Топография поверхности океана или топография морской поверхности , также называемая динамической топографией океана , - это взлеты и падения на поверхности океана, похожие на холмы и долины суши Земли, изображенные на топографической карте . Эти вариации выражаются в терминах средней высоты морской поверхности (SSH) относительно геоида Земли . [1] Основная цель измерения топографии поверхности океана - понять крупномасштабную циркуляцию океана .
Вариации во времени
Неусредненной или мгновенная высота поверхности моря (SSH) наиболее явно пострадали от приливных сил в Луны и Солнца , действующей на Земле . В более длительных временных масштабах на SSH влияет циркуляция океана . Обычно аномалии SSH, возникающие в результате этих сил, отличаются от среднего значения менее чем на ± 1 м (3 фута) в глобальном масштабе. [2] [3] Другие факторы влияния включают температуру, соленость, приливы, волны и нагрузку атмосферного давления. Медленнее и наибольшие изменения происходят из - за изменения в Землях «s гравитационного поля ( геоид ) в связи с перестройкой континентов, формирование подводных гор и другого перераспределения породы.
Поскольку гравитационное поле Земли относительно стабильно во временных масштабах от десятилетий до столетий, циркуляция океана играет более значительную роль в наблюдаемых вариациях SSH. В рамках сезонного цикла изменения в моделях потепления, похолодания и воздействия приземного ветра влияют на циркуляцию и влияют на SSH. Вариации SSH можно измерить с помощью спутниковой альтиметрии (например, TOPEX / Poseidon ) и использовать для определения повышения уровня моря и таких свойств, как накопление тепла океаном.
Приложения
Топография поверхности океана используется для картирования океанских течений , которые движутся по «холмам» и «долинам» океана предсказуемым образом. Направление вращения по часовой стрелке встречается вокруг «холмов» в северном полушарии и «долин» в южном полушарии. Это из-за эффекта Кориолиса . И наоборот, вращение против часовой стрелки наблюдается вокруг «долин» в северном полушарии и «холмов» в южном полушарии. [4]
Топография поверхности океана также используется для понимания того, как океан перемещает тепло вокруг земного шара, что является критическим компонентом климата Земли , и для мониторинга изменений глобального уровня моря . Сбор данных полезен для получения долгосрочной информации об океане и его течениях. Согласно науке НАСА, эти данные также могут быть использованы для понимания погоды, климата, навигации, управления рыболовством и морских операций. Наблюдения за данными используются для изучения океанских приливов, циркуляции и количества тепла, содержащегося в океане. Эти наблюдения могут помочь предсказать краткосрочные и долгосрочные последствия погоды и климата Земли с течением времени.
Измерение
Высота морской поверхности (SSH) рассчитывается с помощью альтиметрических спутников, которые определяют расстояние от спутника до поверхности цели путем измерения времени прохождения сигнала радара от спутника до поверхности и обратно. [5] [6] Затем спутники измеряют расстояние между высотой своей орбиты и поверхностью воды. Из-за разной глубины океана сделано приближение. Это называется произвольной опорной поверхностью. Произвольная опорная поверхность - это предполагаемая поверхность, которая рассчитывается с учетом формы Земли. Общая форма Земли - сферическая, но сглаженная на Северном и Южном полюсах . Эта аппроксимированная поверхность называется опорным эллипсоидом. Это позволяет получать точные данные благодаря равномерному уровню поверхности. Затем необходимо рассчитать высоту спутника относительно опорного эллипсоида. Он рассчитывается с использованием параметров орбиты спутника и различных инструментов позиционирования. Высота поверхности моря - это разница между высотой спутника относительно опорного эллипсоида и диапазоном высотомера. Спутник посылает микроволновые импульсы на поверхность океана. Время прохождения импульсов, поднимающихся к поверхности океана и обратно, дает данные о высоте поверхности моря. На изображении ниже вы можете увидеть систему измерения, используемую спутником Jason-1 . [7]
Спутниковые миссии
В настоящее время существует девять различных спутников, рассчитывающих топографию земного океана: Cryosat-2, Saral, Jason-3, Sentinel-3A и Sentinel-3B, CFOSat, HY-2B и HY-2C, а также Sentinel-6 Майкл Фрейлих (также называемый Jason- CS A). Джейсон-3 и Страж-6 Майкл Фрейлих в настоящее время оба находятся в космосе, вращаясь вокруг Земли в тандемном вращении. Между ними примерно 330 километров.
Топографии поверхности океана может быть получена из судна -going измерений от температуры и солености на глубине. Однако с 1992 года серия спутниковых альтиметрических миссий, начиная с TOPEX / Poseidon и продолжилась с Jason-1 , миссия по топографии поверхности океана на спутнике Jason-2, Jason-3 и теперь Sentinel-6 Майкл Фрейлих измерили высоту поверхности моря. напрямую. Объединив эти измерения с измерениями силы тяжести , выполненными миссиями НАСА Grace и ESA GOCE, ученые могут определять топографию морской поверхности с точностью до нескольких сантиметров.
Jason-1 был запущен ракетой Boeing Delta II в Калифорнии в 2001 году и продолжал измерения, первоначально собранные спутником TOPEX / Poseidon , который находился на орбите с 1992 по 2006 год. [8] НАСА и французское космическое агентство CNES являются совместными партнерами в эта миссия.
Основными задачами спутников Джейсона являются сбор данных о средней циркуляции океана вокруг земного шара, чтобы лучше понять ее взаимодействие с изменяющимися во времени компонентами и задействованными механизмами инициализации моделей океана. Чтобы отслеживать низкочастотную изменчивость океана и наблюдать сезонные циклы и межгодовые колебания, такие как Эль-Ниньо и Ла-Нинья , колебания в Северной Атлантике, тихоокеанские десятилетние колебания и планетарные волны, пересекающие океаны в течение нескольких месяцев, тогда они будут моделируются в течение длительного периода времени благодаря точным альтиметрическим наблюдениям. [8] Его цель - внести свой вклад в наблюдения за мезомасштабной изменчивостью океана, затрагивающей океаны в целом. Эта активность особенно интенсивна у западных пограничных течений. Также следите за средним уровнем моря, потому что это важный индикатор глобального потепления по данным уровня моря . Улучшение моделирования приливов за счет наблюдения за более долгосрочными компонентами, такими как береговые взаимодействия, внутренние волны и диссипация приливной энергии. Наконец, спутниковые данные предоставят знания для поддержки других типов морской метеорологии, которые являются научными исследованиями атмосферы.
"Джейсон-2" был запущен 20 июня 2008 г. ракетой "Дельта-2" с территории Калифорнии в Ванденберге и завершил свою миссию 10 октября 2019 г. "Джейсон-3" был запущен 16 января 2016 г. с помощью ракеты-носителя Falcon-9 SpaceX. ракета из Ванденберга, а также Sentinel-6 Michael Freilich, запущенные 21 ноября 2020 года.
Долгосрочные цели серии спутников Джейсона - предоставить глобальные описания сезонных и годовых изменений циркуляции и накопления тепла в океане. [9] Это включает изучение краткосрочных климатических изменений, таких как Эль-Ниньо , Ла- Ниньо . Спутники определяют среднее значение глобального уровня моря и записывают его колебания. Также обнаруживается медленное изменение циркуляции верхнего слоя океана в десятилетних масштабах времени каждые десять лет. Изучение переноса тепла и углерода в океане и изучение основных компонентов, питающих глубоководные приливы. Сбор данных со спутников также помогает улучшить измерения скорости ветра и высоты в текущее время и для долгосрочных исследований. Наконец, мы улучшаем наши знания о морском геоиде . [9] Первые семь месяцев использования "Джейсона-2" он летел в непосредственной близости от " Ясона-1" . Находясь всего в одной минуте друг от друга, спутники наблюдали одну и ту же область океана. Причина близкого расстояния при наблюдении заключалась в перекрестной калибровке. Это было предназначено для расчета смещения двух высотомеров. Это многомесячное наблюдение доказало, что в данных не было систематической ошибки, и оба набора данных были последовательными. [9]
Новая спутниковая миссия под названием « Миссия по топографии поверхностных вод океана » была предложена для проведения первого глобального обзора топографии всех поверхностных вод Земли - океана, озер и рек. Это исследование направлено на обеспечение всестороннего обзора пресноводных водоемов Земли из космоса и более подробных измерений поверхности океана, чем когда-либо прежде. [10]
Смотрите также
- Эдди (гидродинамика)
- SARAL
- Микрослой морской поверхности
- Динамическая топография (твердая земля)
Рекомендации
- ^ [В наиболее абсолютной форме это может быть выражено в терминах геоцентрического радиуса . ]
- Перейти ↑ Stewart, RH (сентябрь 2008 г.). Введение в физическую океанографию (PDF) .
- ^ [1]
- ^ «Он-лайн учебник TOPEX / Poseidon. Часть II» . Топография поверхности океана из космоса . Лаборатория реактивного движения. Архивировано из оригинала на 2008-09-16.
- ^ Chelton, Dudley B .; Ries, John C .; Haines, Брюс Дж .; Ру, Ли-Луенг; Каллахан, Филип С. (2001). «Спутниковая альтиметрия». Ин Фу, Ли-Луенг; Cazenave, Энди (ред.). Спутниковая альтиметрия и науки о Земле: справочник методов и приложений . Академическая пресса. п. 1 . ISBN 9780080516585.
- ^ Глазман, Р. Э . ; Fabrikant, A .; Грейсух А. (16 мая 2007 г.). «Статистика пространственно-временных вариаций высоты морской поверхности по измерениям высотомера Topex» . Международный журнал дистанционного зондирования . 17 (13): 2647–2666. DOI : 10.1080 / 01431169608949097 . Проверено 28 ноября 2018 .
- ^ «Исправление для повышения точности - CNES». Исправление для повышения точности - CNES. Получено с http://www.cnes.fr/web/CNES-en/3773-about-cnes.php
- ^ а б Менар, Ив; Фу, Ли-Луенг; Escudier, P .; Parisot, F .; Perbos, J .; Vincent, P .; Desai, S .; Haines, B .; Кунстманн, Г. (21 июня 2010 г.). «Специальный выпуск миссии« Джейсон-1 »: калибровка / проверка Джейсона-1». Морская геодезия . 26 (3–4): 131–146. DOI : 10.1080 / 714044514 . S2CID 129436213 .
- ^ а б в Ламбен, Джульетта; Морроу, Розмарин; Фу, Ли-Луенг; Уиллис, Джош К .; Бонекамп, Ганс; Лиллибридж, Джон; Пербос, Жаклин; Зауш, Жерар; Вазе, Параг; Банноура, Валид; Паризо, Франсуа; Тувено, Эрик; Коутин-Фэй, Софи; Линдстрем, Эрик; Миньоньо, Майк (16 августа, 2010). «Миссия OSTM / Джейсон-2». Морская геодезия . 33 (sup1): 4–25. DOI : 10.1080 / 01490419.2010.491030 . S2CID 128627477 .
- ^ «Следуя за водой с миссией по топографии поверхности океана» . Топография поверхности из космоса . Лаборатория реактивного движения. Сентябрь 2008 года архивация от оригинала на 2009-06-20.
Внешние ссылки
- Топография поверхности океана из космоса
- Описание инструмента OSTM