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Wirbelauflösende Zeitreihe der MeerestopographieIn erster Näherung ist der Meeresspiegel im Gleichgewicht mit der Schwere, d.h. die Meeresoberfläche richtet sich überall senkrecht zur lokalen Lotrichtung aus. Hydrodynamische Prozesse bewirken jedoch, dass der tatsächliche Meeresspiegel von einer Wasseroberfläche, die nur der Schwerkraft unterliegt, um 1- 2 Meter abweicht. Diese Abweichung bezeichnet man als Meerestopographie (Englisch DOT = Dynamic ocean topographie). Seitdem durch die Satellitenmission GOCE das Schwerefeld der Erde erheblich genauer bekannt ist, ist es möglich die Meerestopographie (DOT) zu bestimmen indem die Meereshöhen um das Geoid, eine Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes, reduziert werden. Seit nahezu zwei Jahrzehnten werden die Meereshöhen durch eine Reihe von Altimetersatelliten sehr genau vermessen. Bei dem Abzug des Geoid von den Meereshöhen muss allerdings beachtet werden, dass diese beiden Größen ganz unterschiedlich "glatt" oder "rau" sind. Das Geoid wird aus einem Schwerefeldmodell berechnet, ist ziemlich glatt und kann überall berechnet werden. Die Meereshöhen, die entlang der Altimeter-Bodenspuren beobachtet werden weisen hoch-frequente Variationen auf. Es ist deshalb wichtig, das Geoid und die Meereshöhen in gleicher Weise zu filtern bevor ihre Differenz gebildet wird. Bosch & Savcenko (2010) haben eine Methode entwickelt, die diese Operation auf den individuellen Altimeter-Bodenspuren durchführt und so "instantane" Meerestopographie-Profile bildet (Wir nennen sie iDOT-Profile). Im Gegensatz zu einer Mittleren Meerestopographie (MDT), die den Zustand der DOT über viele Jahre mittelt, stellen die iDOT-Profile eine DOT Momentaufnahme dar. Die iDOT-Profile enthalten die Signatur von Eddies und deren zeitliche Entwicklung. Solche Profile können für alle Altimetersatelliten berechnet werden und daraus anschließend eine Zeitreihe auf einem Gitter gebildet werden, die eine bisher nicht erreichte zeitlichen und räumlichen Auflösung aufweist. Das wurde für die untenstehenden Animationen durchgeführt.
Animierte DOT Zeitreihe Die Animation 1 zeigt eine globale DOT Zeitreihe für den Zeitraum 1993 - 2010, abgeleitet aus dem Schwerefeldmodell GOCO02S (Goiginger et al, 2011) und sorgfältig kalibrierten Altimetermessungen aller Missionen, die in diesem Zeitraum betrieben wurden. Ein Tiefpass Gauss-Filter mit einer Filterlänge von 97 km wurde auf Geoid und Meereshöhen angewendet. Die Meerestopographie weist nicht nur die großräumigen "Gyres" auf, quasi-stationäre Erhebungen in den großen Ozeanbecken, sichtbar vor allem im Nord- und Süd-Pazifik, sowie im Nord- und Süd-Atlantik. Neben diesen großräumigen Mustern wird auch klein-skalige Variabilität deutlich: die Bildung und westwärtige Wanderung von Wirbeln in der Nähe des Äquators und das Mäandrieren in den starken westlichen Randströmungen wie dem Golf-Strom im Nord-West-Atlantik, dem Kuroshio im Nord-West-Pazifik oder dem Agulhas-Strom südlich von Afrika. and the formation and westward movement of Eddies. Animation 2 ist ein Zoom auf den Süd-Atlantik und das Gebiet im Kap Horn mit dem Agulhas-Strom. Für diese Daten wurde der Gauss Filter sogar auf 70 km heruntergesetzt. Die Animation 3 ist schließlich eine Umrechnung der DOT in Geschwindigkeiten der Oberflächenströmung. Diese Umrechnung wurde mit Hilfe der geostrophischen Approximation durchgeführt, welche die Geschwindigkeitskomponenten der Oberflächenströmung in Beziehung setzt zu der Nord-Süd und der Ost-West Neigung der DOT. Im Mittel beträgt die Fließgeschwindigkeit im offenen Ozean ca. 0.1 m/sec; an den starken westlichen Randströmungen, wie dem Agulhas-Strom werden jedoch Geschwindigkeiten von 1 – 1.5m/sec erreicht.
Literatur: Bosch W., Savcenko R., Dettmering D. and C. Schwatke: A two decade time series of eddy-resolving dynamic ocean topography (iDOT). Proceedings of 20 Years of Altimetry, Venice, 2012, ESA SP710 (CD-ROM) Bosch W., Savcenko R.: On Estimating the Dynamic Ocean Topography. In: Mertikas S.P. (Ed.): Gravity, Geoid and Earth Observation. Springer IAG Symposia, Vol. 135, 263-269 , 2010 Bosch W., Dettmering D., Savcenko R., Schwatke C.: Kinematik des Meerespiegels: Eddies, Gezeiten, Meerestopographie und Meeresspiegelanstieg. Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement, 135, Heft 2, 92-99, 2010 Bosch W., Savcenko R., Luz R. T.: The absolute dynamic ocean topography (ADOT) – estimation and application. Proceedings of the ESA Living Planet Symposium, Bergen, Norway, ESA Publication SP-686 (CD-Rom), 2010 |
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