von unschätzbarem Wert das Beobachtungssystem SatellitengravimetrieVerfahren zur Vermessung des Erdschwerefeldes mittels Satelliten. In den vergangenen 20 Jahren wurden verschiedene moderne Varianten realisiert: (1) Laufzeitmessungen zwischen hochfliegenden GPS-Satelliten und einem tieffliegenden Satelliten (high-lo... über die nächsten Jahrzehnte fortzuführen.
Vom Schwerefeld zum Grundwasser - Der Weg zum Datenprodukt GWSC
Grundwasser lässt sich aus dem All nicht direkt beobachten und auch am Boden liefern die Messungen in einzelnen Brunnen keine flächendeckenden Informationen. Mit GRACE/-FO biete sich aber auch hier eine Lösung. Der Trick bei der Erstellung von GWSC basiert auf der Tatsache, dass die von GRACE/-FO erfassten Änderungen der GesamtwasserspeicherungDie Gesamtmenge des auf den Landmassen der Erde vorhandenen Wassers wird als Gesamtwasserspeicherung (TWS) bezeichnet. Wichtige Beiträge zum Gesamtspeicher sind Schnee, Eis (in Gletschern und Eisschilden), Oberflächenwasser (in Flüssen, Seen, Feuc... aus den Änderungen in den fünf größten Wasserspeicherkomponenten des terrestrischen Wasserhaushaltes zusammengesetzt sind: Gletscher, Schnee, Bodenfeuchte, Oberflächenwasser und eben Grundwasser. Für GWSC werden die Speicheränderungen der ersten vier Komponenten von TWSA abgezogen, so dass die Speicheränderung im Grundwasser übrigbleibt. (Siehe Abb. 3 im Slider oben). Diese Komponenten liefern internationale Partner aus ihren Copernicus-Portfolios mit globalen Daten aus Fernerkundung und Modellen: die TU Wien (Bodenfeuchte), die Universität Zürich (Gletscher), der Finnische Wetterdienst FMI (Schnee) und die Gemeinsame Forschungsstelle der EU, JRC (Oberflächenwasser). Das im Projekt G3P entwickelte Verfahren wurde für Copernicus weiter verfeinert und weitgehend automatisiert. Details zum Ansatz, den Datenquellen und der Prozessierung beschreibt die Publikation Güntner et al. (2026). GWSC wird auf C3S etwa alle 12 Monate aktualisiert, da für die Prozessierung jedes Mal ein vollständiges, 1-jährliches globales Gletscherprodukt benötigt wird.
Was die Daten zeigen - Anwendung und Nutzung der Daten
Die neuen Datensätze schließen Lücken in der Erdbeobachtung und eröffnen Analysemöglichkeiten, die bisher nicht möglich waren. So konnte das GFZ mit den TWSA-Daten zeigen, wie sich das Wasserdefizit in Deutschland und Europa in den vergangenen Jahren verschärft hat (zur Meldung auf gfz.de). Mit GWSC lassen sich Trends im Grundwasser nun erstmals global vergleichen, wie es in Hohensinn et al. (2026) demonstriert wurde.
Hintergrund: GCOS und Essenzielle Klimavariablen
Das Globale KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...beobachtungssystem GCOS (Global Climate Observation System) wurde 1992 unter anderem von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und den Vereinten Nationen eingerichtet. Es sorgt dafür, dass klimarelevante Beobachtungen weltweit in hoher Qualität erhoben werden und frei verfügbar sind. GCOS erstellt selbst keine eigenen Produkte, sondern unterstützt die Erhebung und Bereitstellung umfassender und kontinuierlicher Datenreihen über das gesamte KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...system und definiert die entsprechenden Anforderungen an Beobachtungssysteme und Messnetze.
GCOS hat derzeit 55 Essenzielle KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...variablen (Essential Climate Variables, ECVs) für die Bereiche Atmosphäre, Ozean und Land definiert, wie beispielsweise Niederschlag, Treibhausgaskonzentrationen, Verdunstung, Temperaturen von Landflächen und Ozean, oder der Spiegel oder Sauerstoffgehalt der Meere. Zu den ECVs im Landbereich gehören auch das „Grundwasser“ und die „Gesamtwasserspeicherung“ (Terrestrial Water Storage – TWS). Letztere wurde von GCOS in 2022 als neue ECV aufgenommen. ECV-Datensätze liefern wichtige Belege um die KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...entwicklung zu verstehen, Risiken zu bewerten und KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...phänomene ihren Ursachen zuzuordnen, und sind damit eine zentrale Grundlage für die Arbeit der UN-Klimarahmenkonvention (UNFCCC) und des Weltklimarats IPCCDer Intergovernmental Panel on Climate Change – kurz IPCC – ist ein zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen. Bekannt ist der IPCC auch als Weltklimarat. Es handelt sich dabei um ein wissenschaftliches Gremium, welches den aktuellen St... (aus: https://gcos.wmo.int/site/global-climate-observing-system-gcos/essential-climate-variables/about-essential-climate-variables).
Weiterführende Links
Literatur
Paper zu G3P: Güntner, A., Sharifi, E., Haas, J., Boergens, E., Cao, F., Dahle, C., Darbeheshti, N., Dobslaw, H., Dussaillant, I., Dorigo, W., Flechtner, F., Jäggi, A., Kosmale, M., Lasser, M., Luojus, K., Meyer, U., Pasik, A., Preimesberger, W., Ruz Vargas, C., and Zemp, M.: The Global Gravity-based Groundwater Product (G3P), Earth Syst. Sci. Data, 18, 7787–7816, https://doi.org/10.5194/essd-18-7787-2026, 2026.
Paper zu globalen Grundwassertrends: Hohensinn, R., Gou, J., Meyer, U., Humphrey, V., Dorigo, W., Boergens, E., Soja, B., Gruber, A., Jensen, L., Eicker, A., Rast, M., and Güntner, A.: Water storage trends derived from the GRACE/-FO global gravity-based groundwater product (G3P), EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2026-975, 2026.