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.

Die Kryosphäre interagiert mit verschiedenen anderen Subsystemen der Erde. Variationen der klimatischen Bedingungen führen zu kryosphärischen Massenänderungen und somit zu Änderungen des globalen Meeresspiegels. Gleichzeitig induzieren Massenvariationen des Eises und des Ozeans Deformationen der festen Erde, welche sich aus einer instantanen elastischen und einer möglichen verzögerten viskosen Reaktion (glazial-isostatischer Ausgleich – GIA) zusammensetzen. Der räumlich variable Effekt der Meeresspiegeländerung relativ zur sich deformierenden Erdkruste wird gravitativ konsistent durch die Meeresspiegelgleichung beschrieben. Er ist die entscheidende Größe zur Abschätzung des Einflusses der Meeresspiegeländerungen auf die Küsten. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Bestimmung rezenter Massenänderungen der Eisschilde Antarktikas (AIS) und Grönlands (GIS) mittels geodätischer Daten. Zur Ableitung der Massenbilanzen beider Eisschilde wurde auf Daten der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) zurückgegriffen. Für den Zeitraum 2003/10–2009/10 konnten die Beiträge von AIS und GIS zur globalen Meeresspiegeländerung zu 0,26 ± 0,08 bzw. 0,59 ± 0,06mm/a bestimmt werden. Auf Basis wiederholter Höhenmessungen durch das Satellitenaltimeter ICESat (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite) stand eine zweite unabhängige Schätzung der Massenbilanzen zur Verfügung. Während für den GIS beide Massenbilanzen im Rahmen der zugehörigen Fehlermaße übereinstimmen, treten für den AIS regional größere Differenzen auf. Diese konnten auf mögliche Restfehler in einer instrumentellen Korrektion der ICESat-Mission, Limitierungen der angewendeten Volumen-Massen-Umrechnung sowie auf Fehler in den genutzten GIA-Modellen zurückgeführt werden. Für die Ableitung von Eismassenänderungen aus GRACE-Daten stellen GIA-Prädiktionen eine wichtige Reduktionsgröße dar. In Antarktika weisen verfügbare Modelle noch große Unsicherheiten auf. Für den Bereich des Amundsen-See-Sektors (Westantarktika), welcher den größten Teil zur negativen Massenbilanz des AIS beiträgt, konnte eine empirische GIA-Schätzung aus der Kombination von Massenänderungen aus GRACE und Volumenänderungen aus ICESat abgeleitet werden. Diese empirische Schätzung unterscheidet sich signifikant von den Prädiktionen verfügbarer GIA-Modelle. Eine Validierung der Ergebnisse mittels aus GPS-Beobachtungen abgeleiteten vertikalen Deformationen der Erdkruste bestätigte die empirische Schätzung. Die GPS-beobachteten Deformationen enthalten sowohl rezente eisinduzierte als auch GIA-bedingte Signalanteile. Zu deren Trennung wurden gravitativ konsistent modellierte elastische Krustendeformationen verwendet, welche auf hoch aufgelösten ICESat-Daten basieren. Insbesondere bei der Analyse von GRACE-Daten hat eine Änderung der GIA-Reduktion einen signifikanten Einfluss auf die bestimmte Massenbilanz. Im Vergleich zur Verwendung einer modellierten GIA-Reduktion ergab sich durch die Anwendung der empirischen Reduktion ein um ~40% größerer Eismassenverlust im Untersuchungsgebiet. Sowohl in den Zeitreihen der Massenänderungen als auch in den Variationen der Eisoberflächenhöhen konnten nichtlineare Signale detektiert werden. Die Analyse von GRACE-Monatslösungen im Zeitraum 2003–2012 belegt einen erhöhten Meeresspiegelbeitrag des AIS und des GIS in den letzten Jahren. Signale dieses erhöhten Massenverlusts sind auch durch andere Sensoren detektierbar. Am Beispiel des Jakobshavn Isbræ (GIS) wurde ein beschleunigtes Fließverhalten mittels optischer Satellitendaten (Landsat) nachgewiesen und mit der beschleunigten Krustenhebung an einer benachbarten GPS-Station korreliert. Darüber hinaus wurden beobachtete Krustendeformationen auch zur Validierung der aus ICESat-Daten modellierten elastischen Deformationen genutzt. Für den Thwaites-Gletscher (AIS) konnte der Nachweis über eine Zunahme der Fließgeschwindigkeit und eine verstärkte Eishöhenabnahme durch die Hinzunahme radarbasierter Satellitendaten (TerraSAR-X, TanDEM-X) erbracht werden. Auf diese Weise war es möglich, die durch Landsat und ICESat bereitgestellten Zeitreihen zu verlängern.