Η συμβολή των σύγχρονων γεωδυναμικών μοντέλων των αποστολών GRACE και GOCE στον προσδιορισμό της δυναμικής θαλάσσιας τοπογραφίας με συνδυασμό αλτιμετρικών δεδομένων
Creators: name: Κατσαδούρου, Αφροδίτη Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Γεωδαισία
Ωκεάνια κυκλοφορία
Δορυφορική αποστολή GOCE
Geodesy
Ocean Circulation
GOCE satellite mission

description: Η παρούσα εργασία αφορά στην μελέτη των βασικών εννοιών του πεδίου βαρύτητας της Γης και τη σχέση μεταξύ της γεωδαισίας και της φυσικής ωκεανογραφίας. Η επιστήμη της γεωδαισίας επικεντρώνεται στη μελέτη και την κατανόηση του δυναμικού συστήματος της Γης και τον προσδιορισμό του πεδίου βαρύτητας. Μέχρι τα τέλη του 20ου αιώνα, η αναπαράσταση του πεδίου βαρύτητας της Γης βασίστηκε αποκλειστικά σε επίγειες παρατηρήσεις, περιλαμβανομένων των εναέριων και θαλάσσιων παρατηρήσεων. Η εξέλιξη της γεωδαισίας οδήγησε στη δημιουργία σύγχρονων δορυφορικών αποστολών και νέων μεθόδων προσδιορισμού και παρακολούθησης του πεδίου βαρύτητας της Γης με ομοιογένεια και παγκόσμια κάλυψη. Τόσο το φάσμα όσο και οι συνιστώσες του πεδίου βαρύτητας προσδιορίζονται σε ηπειρωτικές και θαλάσσιες περιοχές, με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. Στο πλαίσιο αυτό, οι δορυφορικές αποστολές CHAMP, GRACE και GOCE έχουν ως κύριο στόχο την υψηλή ακρίβεια και την χαρτογράφηση του πεδίου βαρύτητας της Γης σε παγκόσμια αλλά και τοπική κλίμακα. Τα νέα γεωδυναμικά μοντέλα που προέρχονται από το συνδυασμό της δορυφορικής αλτιμετρίας και των επίγειων δεδομένων βαρύτητας αποτελούν τις πιο ακριβείς λύσεις. Οι λύσεις αυτές μπορούν να αφορούν αποκλειστικά στην επιφάνεια της θάλασσας (ωκεάνια μοντέλα γεωειδούς, ωκεάνια μοντέλα πεδίου βαρύτητας). Η μελέτη των μεταβολών της στάθμης της θάλασσας και ο προσδιορισμός της τοπογραφίας της επιφάνειας της θάλασσας αφορά τόσο την επιστήμη της γεωδαισίας όσο και της ωκεανογραφίας. Από γεωδαιτική σκοπιά, η τοπογραφία της επιφάνειας της θάλασσας συμβάλλει στον προσδιορισμό του γεωειδούς, το οποίο αποτελεί τη βασική επιφάνεια αναφοράς για παρατηρήσεις που καθορίζονται με τη χρήση γεωδαιτικών μεθόδων, ενώ ταυτόχρονα αποτελεί την κύρια επιφάνεια για τον προσδιορισμό της ωκεάνιας κυκλοφορίας και της μελέτης των ιδιοτήτων θαλασσινού νερού. Στο πλαίσιο αυτό κύριος στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο προσδιορισμός της Δυναμικής Τοπογραφίας της επιφάνειας της θάλασσας (MDT) σε δύο περιοχές μελέτης, της περιοχής του Βόρειου Ατλαντικού Ωκεανού και της περιοχής της κλειστής λεκάνης της Μεσόγειου και του ευρύτερου Ευρωπαϊκού χώρου. Για τον υπολογισμό της δυναμικής θαλάσσιας τοπογραφίας συνδυάστηκε ένα παγκόσμιο γεωδυναμικό μοντέλου (NGOCO02S) και ένα μοντέλου μέσης στάθμης της θάλασσας (MDOTDTU2010). Η βελτιστοποίηση του πεδίου της δυναμικής τοπογραφίας της θάλασσας επιτυγχάνεται στη συνέχεια μέσω της εφαρμογής στατιστικών ελέγχων και γραμμικών φίλτρων για την απομάκρυνση του θορύβου και των σφαλμάτων. Τέλος πραγματοποιείται ο υπολογισμός των ταχυτήτων των ωκεάνιων ρευμάτων των περιοχών αυτών με την χρήση γεωδαιτικών μεθόδων.
description: The present thesis focuses on the study of fundamental concepts of the Earth’s gravity field and their application to the determination of functionals related to the Earth’s oceans, i.e., especially to the interrelation between space geodesy and physical oceanography. The science of Geodesy focuses on studying and understanding of the Earth's dynamic system and the determination of the Earth's gravity field. Until the late 20th century the representation of the Earth's gravitational field was based solely on ground-based observations, including airborne and marine observations. The evolution of space geodesy led to the establishment of modern satellite missions and new methods of determining and tracking homogeneously the Earth’s gravity field, thus providing a unique outlook of its spectrum and components, both in continental and marine areas, much more accurately. In this respect, the satellite missions of CHAMP, GRACE and that of GOCE, have as their main objectives the high accuracy and global representation of the Earth’s gravity field. The new geopotential models derived from combining satellite altimetry, and marine and terrestrial gravity, represent the most accurate solutions in a global coverage of the Earth’s gravity field. These solutions can be identified exclusively in sea surface (ocean geoid models, ocean gravity field models). The study of sea level variations and the determination of the sea surface topography outline in effect the interrelation of Geodesy and Oceanography. From a geodetic perspective, the sea surface topography contributes to the determination of the geoid, which is the basic reference surface for observations specified by geodetic methods, while simultaneously constitutes the main surface for the determination of the ocean circulation and study of seawater properties. The interrelation between the two disciplines allows the determination of sea surface topography, either directly from oceanographic observations (atmospheric pressure, speed and wind currents, temperature, salinity and density) as well as through oceanographic models, identified by in-situ observations, or via geodetic methods by using geoid models. Afterwards, it is possible to calculate the speed of ocean currents via the geodetic defined Quasi-stationary Sea Surface Topography (QSST), and vice versa, determine the QSST through oceanographic data and methods. The main objective of this thesis is the determination of stationary Dynamic Ocean Topography (DOT) or Mean Dynamic Topography (MDT) of two study areas, which are located in the North Atlantic Ocean and the Mediterranean sea. This is achieved by combining a Global Geopotential Model (GGM) and a Mean Sea Surface Model (MSS) from satellite altimetry. In all such applications, filtering is needed in order to account for the observation noise, as well as the geoid omission and commission errors. Therefore, linear, isotropic, filters have been applied. Finally the ocean current velocities in these regions were calculated by using geodetic methods.