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Physikalische Höhensysteme sind essenziell für die Beobachtung klimarelevanter Prozesse wie Meeresspiegeländerungen, Massenumlagerungen und Oberflächendeformationen. Bestehende physikalische Höhensysteme basieren jedoch auf regionalen Realisierungen, die an lokale Datums und Pegelstationen gebunden sind, was zu systematischen Inkonsistenzen und einer eingeschränkten zeitlichen Stabilität führt. Das International Height Reference System (IHRS) wurde definiert, um ein global konsistentes, potentialbasiertes Höhensystem bereitzustellen. Optische Atomuhren bieten eine neuartige Möglichkeit, da sie über die chronometrische Nivellementierung einen direkten Zugang zu Schwerepotentialdifferenzen ermöglichen; ein systematischer Rahmen für deren Integration in geodätische Referenzsysteme fehlt jedoch bislang.

Diese Arbeit entwickelt und testet ein uhrenfähiges (clock-ready) Realisierungsrahmenwerk für physikalische Höhensysteme, das Uhrennetzwerke, Schwerefeldinformationen und klassische Höhendaten integriert. Als realistisches europäisches Testgebiet wird das European Vertical Reference Frame (EVRF2019) verwendet, ergänzt durch bestehende und geplante Glasfaserverbindungen zwischen aktuellen und zukünftigen Uhrenstandorten. Schwerepotentialdifferenzen und deren zeitliche Variationen zwischen ausgewählten Uhrenstandorten werden modelliert, wobei Oberflächendeformationen und Massenumlagerungseffekte berücksichtigt werden. Diese modellierten Potentialunterschiede werden anschließend in simulierte Uhrenbeobachtungen überführt, die den Leistungsniveaus aktueller und zukünftiger optischer Uhren entsprechen. Dieser Ansatz ermöglicht die Validierung des Rahmens ohne ein dichtes operatives Uhrennetzwerk, bleibt jedoch vollständig kompatibel mit einer zukünftigen Integration realer Uhren- und Quantengravimetrie-Beobachtungen.

Als komplementärer methodischer Bestandteil wird die uhrenbasierte Vereinheitlichung regionaler Höhensysteme in geschlossenen Simulationsketten für Europa und Brasilien untersucht, wobei realistische Netzwerkkonfigurationen, Verbindungstechnologien und Rauschcharakteristiken berücksichtigt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Uhrenunsicherheiten im Bereich von 10⁻¹⁸ und optimierten Uhrenverteilungen regionale Höhensysteme mit einer Genauigkeit von 1–2 cm auf ein vordefiniertes Datum vereinheitlicht und konsistent mit dem globalen Geoid verbunden werden können. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass ein uhrenfähiges, dynamisch kontrolliertes Höhensystem bereits in einer vor-operativen Form unter Nutzung bestehender geodätischer Infrastruktur realisiert werden kann und eine klare Perspektive für die zukünftige Integration realer Uhrendaten und quantengravimetrischer Beobachtungen bietet.