Слайд. (и 20 тоже)

Причина, по которой океаническое дно, особенно южное полушарие океана, имеет низкое покрытие картами в том, что электромагнитные волны не могут проникать глубоко в океан (3-5 км = 2-3 mi). Взамен этого в основном используется two-way-travel (TWT) time (время прохождения акустического импульса до замеряемой точки и обратно) акустического импульса. Однако из-за того что исследовательские судна движутся достаточно медленно (6м/с = 12 узлов), это займет приблизительно 125 лет для того чтобы закартировать океанический бассейн используя данный метод. На сегодняшний день, только малая доля океанического дна картируется судами.

К счастью такие картирующие программы излишни, так как поверхность океана имеет обширные выступы и впадины, которые отражают рельеф дна. Эти впадины и выступы могут быть нанесены используя очень точный радар-альтиметр поднятый на спутнике. В этой небольшой статье мы попытаемся ответить на основные вопросы связанные со спутниковыми измерениями океанического дна. Что является причиной появления на поверхности океана впадин и выпуклостей отражающих рельеф дна? Как велики эти впадины? Как можно их измерить при наличии волн и приливов? Что было открыто на основании данных нового Geosat and ERS-1?

Согласно закону физики поверхность океана это эквипотенциальная поверхность земного гравитационного поля. (Давайте игнорировать волны, ветер, приливы и течения для нашего случая) В основном это означает, что если бы мы положили шары везде на поверхности океана ни один бы из них не покатился вниз, так как все они находятся на одном «уровне». В первом приближении эквипотенциальная поверхность земли сфера. Однако из-за земного вращения, эквипотенциальная океаническая поверхность больше похожа на эллипсоид вращения, где полярный диаметр на 43 километра меньше экваториального. Разница между фактической океанической поверхностью и идеальным эллипсоидом доходит до 100 м. Эти впадины и выпуклости порождаются мельчайшими изменениями в гравитационном поле земли. Для примера дополнительное гравитационное притяжение из-за горного массива на дне океана притягивает воду к себе порождая локальный выступ на океанической поверхности (из-за того что вода притягивается к горному массиву и не растекается), типичный подводный вулкан 2000 м в высоту и радиусом 20 км. Этот выступ не может быть виден невооруженным глазом так как наклон океанической поверхности очень маленький.

Эти маленькие выступы и впадины на поверхности геоида могут быть измерены очень точным радаром поднятым на спутнике. Для примера спутник Geosat запущенный военно морским флотом США в 1985 г. картирует поверхность геоида с горизонтальным разрешением 10-15 км и вертикальным разрешением 0,03м. Geosat был размещен на около полярной орбите для достижения высокой ширины измерений. Этот спутник оборачивается вокруг Земли 14,3 раза в день в результате чего его скорость океанических измерений составляет 7км/сек. При этом земля вращается ниже неподвижной орбиты спутника (так спутник находится на околополярной орбите и движется перпендикулярно вращению земли) таким образом, за период 1,5 года спутниковые карты рельефа поверхности земли будут построены. Два очень точных расстояния должны быть учтены для установления рельефа океанической поверхности с точностью 0,03 м. Первое это высота спутника над эллипсоидом h*(или высота над идеальным эллипсоидом) замеряемая с помощью глобально распределенной цепи лазеров или доплеровских станций. Траектория и высота спутника в дальнейшем очищается (видимо в значении корректировка с использованием каких то поправок) с использованием orbit dynamic calculations. Вторая – это высота над геоидом h (со всеми его выпуклостями и впадинами) которая определяется с использованием микроволнового радара, который посылает ограниченный импульс с частотой 13Гц (Океаническая поверхность является хорошим отражением для данной частоты) Радар освещает поверхность большими пятнами около 45 км в диаметре. Маленького отпечатка (пятна) (1-5 км в диаметре) добиваются остроконечным импульсом и точной записью TWT time. Пятно должно быть достаточно большим для того чтобы вычислить среднюю величину неровной поверхности нарушенной океаническими волнами.

Сферический фронт волны обеспечивает альтитуду измеряющую поверхность океана. Высокая частота повторений (1000 пульсов в секунду) используется для улучшения показателя сигнал помеха, особенно в случаях когда на океанической поверхности имеются неровности. Для повышения точности измерений применяются поправки для атмосферы и ионосферы так же как и для приливов. Разница между высотой над эллипсоидом и альтитудой над фактической океанической поверхностью приблизительно равна высоте геоида (N=h*-h).

На протяжении многократных прохождений по орбите эффекты изменения солености и температуры, приливов, ветров и волн, и орбитальных изменений могут быть удалены, чтобы выделить те изменения которые происходят на поверхности океана из-за наличия подводного рельефа.

Слайд

На этом слайде показана сильная корреляция аномалии свободного воздуха с рельефом океана.

Слайд

Небольшое заключения для спутникового измерения рельефа морского дна:

1.Спутниковая альтиметрия (замеряющая поверхность океана) используется для расчета геоида и из него значении гравитации свободного воздуха (эталонное значение)

2.Используя эталонное значение Free air gravity и значение Free air anomaly мы можем расчитать батиметрию (глубину океана).

Слайд

Задача альтиметрии – точная орбита помогающая получать точные значения поверхности океана, но для того чтобы знать точную орбиту нам необходимо знать элипсойдную высоту спутника.

GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) помогает обойти эту проблему. Два спутника следуют один за другим на одинаковой орбите, но на расстоянии несколько сот километров друг от друга.

Проходя через место увеличения массы (например континент) первый спутник ускоряется относительно второго

Который позже догоняет его обратно.

Измеряя относительное ускорение мы можем измерить изменчивость геоида.

Слайд

Измерения геоида с помощью GRACE имеют некоторые изменения в зависимости от изменения количества содержания воды в Амазонском бассейне в разные сезоны (от дождливого до засушливого)

От марта до июля геоид в Амазонке кое-где выше, чем среднее значение. Но этот подъем переходит в нижнее значение (ниже среднего) с сентября до декабря. Такие же изменения известны как изостатическое регулирование. Изостасия относится к внешней сфере Земли к опытным силам, которые заставляют поверхность подниматься или опускаться как груз добавленный или убранный. Эта зависимость не мгновенна, но происходит всегда. Для примера если многие континенты покрыты льдом, тогда кора подо льдом будет тонуть под этим грузом, когда лед растает, кора начнет подниматься. Часть изостатического механизма включает пластическое течение, уравновешивающее верхнюю мантию. В Южной Америке, случай на картинке выше, добавление груза ведет к голубой стадии, это накопление воды в Амазонском бассейне в течение сезона дождей. GRACE достаточно чувствительна к наблюдаемым изменениям подьема. GRACE будет продолжать собирать высокочувствительные данные до 5 лет по полученным данным гравитационные профили будут построены и мировые гравитационные карты на основание микроволновых измерений.

Слайд

Пример показывает процесс моделирования в котором 2-ух мерный профиль плотности (обычно по информации по обнажениям, сейсмики и другим данным) строится и рассчитывается гравитационный эффект. После процесса проб и ошибок идеальный набор плотности и формы тел получается.

ДАЛЬШЕ ПОЛНЫЙ БРЕД

Дата добавления: 2015-10-29