海面地形

海洋表面地形または海面地形は、海洋動的地形とも呼ばれ、地形図に描かれた地球の陸地表面の丘や谷に似た、海面の高低差です。これらの変化は、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。

平均し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の影響を最も強く受けます。1年以上の期間では、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、これらの力から生じるSSH異常は、地球規模で平均から±1 m（3フィート）未満しか異なりません。^{[2] [3]その他の影響には、温度、塩分、波、潮汐、風の年次パターンの変化が含まれます。海洋表面の地形は、衛星}高度測定（例：TOPEX/Poseidon ）により、地域から地球規模で高精度かつ精密に測定できます。

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判定できます。^{[4] [5]}

海洋表面地形は、予測可能な方法で海洋の「丘」と「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」の周りでは時計回りの回転が見られ、南半球の「谷」の周りでは時計回りの回転が見られます。これはコリオリの力によるものです。逆に、北半球の「谷」の周りでは反時計回りの回転が見られ、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]

海面地形は、地球の気候の重要な要素である熱を地球全体にどのように移動させるかを理解するためにも使用され、世界の海面の変化を監視するためにも使用されます。データの収集は、海洋とその海流に関する長期的な情報に役立ちます。NASAの科学によると、このデータは、天気、気候、航行、漁業管理、および沖合での作業を理解するためにも使用できます。データに関する観察は、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。これらの観察は、時間の経過とともに天気と地球の気候の短期的および長期的な影響を予測するのに役立ちます。

海面高度（SSH）は、基準面として楕円体を使用して高度測定衛星によって計算されます。^[7]楕円体は、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を決定します。^{[8] [9]}次に、衛星は軌道高度と水面の間の距離を測定します。海の深さが異なるため、近似値が算出されます。これにより、表面レベルが均一であるため、正確なデータを取得できます。次に、基準楕円体を基準として衛星の高度を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電位面ではないため、測定値は水の流れを表す表面、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）と標高高さ（ジオイド）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範囲の差になります。衛星は海面にマイクロ波パルスを送信します。パルスが海面まで上昇して戻ってくるまでの所要時間から、海面高度のデータが得られます。下の画像では、衛星Jason-1が使用し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算している衛星は 9 つあります。Cryosat -2、SARAL、Jason-3、Sentinel-3AおよびSentinel-3B、CFOSat、HY-2B および HY-2C、Sentinel-6 Michael Freilich (Jason-CS A とも呼ばれる) です。Jason -3とSentinel-6 Michael Freilich は現在、両方とも宇宙空間でタンデム回転しながら地球を周回しています。これらの衛星は約 330 キロメートル離れています。

海面地形は、船から深度の温度と塩分濃度を測定することで得ることができます。しかし、1992 年以降、TOPEX/Poseidon に始まり Jason-1 に続く一連の 衛星高度測定ミッション、Jason - 2衛星の海洋表面地形ミッション、Jason-3、そして現在は Michael Freilich による Sentinel-6 によって、海面の高さが直接測定されています。これらの測定値を NASA のGraceおよび ESA の GOCE ミッションによる重力測定値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の精度で測定できます。

ジェイソン1号は2001年にボーイング社のデルタIIロケットでカリフォルニアで打ち上げられ、 1992年から2006年まで周回していた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ました。 ^[11] NASAとフランスの宇宙機関 CNESはこのミッションの共同パートナーです。

Jason衛星の主な目的は、地球全体の平均的な海洋循環に関するデータを収集し、時間とともに変化する要素との相互作用や、海洋モデルを初期化するための関連するメカニズムをより深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、数か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と年々の変動を観測し、正確な高度測定観測により長期間にわたってモデル化します。^{[11]海洋全体に影響を及ぼす中規模の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、西境界流の近くで特に激しくなります。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、潮汐エネルギーの散逸など、より長周期の要素を観測することで、潮汐モデルを改善します。最後に、衛星データは、大気の科学的研究である 他の種類の海洋気象学をサポートするための知識を提供します。

ジェイソン2号は、2008年6月20日にデルタ2ロケットでカリフォルニア州ヴァンデンバーグから打ち上げられ、2019年10月10日にミッションを終了しました。ジェイソン3号は、2016年1月16日にヴァンデンバーグからファルコン9 スペースXロケットで打ち上げられ、センチネル6マイケル・フライリッヒは2020年11月21日に打ち上げられました。

Jason 衛星シリーズの長期目標は、海洋の循環と蓄熱の季節的および年次的変化を世界規模で説明することです。^{[12]これには、}エルニーニョや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、変動を記録します。また、10年ごとの十年スケールで上層海洋循環の緩やかな変化を検出します。海洋における熱と炭素の輸送を研究し、深海の潮汐を促進する主成分を調べます。衛星のデータ収集は、現在および長期研究における風速と高度の測定の改善にも役立ちます。最後に、海洋ジオイドに関する知識を向上させます。^[12] Jason-2 が使用され始めてから最初の 7 か月間は、Jason-1に極めて近い距離を飛行しました。衛星間の間隔はわずか 1 分でしたが、同じ海洋領域を観測しました。観測が近い理由は、相互較正のためです。これは、2 つの高度計の偏りを計算するためのものでした。この数か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ました。^[12]

地球上のすべての表面水（海、湖、川）の地形を初めて地球規模で調査するために、表面水海洋地形ミッションと呼ばれる新しい衛星ミッションが提案されています。この研究は、宇宙から地球の淡水域の包括的な画像と、これまでよりも詳細な海面の測定値を提供することを目指しています。^[13]

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