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海洋表面地形または海面地形（海洋動的地形とも呼ばれる）は、地形図に描かれた地球の陸地の丘や谷に似た、海洋表面の高低差のことです。これらの変動は、地球のジオイドに対する平均海面高度（SSH ）で表されます。[ 1 ]海洋表面地形を測定する主な目的は、大規模な海洋循環を理解することです。
平均化されていない瞬間的な海面高度 (SSH) は、月の潮汐力と地球に作用する太陽の季節サイクルによって最も明らかに影響を受けます。 1 年より長い時間スケールでは、SSH のパターンは海洋循環の影響を受ける可能性があります。 通常、これらの力によって生じる SSH の異常は、地球規模で平均から ± 1 m (3 ft)未満しか違いません。 [ 2 ] [ 3 ]その他の影響には、温度、塩分、波、潮汐、風の年々のパターンの変化が含まれます。 海洋表面の地形は、衛星高度計(例: TOPEX/Poseidon )によって、地域規模から地球規模まで高精度で測定できます。
より緩やかで大きな変動は、氷の融解、大陸の再配置、海山の形成、その他の岩石の再分布による地球の重力場（ジオイド）の変化によるものです。衛星重力測定（GRACEやGRACE-FOなど）と高度測定を組み合わせることで、海面上昇や海洋熱量などの特性を測定できます。[ 4 ] [ 5 ]
海洋表面の地形は、予測可能な方法で海洋の「丘」や「谷」の周りを移動する海流をマッピングするために使用されます。北半球の「丘」と南半球の「谷」の周りでは時計回りの回転が見られます。これはコリオリ効果によるものです。逆に、北半球の「谷」と南半球の「丘」の周りでは反時計回りの回転が見られます。[ 6 ]
海洋表面の地形は、地球の気候の重要な要素である、海洋が地球全体に熱をどのように移動させるかを理解するため、また、地球規模の海面水位の変化を監視するためにも使用されます。このデータの収集は、海洋とその海流に関する長期的な情報を得るのに役立ちます。NASAの科学によると、このデータは、気象、気候、航行、漁業管理、および海洋作業の理解にも使用できます。データに関する観測は、海洋の潮汐、循環、および海洋に含まれる熱量を研究するために使用されます。これらの観測は、気象と地球の気候の短期および長期的な影響を長期的に予測するのに役立ちます。
海面高度 (SSH) は、楕円体を基準面として高度計衛星を使用して計算されます。[ 7 ]レーダーパルスの衛星から表面への往復時間を測定することにより、衛星から目標表面までの距離が決定されます。[ 8 ] [ 9 ]衛星は、軌道高度と水面との間の距離を測定します。海洋の深さが異なるため、近似が行われます。これにより、均一な表面レベルにより、データを正確に取得できます。次に、衛星の高度を基準楕円体に対して計算する必要があります。これは、衛星の軌道パラメータとさまざまな測位機器を使用して計算されます。ただし、楕円体は地球の重力場の等ポテンシャル面ではないため、測定値は水の流れを表す面、この場合はジオイドを基準にする必要があります。幾何学的高さ (楕円体) と正標高 (ジオイド) の間の変換は、ジオイドモデルから実行されます。海面高度は、基準楕円体に対する衛星の高度と高度計の測定範囲との差です。衛星はマイクロ波パルスを海面に送信します。パルスが海面まで上昇して戻ってくるまでの時間から、海面高度のデータが得られます。下の画像では、衛星Jason-1で使用されている測定システムを見ることができます。[ 10 ]
現在、地球の海洋地形を計測する衛星は、Cryosat-2、SARAL、Jason-3、Sentinel-3A、 Sentinel- 3B、CFOSat、HY-2B、HY-2C、そしてSentinel-6 Michael Freilich（Jason-CS Aとも呼ばれる）の9種類です。Jason -3とSentinel-6 Michael Freilichは現在、地球を周回する軌道上にあり、互いに追従して回転しています。両衛星間の距離は約330キロメートルです。
海面地形は、船舶による深層 水温と塩分濃度の測定から推定できます。しかし、1992年以降、 TOPEX/Poseidonを皮切りに、Jason-1、 Jason-2衛星に搭載された海洋表面地形ミッション、Jason-3、そして現在のSentinel-6 Michael Freilichといった一連の衛星高度計ミッションによって、海面高度が直接測定されています。これらの測定値をNASAのGraceとESAのGOCEミッションによる重力測定と組み合わせることで、科学者は海面地形を数センチメートル以内の精度で決定することができます。
ジェイソン1号は2001年にカリフォルニアでボーイングデルタIIロケットによって打ち上げられ、 1992年から2006年まで軌道上にあったTOPEX/ポセイドン衛星によって最初に収集された測定を継続した。 [ 12 ] NASAとフランス宇宙機関CNESは、このミッションの共同パートナーである。
ジェイソン衛星の主な目的は、地球上の平均的な海洋循環に関するデータを収集し、時間変動成分との相互作用や海洋モデルを初期化するための関連メカニズムをよりよく理解することです。低周波の海洋変動を監視し、エルニーニョやラニーニャ、北大西洋振動、太平洋十年規模振動、数ヶ月にわたって海洋を横断する惑星波などの季節サイクルや年々の変動を観測し、高精度の高度計観測により長期間にわたってモデル化します。[ 12 ]海洋全体に影響を与える中規模海洋変動の観測に貢献することを目指しています。この活動は、特に西岸境界流付近で活発です。また、海面データを通じて地球温暖化の大きな指標となる平均海面も監視します。沿岸相互作用、内部波、潮汐エネルギー散逸などのより長い周期の成分を観測することで、潮汐モデルを改善します。最終的に、衛星データは、大気の科学的研究である海洋気象学の他の分野を支援する知識を提供するだろう。
ジェイソン2号は2008年6月20日にカリフォルニア州ヴァンデンバーグ基地からデルタ2ロケットで打ち上げられ、2019年10月10日にミッションを終了した。ジェイソン3号は2016年1月16日にヴァンデンバーグ基地からスペースX社のファルコン9 ロケットで打ち上げられ、センチネル6号マイケル・フライリッヒも2020年11月21日に打ち上げられた。
ジェイソン衛星シリーズの長期目標は、海洋の循環と熱貯蔵の季節的および年間の変化をグローバルに記述することです。[ 13 ]これには、エルニーニョ、ラニーニャなどの短期的な気候変動の研究が含まれます。衛星は、世界の海面平均を検出し、その変動を記録します。また、10 年ごとに、10 年単位の時間スケールで上層海洋循環のゆっくりとした変化を検出します。海洋における熱と炭素の輸送を研究し、深層潮汐を促進する主要な要素を調べます。衛星のデータ収集は、現在の風速と高度の測定と長期研究の改善にも役立ちます。最後に、海洋ジオイドについての知識を向上させます。[ 13 ]ジェイソン 2 が運用開始されてからの最初の 7 か月は、ジェイソン 1と極めて近い距離で飛行しました。衛星は互いに 1 分しか離れておらず、同じ海洋領域を観測しました。観測が近かった理由は、相互校正のためでした。これは、2 つの高度計のバイアスを計算することを目的としていました。この数ヶ月にわたる観察により、データに偏りはなく、両方のデータ収集が一貫していることが証明された。[ 13 ]
地球上のすべての表面水（海洋、湖、河川）の地形を初めて世界規模で調査するために、Surface Water Ocean Topography Missionと呼ばれる新しい衛星ミッションが提案されました。この研究は、宇宙から地球の淡水域を包括的に把握し、これまで以上に詳細な海洋表面の測定を行うことを目的としています。[ 14 ]
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