Топография поверхности океана
Топография поверхности океана или топография морской поверхности , также называемая динамической топографией океана Земли, , представляет собой возвышения и понижения на поверхности океана, похожие на холмы и долины поверхности суши изображенные на топографической карте . Эти изменения выражаются через среднюю высоту поверхности моря (SSH) относительно геоида Земли . [1] Основная цель измерения топографии поверхности океана — понять крупномасштабную циркуляцию океана .
Временные вариации
[ редактировать ]или мгновенную высоту морской поверхности (SSH) наиболее очевидно влияют приливные силы Луны , и сезонный цикл Солнца На неусредненную действующий на Землю . В течение периода времени, превышающего год, на закономерности SSH может влиять 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 влияния включают изменение межгодовых закономерностей температуры, солености, волн, приливов и ветров. Топографию поверхности океана можно измерить с высокой точностью и точностью в региональном и глобальном масштабе с помощью спутниковой альтиметрии (например, TOPEX/Poseidon ).
Более медленные и более крупные изменения происходят из-за изменений ( Земли гравитационного поля геоида ) из-за таяния льдов, перестановки континентов, образования морских гор и других перераспределений горных пород. Комбинация спутниковой гравиметрии (например, GRACE и GRACE-FO ) с альтиметрией может использоваться для определения повышения уровня моря и таких свойств, как теплосодержание океана . [4] [5]
Приложения
[ редактировать ]Топография поверхности океана используется для картирования океанских течений , которые предсказуемым образом движутся вокруг океанских «холмов» и «долин». Направление вращения по часовой стрелке наблюдается вокруг «холмов» в северном полушарии и «долин» в южном полушарии. Это происходит из-за эффекта Кориолиса . И наоборот, вращение против часовой стрелки наблюдается вокруг «долин» в северном полушарии и «холмов» в южном полушарии. [6]
Топография поверхности океана также используется для понимания того, как океан переносит тепло по всему земному шару, что является важнейшим компонентом климата Земли , а также 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, сделанные на основе данных, используются для изучения океанских приливов, циркуляции и количества тепла, которое содержит океан. Эти наблюдения могут помочь предсказать краткосрочные и долгосрочные последствия погоды и климата Земли с течением времени.
Измерение
[ редактировать ]Высота морской поверхности (SSH) рассчитывается с помощью спутников альтиметрии с использованием в качестве опорной поверхности эллипсоида . [7] которые определяют расстояние от спутника до целевой поверхности путем измерения времени прохождения радиолокационного импульса от спутника к поверхности. [8] [9] Затем спутники измеряют расстояние между высотой своей орбиты и поверхностью воды. Из-за разной глубины океана делается приближение. Это позволяет получать данные точно благодаря равномерному уровню поверхности. Затем необходимо рассчитать высоту спутника относительно опорного эллипсоида. Он рассчитывается с использованием параметров орбиты спутника и различных инструментов позиционирования. Однако эллипсоид не является эквипотенциальной поверхностью гравитационного поля Земли, поэтому измерения должны быть привязаны к поверхности, которая представляет поток воды, в данном случае к геоиду. Преобразования между геометрическими высотами (эллипсоид) и ортометрическими высотами (геоид) выполняются на основе геоидальной модели. Высота морской поверхности в таком случае представляет собой разницу между высотой спутника относительно эталонного эллипсоида и диапазоном высотомера. Спутник посылает микроволновые импульсы на поверхность океана. Время прохождения импульсов, восходящих к поверхности океана и обратно, дает данные о высоте морской поверхности. На изображении ниже вы можете увидеть систему измерения, используемую спутником. Джейсон-1 . [10]
Спутниковые миссии
[ редактировать ] | Этот раздел необходимо обновить . ( ноябрь 2020 г. ) |
В настоящее время существует девять различных спутников, вычисляющих топографию земного океана: Cryosat-2 , SARAL , Jason-3 , Sentinel-3A и Sentinel-3B , CFOSat , HY-2B и HY-2C , а также Sentinel-6 Michael Freilich (также называемый Jason). -CS А). Джейсон-3 и Сентинел-6 Михаэль Фрейлих в настоящее время оба находятся в космосе, вращаясь вокруг Земли в тандемном вращении. Расстояние между ними составляет примерно 330 километров.
можно получить на основе измерений судовых температуры и на солености Топографию поверхности океана глубине. Однако с 1992 года серия спутниковых альтиметрических миссий, начиная с TOPEX/Poseidon и продолжая миссией Jason-1 , миссией по топографии поверхности океана на спутнике Jason-2, Jason-3, а теперь и Sentinel-6 Michael Freilich, измеряла высоту морской поверхности. напрямую. Объединив эти измерения с гравитационными измерениями миссий NASA Grace и ESA GOCE, ученые могут определить топографию морской поверхности с точностью до нескольких сантиметров.
Джейсон-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. [11] НАСА и CNES французское космическое агентство являются совместными партнерами в этой миссии.
Основными задачами спутников Jason является сбор данных о средней циркуляции океана по всему миру, 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 вариации, такие как Эль-Ниньо и Ла-Нинья , североатлантические колебания , тихоокеанские десятилетние колебания и планетарные волны , пересекающие океаны в течение нескольких месяцев, они будут моделировались в течение длительного периода времени благодаря точным альтиметрическим наблюдениям. [11] Его цель – внести вклад в наблюдения за мезомасштабной изменчивостью океана, влияющей на весь океан. Особенно интенсивна эта деятельность вблизи западных пограничных течений. Также следите за средним уровнем моря , поскольку он является важным индикатором глобального потепления с помощью данных об уровне моря . Улучшение моделирования приливов за счет наблюдения за более долговременными компонентами, такими как взаимодействие берегов, внутренние волны и рассеивание энергии приливов. Наконец, спутниковые данные предоставят знания для поддержки других видов морской метеорологии , то есть научных исследований атмосферы.
Джейсон-2 был запущен 20 июня 2008 года ракетой Дельта-2 с калифорнийской площадки в Ванденберге и завершил свою миссию 10 октября 2019 года. Джейсон-3 был запущен 16 января 2016 года ракетой Falcon-9 SpaceX. ракета из Ванденберга, а также Sentinel-6 Michael Freilich, запущенная 21 ноября 2020 года.
Долгосрочные цели серии спутников Jason — предоставить глобальное описание сезонных и годовых изменений циркуляции и накопления тепла в океане. [12] Сюда входит изучение краткосрочных климатических изменений, таких как Эль-Ниньо , Ла-Нинья . Спутники определяют глобальный средний уровень моря и фиксируют колебания. Также обнаруживается медленное изменение циркуляции верхних слоев океана в десятилетнем масштабе, каждые десять лет. Изучение переноса тепла и углерода в океане и изучение основных компонентов, которые питают глубоководные приливы. Сбор данных со спутников также помогает улучшить измерения скорости и высоты ветра в настоящее время и для долгосрочных исследований. Наконец, улучшаем наши знания о морском геоиде . [12] Первые семь месяцев использования «Джейсона-2» он летал в непосредственной близости от «Джейсона-1» . Находясь всего в одной минуте друг от друга, спутники наблюдали один и тот же участок океана. Причиной непосредственной близости в наблюдениях была перекрестная калибровка. Это предназначалось для расчета любой погрешности двух высотомеров. Это многомесячное наблюдение доказало, что в данных не было систематической ошибки, и оба набора данных были согласованными. [12]
Была предложена новая спутниковая миссия под названием « Миссия по топографии океана и поверхностных вод» для проведения первого глобального исследования топографии всех поверхностных вод Земли — океана, озер и рек. Целью этого исследования является предоставление всестороннего представления о пресноводных водоемах Земли из космоса и более детальные измерения поверхности океана, чем когда-либо прежде. [13]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ [В наиболее абсолютной форме это может быть выражено через геоцентрический радиус .]
- ^ Стюарт, Р.Х. (сентябрь 2008 г.). Введение в физическую океанографию (PDF) .
- ^ «Аномалия высоты морской поверхности» .
- ^ Марти, Флоренция; Блазкес, Алехандро; Мейсиньяк, Бенуа; Аблен, Михаэль; Барну, Энн; и др. (2021). «Мониторинг изменения теплосодержания океана и энергетического дисбаланса Земли по данным космической альтиметрии и космической гравиметрии» . Данные науки о системе Земли . дои : 10.5194/essd-2021-220 .
- ^ Хакуба, МЗ; Фредерикс, Т.; Ландерер, ФРВ (28 августа 2021 г.). «Энергетический дисбаланс Земли с точки зрения океана (2005–2019)» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (16). Бибкод : 2021GeoRL..4893624H . дои : 10.1029/2021GL093624 .
- ^ «Онлайн-учебник TOPEX/Poseidon. Часть II» . Топография поверхности океана из космоса . Лаборатория реактивного движения. Архивировано из оригинала 16 сентября 2008 г.
- ^ Джаханмард, Вахидреза; Дельпеш-Эльманн, Николь; Эллманн, Арту (01 июня 2021 г.). «Реалистичная динамическая топография посредством объединения геоида и гидродинамических моделей Балтийского моря» . Исследования континентального шельфа . 222 : 104421. Бибкод : 2021CSR...22204421J . дои : 10.1016/j.csr.2021.104421 . ISSN 0278-4343 . S2CID 233532488 .
- ^ Челтон, Дадли Б.; Райс, Джон К.; Хейнс, Брюс Дж.; Ру, Ли-Луэн; Каллахан, Филип С. (2001). «Спутниковая альтиметрия». Ин Фу, Ли-Луэн; Казенав, Энди (ред.). Спутниковая альтиметрия и науки о Земле: справочник по методам и приложениям . Академическая пресса. п. 1 . ISBN 9780080516585 .
- ^ Глазман, Р.Э. ; Фабрикант, А.; Грейсух, А. (16 мая 2007 г.). «Статистика пространственно-временных изменений высоты морской поверхности на основе измерений высотомера Topex» . Международный журнал дистанционного зондирования . 17 (13): 2647–2666. дои : 10.1080/01431169608949097 . Проверено 28 ноября 2018 г.
- ^ «Коррекция для повышения точности - CNES». Корректировка для повышения точности – CNES. Получено с http://www.cnes.fr/web/CNES-en/3773-about-cnes.php.
- ^ Jump up to: а б Менар, Ив; Фу, Ли-Луэн; Эскудье, П.; Паризо, Ф.; Пербос, Дж.; Винсент, П.; Десаи, С.; Хейнс, Б.; Кунстманн, Г. (21 июня 2010 г.). «Специальный выпуск миссии Джейсон-1: Калибровка / проверка Джейсона-1». Морская геодезия . 26 (3–4): 131–146. дои : 10.1080/714044514 . S2CID 129436213 .
- ^ Jump up to: а б с Ламбен, Джульетта; Морроу, Розмари; Фу, Ли-Луэн; Уиллис, Джош К.; Бонекамп, Ганс; Лиллибридж, Джон; Пербос, Жаклин; Зауш, Жерар; Вазе, Параг; Баннура, Валид; Паризо, Франсуа; Тувено, Эрик; Кутен-Фэй, Софи; Линдстрем, Эрик; Миньогно, Майк (16 августа 2010 г.). «Миссия OSTM/Джейсона-2». Морская геодезия . 33 (суп1): 4–25. Бибкод : 2010МарГе..33С...4Л . дои : 10.1080/01490419.2010.491030 . S2CID 128627477 .
- ^ «Слежение за водой с помощью миссии по топографии поверхности океана» . Топография поверхности из космоса . Лаборатория реактивного движения. Сентябрь 2008 г. Архивировано из оригинала 20 июня 2009 г.
