The aim of this thesis is to create map of cave Výpustek surrounding enviroment. It is going to be complementary map documentation to existing map documentation made by the other students of VUT Brno. These documentations will be joined together and create one relief covering terain above the cave. The work began with building our own traverse and measuring detailed points. The result is topographical and hypsographical determination of the locality expressed numerically and topographically too. Another task was to measure and represent some profiles of main halls and passages of the cave. Intention is to connect underground space with the surface. Surveying network of points built previously inside the cave was used for measurements.

Die Bestimmung von Variationen des Meeresspiegels ist heute wichtiger Gegenstand geodätischer Forschungen. So stellt der mittlere Meeresspiegel eine geometrische Grenzfläche der Erdfigur dar. Seine säkulare Änderung ist darüber hinaus eine wichtige Größe u.a. bei der Planung künftiger Küstenschutzmaßnahmen. Die zuverlässige Schätzung dieser Größen aus den relativ kurzen Zeitreihen aktueller Satellitenaltimeterbeobachtungen wird jedoch durch lang- und kurzzeitig wirkende Meeresspiegelvariationen erschwert. Am Beispiel der Ostsee wurde ein Verfahren entwickelt, diese Variationen in den Beobachtungsdaten mit Hilfe modellierter Oberflächenauslenkungen, die einem hochauflösenden ozeanographischen Modell der Ostsee entnommen wurden, zu reduzieren. Die Streuung der beobachteten Höhen wurde so von ursprünglich etwa 15 bis 25cm auf unter 10cm reduziert. Vor der Nutzung des Modells ergab der Vergleich der modellierten mit beobachteten Variationen des Meeresspiegels eine Genauigkeit der modellierten Meeresspiegelauslenkungen von 5 bis 15cm. Darüber hinaus konnte unter Verwendung von Pegelbeobachtungen eine Modellverbesserung erzielt werden. Die Kombination der Beobachtungen unterschiedlicher Altimetermissionen erforderte des Weiteren eine Homogenisierung der Reihen und die Überprüfung ihrer Langzeitstabilität. Hierzu erfolgte eine absolute Altimetervalidierung durch Vergleich mit Pegelmessungen in der südlichen Ostsee. Relative Biaswerte wurden durch Vergleich der Beobachtungen unterschiedlicher Altimeter im Bereich der gesamten Ostsee ermittelt. Die korrigierten und um die modellierten Meeresspiegelvariationen reduzierten Altimetermeeresspiegelhöhen bildeten im Weiteren die Grundlage zur Bestimmung des mittleren Meeresspiegels der Ostsee und seiner säkularen Änderung. Der lineare Trend des Meeresspiegelanstieges in der Ostsee, bezogen auf das Geoid, ergab sich zu (+1,2+-0,8)mm/Jahr. Die Kombination dieses Wertes mit der an Küstenpegeln beobachteten relativen Meeresspiegeländerung erlaubte weiterhin die Schätzung postglazialer Landhebungsraten im Küstenbereich an den Pegelstationen. Die mittlere Meerestopographie innerhalb der offenen Ostsee wurde, bezogen auf ein regionales Geoidmodell, mit einer Genauigkeit von etwa 3 bis 10cm bestimmt. Das erarbeitete Verfahren zeigt das Potential der Kombination geodätischer Beobachtungsverfahren mit den Ergebnissen einer präzisen Modellierung der beobachteten Größe. Die Arbeit stellt eine regionale Studie dar, die - bei Vorhandensein entsprechender Daten - auch auf andere Regionen übertragbar ist. / The determination of sea level variations is a major topic of present geodetic research. The mean sea surface is a geometric boundary surface to describe the figure of the Earth. Its secular change has, for instance, to be considered in future coastal protection projects. However, the estimation of reliable values for these parameters from the relatively short altimeter observation time series is hampered by long- and short-term sea level variations. For the Baltic Sea, a processing scheme was developed that uses sea surface elevations taken from a high-resolution oceanographic model of the Baltic Sea to reduce these sea level variations in the observations. Thus, the standard deviation of the observed sea level heights was reduced from original values of about 15 to 25cm to final values of less than 10cm. A comparison of the modelled and the observed sea level variations was performed before the model was employed. From this, the accuracy of the modelled sea surface elevations was found to be in the order of 5 to 15cm. Moreover, the oceanographic model could be improved by the assimilation of tide gauge observations. The combination of the observations of different satellite altimeters requires also the homogenisation of the time series and the examination of their temporal stability. The comparison with tide gauge observations at the southern coast of the Baltic Sea allowed the determination of the absolute bias of each altimeter mission. Relative bias values were estimated by comparison of altimetric heights of different missions within the entire Baltic Sea. Finally, the time series of the corrected and reduced altimetric sea level heights formed the basis on which the mean sea surface of the Baltic Sea and its secular change were determined. The linear rate of the sea level rise in the Baltic Sea with respect to the geoid was estimated to (+1,2+-0,8)mm/year. This absolute rate was then combined with the relative sea level change observed at coastal tide gauges, allowing the estimation of the rates of the postglacial rebound in the vicinity of the gauges. The mean sea surface topography in the open Baltic was determined with an accuracy of about 3 to 10cm. A regional geoid model served as the reference surface. The presented procedure shows the potential of combining geodetic observations with the results of a precise model of the observed parameter. It can be regarded as a regional study that can be applied also to other regions where observational and modelled data are available.

Mit der Mission des Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat) gelangte erstmals ein Laseraltimetersystem in einen erdgebundenen Orbit. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht anhand von drei verschiedenen Anwendungen das Potenzial dieser Altimeterdaten zur Überwachung des Antarktischen und des Grönländischen Eisschilds. Beide Schilde bilden ein Schlüsselglied im globalen Klimasystem der Erde. In einem ersten Hauptabschnitt werden die ICESat-Altimeterdaten für das Gebiet des Lake Vostok, des größten Vertreters subglazialer Seen in der Antarktis, untersucht. Dieses Gebiet eignet sich durch die Höhenstabilität des über dem See liegenden Eisschilds insbesondere als Validierungsgebiet für Altimeterdaten. Diese werden hinsichtlich der zwischen den Lasern auftretenden Offsets umfassend analysiert. Die ermittelten Offsets variieren in einem Bereich zwischen -7.5 und +13.9 cm und erreichen damit die angestrebte Messgenauigkeit der Mission. Im Hinblick auf eine Bestimmung von zeitlich linearen Höhenänderungen der Eisschilde stellen sie den größten genauigkeits-limitierenden Faktor dar. Aus den um die Offsets korrigierten Altimeterdaten wird ein rasterförmiges Topographiemodell der Eisoberfläche erstellt. Dieses wird umfassend untersucht. Im Anschluss werden glaziologische Anwendungen vorgestellt, für welche das Topographiemodell eine zentrale Grundlage bildet. Unter anderem erfolgt in der Kombination mit Eisdicken- und Geoidinformationen der Nachweis, dass sich das Eis über dem See im hydrostatischen Gleichgewicht befindet. Im Zuge dieser Untersuchung wird aber auch deutlich, dass an einigen Stellen des Sees das Gleichgewicht verletzt wird. Mögliche Ursachen hierfür werden näher untersucht und eingehend diskutiert. Für den Grönländischen Eisschild erfolgt die Analyse der um die Laseroffsets korrigierten Altimeterdaten zur Ableitung zeitlich linearer Höhenänderungen. Die methodische Basis hierfür bildet eine Wiederholspuranalyse der Altimeterdaten. Zur Minimierung des Einflusses der lokalen Topographie und zur besseren Separation der saisonalen Höhenvariation werden die korrespondierenden Altimetermessungen entlang der Referenzspuren an ein drei-komponentiges mathematisches Modell durch Ausgleichung bestmöglich angepasst. Die für den ICESat-Missionszeitraum bestimmte mittlere Höhenrate des Eisschilds beträgt -13.0±0.5 cm/a. Die stärkste Höhenabnahme verzeichnet der Eisschild in den westlichen und südöstlichen küstennahen Randbereichen. Unter Verwendung der Eisdichte für die Volumen-Massen-Umrechnung entspricht dies einer Massenänderung von -209.5±35.6 Gt/a. Dies entspricht einem eustatischen Meeresspiegelanstieg von +0.6±0.1 mm/a. In einer dritten Anwendung werden die ICESat-Altimeterdaten über dem Amery-Schelfeises untersucht. Es wird eine Methodik vorgestellt, welche auf der Kreuzkorrelation von Höhenprofilen verschiedener Epochen beruht und zur Ableitung von Fließgeschwindigkeiten des Schelfeises dient. Der entwickelte Ansatz wird auf die ICESat-Referenzspur 49 angewendet. Sie verläuft entlang der zentralen Achse des Schelfeises. Im Bereich zwischen -71.6° und -70.1° Breite wächst die Fließgeschwindigkeit von +0.83±0.09 m/d auf +1.02±0.06 m/d an. Das Ergebnis steht im Einklang mit einem unabhängigen Geschwindigkeitsmodell, welches zur Validierung herangezogen wurde. / The Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat) was the first Earth-orbiting laser altimeter mission in space. The following work is dedicated to the ICESat-altimetry data in order to demonstrate their full potential for the investigation of glaciological implications in polar regions. The primary science objective of the mission was to focus on the mass balances of the Greenland Ice Sheet and the Antarctic Ice Sheet. Both of them play a key role in the Earth's climate system. Firstly, the ICESat elevation profiles covering the Lake Vostok region are analysed in more detail. The Lake Vostok is the largest known subglacial lake in Antarctica to date. Due to a fast and strong degradation of the laser energy, the ICESat elevation measurements are affected by offsets. The estimated offsets between the laser operational periods vary between -7.5 und +13.9 cm. Therefore, they can't be neglected in the view of precise mass change determinations for ice sheets. In addition, a Digital Elevation Model (DEM) of the ice surface topography is generated on the basis of the adjusted elevation profiles. The DEM is analysed in more detail. Furthermore, the DEM forms the basis for the investigation of glaciological implications. In combination with an ice-thickness model and a regional geoid model the hydrostatic equilibrium condition is evaluated. It turns out, that the ice sheet covering the lake fulfils the hydrostatic equilibrium condition within ±1 m for large parts of the lake. Beside this, positive and negative deviations are found in the northern and southern part of the lake. Secondly, ice surface height changes and their temporal variations are inferred for the Greenland ice sheet. This investigation is based on a refined repeat-track analysis in order to exploit the full potential of ICESat's altimetry data. To reduce the influence of the local topography corresponding measurements along the track are fitted to a mathematical model, consisting of three components. For the entire ice sheet a mean surface height trend of -13.0±0.5 cm/yr is determined. The largest changes are identified at the coastal margins of the ice sheet. Using the ice surface height changes long-term volume- and mass-change rates are inferred. For this purpose the density of pure ice is used for the volume-mass-conversion. The overall long-term mass change rate amounts to -209.5±35.6 Gt/yr. This is equivalent to an eustatic sea level rise of +0.6±0.1 mm/yr. A third approach analyses ICESat elevation profiles over the Amery ice shelf. The method is based on a cross-correlation analysis of different ICESat repeat cycle in order to determine the ice flow velocity along the track. This method is applied to reference track 49. The investigation reveals that between 71.7° S and 70.1° S along the reference track, the ice-flow velocity increases from about +0.83±0.09 m/d to +1.02±0.06 m/d. These results are in general good agreement with velocities derived from an independent velocity field.

Dams and reservoirs with multiple purposes require effective management to fully realize their purposes and maximize efficiency. For instance, a reservoir intended mainly for the purposes of flood control and hydropower generation may result in a system with primary objectives that conflict with each other. This is because higher hydraulic heads are required to achieve the hydropower generation objective while relatively lower reservoir levels are required to fulfill flood control objectives. Protracted imbalances between these two could increase the susceptibility of the system to risks of water shortage or flood, depending on inflow volumes and operational policy effectiveness. The magnitudes of these risks can become even more pronounced when upstream use of the river is unregulated and uncoordinated so that upstream consumptions and releases are arbitrary. As a result, safe operational practices and risk management alternatives must be structured after an improved understanding of historical and anticipated inflows, actual and speculative upstream uses, and the overall hydrology of catchments upstream of the reservoir. One of such systems with an almost yearly occurrence of floods and shortages due to both natural and anthropogenic factors is the dual reservoir system of Kainji and Jebba in Nigeria. To analyze and manage these risks, a methodology that combines a stochastic and deterministic approach was employed. Using methods outlined by Box and Jenkins (1976), autoregressive integrated moving average (ARIMA) models were developed for forecasting Niger river inflows at Kainji reservoir based on twenty-seven-year-long historical inflow data (1970-1996). These were then validated using seven-year inflow records (1997-2003). The model with the best correlation was a seasonal multiplicative ARIMA (2,1,1)x(2,1,2)12 model. Supplementary iv validation of this model was done with discharge rating curves developed for the inlet of the reservoir using in situ inflows and satellite altimetry data. By comparing net inflow volumes with storage deficit, flood and shortage risk factors at the reservoir were determined based on (a) actual inflows, (b) forecasted inflows (up to 2015), and (c) simulated scenarios depicting undefined competitive upstream consumption. Calculated highrisk years matched actual flood years again suggesting the reliability of the model. Monte Carlo simulations were then used to prescribe safe outflows and storage allocations in order to reduce futuristic risk factors. The theoretical safety levels achieved indicated risk factors below threshold values and showed that this methodology is a powerful tool for estimating and managing flood and shortage risks in reservoirs with undefined competitive upstream consumption

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La circulation méridienne de retournement (MOC) de l’Atlantique Nord est une composante clé du système climatique global, via son rôle dans la redistribution de chaleur, d’eau douce et de propriétés chimiques entre hautes et basses latitudes. Aux moyennes et hautes latitudes, le Courant Nord-Atlantique(NAC) forme la branche haute de la MOC. Il s’écoule vers le nord-est à la frontière des gyres subpolaire et subtropical, et se divise en deux branches principales dans l’est du gyre subpolaire : une branche nord qui recircule vers l’ouest dans le gyre subpolaire et une branche sud qui alimente les mers Nordiques.Une simulation réaliste haute résolution (ORCA025-G70, 1/4°) est combinée à un outil d’analyse Lagrangienne pour étudier la variabilité de la MOC (1965-2004) à travers la section A25-Ovide qui joint le Portugal au Groenland. Deux cellules de retournement vertical sont identifiées : une cellule subtropicale connectant les hautes et basses latitudes et une cellule interne aux régions subpolaires. La variabilité décennale de la MOC est associée à des changements synchronisés des apports subtropical et subpolaire dans la NAC. Ce dernier subit d’importantes restructurations horizontales caractérisées par la variabilité opposée de ses deux branches. Ces modifications de la distribution horizontale du transport sont principalement régies par la variabilité de l’afflux subtropical.Les variations du transport de chaleur à travers A25-Ovide sont la cause principale de la variabilité du contenu de chaleur observée dans l’est du gyre subpolaire (1965-2004). La variabilité du transport de chaleur résulte d’un déséquilibre entre des changements opposés de ses composantes « vitesse » et « température ». Les anomalies de vitesse et température sont en partie reflétées dans des déplacements verticaux d’isopycnes, potentiellement associés à la proportion changeante de masses d’eau subtropicales et subpolaires transportées par la branche nord du NAC.Enfin, une circulation surface-fond moyenne calculée depuis des mesures hydrographiques répétées et des mesures altimétriques indique une contribution mineure de la mer du Labrador pour la MOC global. Cependant, l’intensité du retournement diapycnal à AR7W a presque diminué de moitié entres les 1990’s et les 2000’s, confirmant l’importance de la région pour la variabilité basse-fréquence de la MOC. / The meridional Overturning Circulation (MOC) of the North Atlantic ocean is a key component of the global climate system, through its role in redistributing heat, freshwater end chemical properties between low and high latitude regions. In mid-high latitude regions, the North Atlantic Current (NAC) forms the upper limb of the MOC. It flows northeastward at the subtropical/subpolar boundary, and splits into two main branches in the eastern subpolar gyre: a northern branch that recirculates within the subpolar region and a southern branch that feed the Nordic Seas.A realistic eddy-permitting simulation (ORCA025-G70, 1/4°) is combined with a Lagrangian analysis tool (ARIANE) to investigate the MOC variability (1965-2004) across the A25-Ovide line, which joins Greenland to Portugal. Two vertical overturning cells are identified: a subtropical cell connecting low and high latitudes (12Sv) and a cell internal to the subpolar gyre (4Sv). The decadal MOC variability is associated with synchronized transport changes of the subtropical and subpolar inflow within the NAC. The latter undergoes important horizontal restructuring with opposed transport changes of its northern and southern branches. Those horizontal transport changes are largely induced by the horizontal variability of the subtropical inflow.Changes in oceanic heat transport across A25-Ovide are largely responsible for the observed heat content changes in the eastern subpolar gyre (1965-2004). Heat transport variability at A25-Ovide results from an imbalance between opposed changes in its velocity and temperature components. Both temperature and velocity anomalies are partly reflected in large scale heaves of isopycnals, and potentially relate to the varying proportion of warm subtropical waters and cold subpolar waters advected within the northern NAC branch.A 2000’s mean full-depth circulation computed along the merged AR7W/A25-Ovide line from repeated hydrographic profile and altimetry data indicates a minor contribution of the Labrador Sea to the basin wide mean MOC. However, the strength of the diapycnal overturning at AR7W has almost halved between the 1990’s and the 2000’s, confirming the importance of the region for the low-frequency MOC Variability.

L’anticipation et l’adaptation de nos sociétés aux bouleversements résultants du changement climatique sont aujourd’hui des questions majeures guidant les activités humaines et l’action publique. Néanmoins, la prévision reste un défi essentiel en raison des fortes incertitudes existantes et il est primordial de continuer à progresser dans la compréhension des mécanismes à l’origine de ces bouleversements. Au sein du cycle hydrologique, le réservoir de surface (incluant les lacs, les rivières et les plaines d’inondation) occupe une place importante car il est l’une des principales ressources en eau des écosystèmes et des populations. Or, la dynamique des stocks d’eau de surface est toujours mal connue aux échelles régionale et globale, du fait de l’absence de mesures pluriannuelles d’extension et de hauteur d’eau des zones inondées, et de la prise en compte limitée de ces variables dans les modèles hydrologiques et hydrodynamiques. La télédétection spatiale offre désormais la possibilité d’effectuer un suivi des stocks d’eau de surface en utilisant la complémentarité entre l’imagerie multi-spectrale, permettant de cartographier les étendues inondées, et l’altimétrie radar fournissant des séries temporelles de hauteur d’eau des hydro-systèmes continentaux. L’objectif de ma thèse est de tirer le meilleur parti de la complémentarité entre les différents types d’observations spatiales pour évaluer les ressources en eau du réservoir de surface et mesurer la dynamique des transferts d’eau des continents aux océans, et son impact sur la zone côtière en utilisant les concentrations de matières en suspension comme traceur des masses d’eau. Depuis le milieu des années 1990, la multiplication des missions multi-spectrales à moyenne résolution (< 1 km de résolution spatiale) et des altimètres radars à haute précision (comprise entre 10 et 30 cm) permet de réaliser un suivi hebdomadaire à mensuel des volumes d’eau de surface dans les grands bassins fluviaux. / The anticipation and adaptation of our societies to the upheavals resulting from climate change are today major issues guiding human activities and public action. Nevertheless, the forecast remains a key challenge because of the strong uncertainties that exist and it is essential to continue to progress in understanding the mechanisms behind these upheavals. Within the hydrological cycle, the surface reservoir (including lakes, rivers and floodplains) occupies an important place as it is one of the main water resources of ecosystems and populations. However, the dynamics of surface water stocks are still poorly known at the regional and global scales, due to the absence of multi-year measures of extension and water depth of the flooded areas, and the limited consideration of these variables in hydrological and hydrodynamic models. Satellite remote sensing now offers the possibility of monitoring surface water stocks by using the complementarity between multispectral imagery, allowing to map flooded areas, and the radar altimetry providing time series of water depths of continental hydro systems. The aim of my thesis is to make the most of the complementarity between the different types of spatial observations to evaluate the water resources of the surface reservoir and to measure the dynamics of water transfers between land and ocean, and its impact on the coastal zone using suspended particulate matter as tracer of water bodies. Since the mid-1990s, the multiplication of multispectral missions with medium resolution (<1 km of spatial resolution) and high-precision radar altimeters (between 10 and 30 cm) makes it possible to carry out weekly-to-monthly monitoring of volumes surface water in large river basins.

Der regionalen Schwerefeldmodellierung in polaren Gebieten kommt in vielerlei Hinsicht eine besondere und wachsende Bedeutung zu. Einerseits sind hochauflösende und präzise Geoidmodelle eine wichtige Eingangsgröße bei der Untersuchung und Quantifizierung geophysikalischer, ozeanographischer bzw. glaziologischer Phänomene, z. B. bei der Bestimmung der mittleren dynamischen Ozeantopographie oder der Anwendung des Schwimmgleichgewichts im Bereich von Schelfeisen, Meereis oder subglazialen Seen. Zudem werden sie allgemein zur Referenzierung von Höhenmodellen benötigt. Andererseits sind, aufgrund der unvermeidbaren polaren Datenlücken von Satellitenbeobachtungen jenseits der Grenzbreite (sog. „Polloch“), terrestrische Schweredaten auch für die globale Schwerefeldmodellierung unerlässlich. Jedoch sind die verfügbaren terrestrischen (bodennahen) Schwerebeobachtungen insbesondere im Gebiet der Antarktis äußerst lückenhaft und heterogen. So entspricht das tatsächliche Auflösungsvermögen selbst aktueller kombinierter Schwerefeldmodelle wie EGM2008 oder EIGEN-6C über dem antarktischen Kontinent lediglich dem der reinen Satellitenmodelle aus GRACE bzw. GOCE. Des Weiteren sind Standardverfahren der regionalen Geoidmodellierung hier nicht ohne Weiteres anwendbar. Neben der Heterogenität der Daten als praktischer Herausforderung muss aus theoretischer Sicht dem zusätzlichen Dichtekontrast durch das Eis Rechnung getragen werden. Die vorliegende kumulative Dissertation greift diese Problematik auf. Während die einzelnen Publikationen die Ergebnisse ausgewählter regionaler Fallstudien präsentieren, soll die folgende zusammenfassende Abhandlung einen doppelten Bogen spannen, indem die geophysikalischen Phänomene gleichzeitig als zu untersuchende Anwendungsgebiete und als Einflussfaktoren im Kontext der regionalen Geoidmodellierung beschrieben werden. So wird am Beispiel der Weddellsee gezeigt, wie die Meereisbedeckung die Qualität und Zuverlässigkeit der mithilfe der Satellitenaltimetrie abgeleiteten Schwerefeldmodelle beeinträchtigt. Diese Modelle bilden derzeit die alleinige Datengrundlage für die hochauflösenden globalen Modelle im Gebiet des Antarktischen Ozeans. Zugleich wird anhand des verfeinerten regionalen Modells und daraus abgeleiteter geostrophischer Geschwindigkeiten demonstriert, dass selbst lückenhafte und heterogene terrestrische Daten hier einen wesentlichen Beitrag zur simultanen Kalibrierung und Vereinheitlichung des Datenbestandes leisten können. Im Ergebnis konnten in den küstennahen Gewässern Differenzen von mehreren Dezimetern gegenüber Geoidhöhen aus EGM2008 festgestellt werden, welche teils auf systematische Abweichungen und teils auf Rauschen im globalen Modell zurückzuführen sind. Über dem Festland erreicht dessen Vernachlässigungsfehler im quadratischen Mittel sogar 0,75 m und Maxima von über 3 m. Ein weiteres verfeinertes und, dank geeigneter Eingangsdaten, sehr genaues und hochauflösendes Geoidmodell wird für die Region um den Vostoksee in der Ostantarktis abgeleitet. In Kombination mit Eisoberflächenhöhen und Eisdicken gelingt es, das Schwimmgleichgewicht des subglazialen Sees nachzuweisen. Das gegenüber GOCE zusätzlich gewonnene Geoidsignal ist hier mit 0,56 m Standardabweichung zwar etwas kleiner, jedoch wird im Vergleich mit der residualen Auslenkung des Seespiegels (0,26 m Standardabweichung) auch für diese Anwendung der signifikante und gegenüber dem Auflösungsvermögen von GOCE auch notwendige Beitrag eines regionalen Geoidmodells deutlich. Für das hydrostatische Gleichgewicht eines subglazialen Sees ist streng genommen das tatsächliche Schwerepotential in Höhe des Seespiegels maßgeblich. Dessen Berechnung erfordert eine Fortsetzung des Störpotentials nach unten innerhalb der Topographie, welche konzeptionell in engem Zusammenhang mit dem bekannten Geoid-Quasigeoid-Separationsterm steht. Dessen oft angenommene Approximation mithilfe der Bougueranomalie kann, angesichts der heutigen Anforderungen an ein modernes zentimetergenaues Geoid, gerade in rauem Gelände zu ungenau sein. In Anlehnung an aktuelle Arbeiten auf diesem Gebiet wird ein verallgemeinerter und zugleich verfeinerter Ansatz zur praktischen Berechnung des Terms erarbeitet. Am Beispiel des Himalaya werden die einzelnen Anteile im Rahmen einer Simulationsstudie quantifiziert und insbesondere ihre Sensitivität gegenüber dem Integrationsradius der Topographie untersucht. Besonderes Augenmerk liegt ebenso auf dem indirekten Effekt der Topographie in Bezug auf das Potential, welcher, im Gegensatz zur Anwendung eines planaren Modells, in sphärischer Betrachtungsweise nicht verschwindet. / In many respects, regional gravity field modeling in polar areas is of special, and growing, interest. On the one hand, high-resolution and precise geoid models are an important input parameter to investigate and quantify manifold geophysical, oceanographical and glaciological phenomena, e.g., the determination of the mean dynamic ocean topography, or the application of the hydrostatic equilibrium condition in the areas of ice shelves, sea ice, or subglacial lakes. Moreover, geoid models are in general needed as a reference for height models. On the other hand, because of the unavoidable polar data gaps in satellite measurements due to the inclination (the so-called “polar gap”), terrestrial gravity data are indispensable also for global gravity field modeling. However, the available terrestrial (ground-based) gravity datasets, in particular of Antarctica, are very sparse and heterogeneous. For example, over the Antarctic continent the true resolution of even the most recent combined global geopotential models such as EGM2008 or EIGEN-6C only corresponds to that of the satellite-only models derived from GRACE and GOCE, respectively. Furthermore, standard techniques of regional geoid modeling cannot be readily used in this area. Apart from the heterogeneity of the data as a practical challenge the additional density contrast implied by the covering sheet needs to be accounted for from the theoretical point of view. This complex situation is the starting point for the present cumulative dissertation. Whereas the individual publications present the results of selected regional case studies, the intention of the following summary is to draw an integrated picture aiming at explaining the geophysical phenomena as both applications and influencing factors in the context of regional geoid modeling. Using the example of the Weddell Sea it is shown how sea-ice coverage affects the quality and reliability of marine gravity field models derived from radar satellite altimetry. At present, these models are the only input data to the high-resolution global geopotential models. At the same time, the refined regional model and geostrophic velocities derived thereof are employed to demonstrate how even sparse and heterogeneous terrestrial gravity data may provide a contribution to simultaneously calibrate and unify the available datasets. As a result, near the coast differences at the order of some decimeters could be observed in comparison with EGM2008, originating partly from systematic effects and noise in the global model. In the continental areas, its omission error even yields a standard deviation of 0.75 m and attains a maximum of more than 3 m. Another refined and, owing to appropriate input data, very precise and highly resolving geoid model is derived for the region around subglacial Lake Vostok. In combination with ice-surface heights and ice thickness data it is used to provide observational evidence that the lake is in a state of hydrostatic equilibrium. There, the additional geoid signal w.r.t. GOCE is a bit smaller (0.56 m standard deviation). However, considering the residual deviations of the apparent lake level (0.26 m standard deviation) the significant and necessary, as compared to the resolution of GOCE, contribution of a regional geoid model to this application is shown. In a strict sense, the relevant quantity to evaluate the hydrostatic equilibrium condition of a subglacial lake is the actual geopotential at the anticipated lake level. Its computation requires a downward continuation of the disturbing potential inside the topography, which is closely related to the concept of the well-known geoid-quasigeoid separation term. In the past, this term was frequently described as an approximation by means of the Bouguer anomaly. However, considering the modern requirements of the “one-centimeter geoid” this approximation may be too coarse over rough terrain. Following recent works in this field, a generalized yet refined approach for practical implementation of the term is developed. The individual constituents of the term are quantified. In particular, their sensitivity against the radius up to which topography is taken into account is investigated. For this simulation study, the Himalaya mountain region served as test area. Furthermore, special focus is given to the indirect of topography on the potential which, contrary to applying a planar model, does not vanish in the spherical approach.