Meeresoberflächenhöhe
Engl. sea surface height (SSH); die Meeresoberflächenhöhe (SSH) ist die Höhe der Meeresoberfläche über einem Referenzellipsoid. Sie ist das direkte Produkt der Satellitenaltimetrie. Die Werte der Meeresoberflächenhöhe werden entlang der Bodenspuren der Satelliten oder auf regelmäßigen Gittern bereitgestellt, die aus den entlang der Satellitenspuren ermittelten Werten interpoliert werden. Die Momentanwerte der Meeresoberflächenhöhe enthalten langfristige, jährliche, saisonale und kurzfristige zeitliche Schwankungen der Meeresoberfläche.
Die SSH-Messung umfasst dynamische Beiträge der Ozeanzirkulation und Schwankungen des Geoids in Bezug auf das Referenzellipsoid. Die dynamische Topografie ist die Variation der SSH in Bezug auf das Geoid.
Meeresspiegelanomalien (ein variabler Teil der SSH) werden in der Regel durch Subtraktion des mittleren Meeresspiegels (MSL) von der SSH abgeleitet. MSL ist der über einen langen Zeitraum gemittelte lokale SSH-Wert, während der globale mittlere Meeresspiegel (GMSL) der über alle Ozeane der Erde gemittelte MSL-Wert ist. Ein Anstieg des GMSL ist ein Indikator für eine mögliche globale Erwärmung.
Die SSH-Zielgenauigkeit der Sentinel-3-Mission beträgt 10 cm für Near Real-Time (NRT)-Produkte und 3-5 cm für Slow Time Critical (STC)-Produkte.
Seit den frühen 1990er Jahren werden Satellitenaltimeter zur Messung der Meeresoberflächenhöhe (SSH) aus dem Weltraum eingesetzt. Die erzeugten SSH-Karten finden in der wissenschaftlichen und operationellen Ozeanographie und in der Klimawissenschaft breite Anwendung, u. a. bei der Überwachung des globalen mittleren Meeresspiegels und der El Niño-Südlichen Oszillation (ENSO), der Vorhersage der Intensivierung von Hurrikanen, der Verfolgung großräumiger Wirbel und ozeanischer Fronten und der Abschätzung der Ozeanzirkulation.
 | Definition verschiedener Größen im Zusammenhang mit der Höhe der Meeresoberfläche Quelle: GGOS |
Satelliten-Altimetriesysteme sind für die Kartierung der Meeresoberfläche konzipiert. Diese Systeme messen die Laufzeit von Radar- oder Lichtimpulsen zwischen Satellit und Meeresoberfläche, um die Höhe des Satelliten (Höhenmessbereich) über der aktuellen Meeresoberfläche zu bestimmen. Die Differenz zwischen der Höhe des Satelliten über einer Referenzfläche und der altimetrischen Reichweite ergibt die Höhe der Meeresoberfläche in Bezug auf dieselbe Referenzfläche. Der Abstand zwischen dem Satelliten und der Meeresoberfläche wird für verschiedene Komponenten der atmosphärischen Refraktion und zur Abschwächung von Effekten korrigiert, die durch instrumentelle Verzerrungen und durch den Seegang bedingte Systematiken verursacht werden. Eine Reihe von Korrekturen aufgrund verschiedener geophysikalischer Effekte werden ebenfalls berücksichtigt. Es werden verschiedene Produkte unterschieden (vgl. Grafik oben, Tabelle unten):
| Meeresoberflächenhöhe (SSH) | Die Meeresoberflächenhöhe (Sea Surface Height, SSH) ist die Höhe der Meeresoberfläche über einem Referenzellipsoid. Sie ist das direkte Produkt der Satellitenaltimetrie. Die Werte der Meeresoberflächenhöhe werden entlang der Bodenspuren der Satelliten oder auf regelmäßigen Gittern bereitgestellt, die aus den entlang der Satellitenspuren ermittelten Werten interpoliert werden. Die Momentanwerte der Meeresoberflächenhöhe enthalten langfristige, jährliche, saisonale und kurzfristige zeitliche Schwankungen der Meeresoberfläche. |
|---|---|
| Die mittlere Meeresoberfläche (MSS) | Die mittlere Meeresoberfläche (Mean Sea Surface, MSS) ist der langfristige Durchschnitt der Meeresoberflächenhöhe (mindestens über ein Jahr). Normalerweise werden die Gezeiten von den Höhenwerten der Meeresoberfläche abgezogen, bevor die mittlere Meeresoberfläche berechnet wird. Die Werte der mittleren Meeresoberfläche werden auf regelmäßigen Rastern für verschiedene Zeiträume (in der Regel mehrjährige Mittelwerte) bereitgestellt. |
| Anomalien des Meeresspiegels (SLA) | Anomalien des Meeresspiegels (Sea Level Anomalies, SLA) sind die Abweichungen der Meeresoberfläche von der mittleren Meeresoberfläche, d. h. SLA = SSH - MSS. |
| Dynamische Ozeantopographie (DOT) | Die dynamische Ozeantopographie (DOT), auch absolute dynamische Topographie (ADT) oder Ozeanoberflächentopographie (OST) genannt, ist die Differenz zwischen der momentanen Meeresoberflächenhöhe und dem Geoid. Sie enthält Beiträge von hoch- und niederfrequenten Änderungen der sterischen Signale (Temperatur und Salzgehalt), der Ozeanzirkulation, der Winde, der Wirbel und der sich ausbreitenden planetarischen Wellen. |
| Mittlere dynamische Topographie (MDT) | Die mittlere dynamische Topographie (Mean Dynamic Topography, MDT) ist die gemittelte dynamische Topographie des Ozeans über einen bestimmten Zeitraum und gilt als halbstationär. Sie entspricht dem Ozeanrelief (daher wird sie auch als Meeresoberflächentopographie (SSTop) bezeichnet), und der Gradient hängt mit der zeitlich gemittelten geostrophischen Oberflächenzirkulation zusammen. Er hängt auch mit der Dichte des oberen Ozeans (Temperatur und Salzgehalt) sowie mit den zeitlichen Mittelwerten der Strömungen zusammen. |
| Mittlerer Meeresspiegel (MSL) | Der mittlere Meeresspiegel (Mean Sea Level, MSL) ist die lokale Höhe der Meeresoberfläche, gemittelt über einen langen Zeitraum in einer bestimmten Region. Er kann auch aus Aufzeichnungen von Gezeitenmessern bestimmt werden. |
| Globaler Mittlerer Meeresspiegel (GMSL) | Der Globale Mittlere Meeresspiegel (GMSL) ist der über alle Ozeane der Erde gemittelte Meeresspiegel. Er wird in der Regel als Zeitreihe bereitgestellt und für die Berechnung des GMSL-Trends verwendet. |
Bis jetzt haben diese Altimeter die SSH auf der mesoskaligen Ebene überwacht. Die räumliche Auflösung der SSH-Karten hat sich von ~300 km in den 1990er Jahren auf ~100 km in der Gegenwart entwickelt. Für eine effektive Überwachung des vertikalen Wärme- und Kohlenstofftransports im Ozean sind jedoch SSH-Messungen mit noch höherer Auflösung erforderlich, was für die Untersuchung des globalen Klimawandels von größter Bedeutung ist und durch den kürzlich gestarteten Satelliten für die Oberflächenwassertopographie (Surface Water and Ocean Topography, SWOT) ohne weiteres möglich ist.
Multi-mission sea level trends Quelle: EU Copernicus Marine Service/CNES/LEGOS/CLS, 2018 |
Satelliten-Höhenmesser decken die Ozeangebiete mit wiederholten Spuren mit Wiederholungsraten von einigen Tagen ab und ermöglichen die Schätzung der Meeresoberflächenhöhen mit einer Genauigkeit von 1 bis 2 cm. Die ursprünglichen Altimetriedaten, die von den einzelnen Satellitenaltimetermissionen gemessen wurden, werden von den zuständigen Raumfahrtbehörden zur Verfügung gestellt. Einige von ihnen liefern auch vorverarbeitete Meeresoberflächenhöhen (sogenannte Level-3- oder Level-4-Produkte). Verfeinerte Lösungen werden von verschiedenen Agenturen, Universitäten und Forschungsinstituten berechnet, die ihre Ergebnisse in Rastern von wenigen Bogenminuten bereitstellen. Diese Produkte unterscheiden sich in Bezug auf die verwendeten Datensätze, die betrachtete Zeitspanne sowie die Verarbeitungsstrategien und -methoden.
Die Satellitenaltimetrie ermöglicht eine nahezu globale und quasi-kontinuierliche Überwachung des Meeresspiegels mit cm-Genauigkeit. Der Vergleich von Altimetrie-Lösungen, die sich auf verschiedene Epochen beziehen, ermöglicht die Abschätzung von Schwankungen der Meeresoberfläche und des Meeresspiegels, die Einblicke in die Umverteilung der ozeanischen Wassermassen, die thermische Ausdehnung und Kontraktion, die Variabilität der Meeresströmungen und Wirbel, die Dichtevariationen aufgrund von Wassertemperatur und Salzgehalt, die Kopplung zwischen Atmosphäre und Ozean sowie den Austausch mit Süßwasser, einschließlich schmelzender Eisschilde und Gletscher, ermöglichen.
Weitere Informationen:
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