해면 지형

400px|right|섬네일|TOPEX/Poseidon은 과학자들이 세계 해양의 대규모 해류 시스템을 연구하기에 충분한 정확도로 해양 지형을 매핑할 수 있게 한 최초의 우주 임무였다. 이 이미지는 TOPEX/Poseidon 데이터 10일치(1992년 10월 3일 ~ 10월 12일)로만 구성되었지만, 지난 100년간 선박 관측을 통해 확인된 대부분의 해류 시스템을 보여준다.

해면 지형(ocean surface topography) 또는 해수면 지형(sea surface topography), 또는 해양 동적 지형(ocean dynamic topography)은 지형도에 묘사된 지구 육지 표면의 언덕과 계곡처럼, 해양 표면의 높고 낮은 부분을 말한다.
이러한 변화는 지구 지오이드에 대한 평균 해수면 높이(SSH)로 표현된다. 해면 지형을 측정하는 주된 목적은 대규모 해양 순환을 이해하는 것이다.

시간 변화
평균되지 않거나 순간적인 해수면 높이(SSH)는 달의 조석력과 지구에 작용하는 태양의 계절 주기에 가장 명확하게 영향을 받는다. 1년보다 긴 시간 척도에서는 해수면 높이의 패턴이 해양 순환에 의해 영향을 받을 수 있다. 일반적으로 이러한 힘으로 인한 해수면 높이 이상은 전 지구적 규모에서 평균에서 ± 미만으로 차이가 난다. 다른 영향으로는 온도, 염분, 파도, 조석 및 바람의 변화하는 연간 패턴이 포함된다. 해면 지형은 위성 고도 측정 (예: TOPEX/Poseidon)을 통해 지역에서 전 지구적 규모까지 높은 정확도와 정밀도로 측정할 수 있다.

더 느리고 더 큰 변화는 녹는 얼음, 대륙의 재배치, 해산의 형성 및 기타 암석 재분배로 인한 지구의 중력장(지오이드) 변화 때문이다. 위성 중력측정(예: GRACE)과 고도 측정을 결합하여 해수면 상승과 해양 열 함량과 같은 속성을 결정할 수 있다.

적용
해면 지형은 예측 가능한 방식으로 해양의 "언덕"과 "계곡" 주변을 이동하는 해류를 매핑하는 데 사용된다. 북반구의 "언덕" 주변과 남반구의 "계곡" 주변에서는 시계 방향의 회전이 발견된다. 이는 코리올리 효과 때문이다. 반대로 북반구의 "계곡" 주변과 남반구의 "언덕" 주변에서는 반시계 방향의 회전이 발견된다.

해면 지형은 또한 지상 기후의 중요한 구성 요소인 해양이 지구 전체에 열을 어떻게 이동시키는지 이해하고 전 지구적 해수면 변화를 모니터링하는 데 사용된다.
데이터 수집은 해양과 해류에 대한 장기적인 정보에 유용하다. NASA 과학에 따르면 이 데이터는 날씨, 기후, 항해, 어업 관리 및 해상 작업에 대한 이해를 제공하는 데도 사용될 수 있다. 데이터에 대한 관측은 해양 조석, 순환 및 해양이 포함하는 열의 양을 연구하는 데 사용된다. 이러한 관측은 날씨와 지구 기후의 단기 및 장기적 영향을 예측하는 데 도움이 될 수 있다.

측정
해수면 높이(SSH)는 위성 고도 측정 장치를 통해 지구 타원체를 기준면으로 사용하여 계산되며, 레이더 펄스의 위성-표면 왕복 시간을 측정하여 위성에서 목표 표면까지의 거리를 결정한다. 그런 다음 위성은 궤도 고도와 수면 사이의 거리를 측정한다. 해양의 깊이가 다르기 때문에 근사치가 만들어진다. 이는 균일한 수면 높이 덕분에 정확하게 데이터를 얻을 수 있게 한다. 위성의 고도는 기준 타원체에 대해 계산되어야 한다. 이는 위성의 궤도 매개변수와 다양한 위치 측정 장치를 사용하여 계산된다. 그러나 타원체는 지구 중력장의 등전위면이 아니므로, 측정값은 물의 흐름을 나타내는 표면, 이 경우 지오이드를 참조해야 한다. 기하학적 높이(타원체)와 정적 높이(지오이드) 간의 변환은 지오이드 모델에서 수행된다. 해수면 높이는 위성의 기준 타원체에 대한 고도와 고도계 범위의 차이이다. 위성은 해수면에 마이크로파 펄스를 보낸다. 해수면에 도달하고 다시 돌아오는 펄스의 이동 시간은 해수면 높이 데이터를 제공한다.
아래 이미지에서 위성 Jason-1이 사용하는 측정 시스템을 볼 수 있다.

위성 임무

섬네일|제이슨-1은 10일마다 전 세계 해면 지형을 매핑한다.

현재 지구 해양 지형을 계산하는 9개의 다른 위성이 있는데, 크리오샛-2, SARAL, Jason-3, Sentinel-3A 및 Sentinel-3B, CFOSat, HY-2B 및 HY-2C, 그리고 Sentinel-6 Michael Freilich (제이슨-CS A라고도 함)이다. Jason-3과 Sentinel-6 Michael Freilich는 현재 탠덤 회전으로 지구 궤도를 돌고 있다. 이들은 약 330킬로미터 떨어져 있다.

해면 지형은 심해의 온도와 염분에 대한 선박 기반 측정을 통해 얻을 수 있다. 그러나 1992년 이래로 TOPEX/Poseidon으로 시작하여 Jason-1, 제이슨-2 위성의 해면 지형 임무, 제이슨-3 및 현재 센티넬-6 마이클 프라일리히로 이어진 일련의 위성 고도 측정 임무가 해수면 높이를 직접 측정해왔다. 이러한 측정값을 NASA의 GRACE (우주선)와 ESA의 GOCE 임무의 중력 측정값과 결합함으로써 과학자들은 해수면 지형을 몇 센티미터 내로 결정할 수 있다.

Jason-1은 2001년 캘리포니아주에서 보잉 델타 II 로켓에 의해 발사되었으며, 1992년부터 2006년까지 궤도를 돌던 TOPEX/Poseidon 위성으로 처음 수집된 측정값을 계속해서 수집했다. NASA와 프랑스 우주국인 CNES는 이 임무의 공동 파트너이다.

제이슨 위성의 주요 목표는 해양 모델 초기화를 위한 시간 가변 구성 요소 및 관련 메커니즘과의 상호 작용을 더 잘 이해하기 위해 전 세계 평균 해양 순환에 대한 데이터를 수집하는 것이다. 저주파 해양 변동성을 모니터링하고 엘니뇨 및 라니냐, 북대서양 진동, 태평양 십년 진동과 같이 몇 달에 걸쳐 해양을 횡단하는 행성파와 같은 계절 주기 및 연간 변동을 관찰한 다음, 정밀한 고도 측정 관측 덕분에 장기간 모델링할 것이다. 이는 전 해양에 영향을 미치는 중간 규모 해양 변동성 관측에 기여하는 것을 목표로 한다. 이 활동은 서부 경계 해류 근처에서 특히 활발하다. 또한 해수면 데이터는 지구 온난화의 큰 지표이므로 평균 해수면을 모니터링한다. 해안 상호 작용, 내부파 및 조석 에너지 소산과 같은 더 긴 주기 구성 요소를 관찰하여 조석 모델링을 개선한다. 마지막으로 위성 데이터는 대기의 과학적 연구인 다른 유형의 해양 기상학을 지원하는 지식을 제공할 것이다.

제이슨-2는 2008년 6월 20일 캘리포니아주 반덴버그에서 델타-2 로켓으로 발사되어 2019년 10월 10일 임무를 종료했다. 제이슨-3은 2016년 1월 16일 스페이스X의 팰컨-9 로켓으로 반덴버그에서 발사되었으며, 센티넬-6 마이클 프라일리히도 2020년 11월 21일 발사되었다.

제이슨 위성 시리즈의 장기 목표는 해양의 순환과 열 저장량의 계절적 및 연간 변화에 대한 전 지구적 설명을 제공하는 것이다. 여기에는 엘니뇨, 라니냐와 같은 단기 기후 변화 연구가 포함된다. 위성은 전 지구적 해수면 평균을 감지하고 변동을 기록한다. 또한 10년마다 상층 해양 순환의 느린 변화를 감지한다. 해양에서의 열과 탄소 수송을 연구하고 심해 조석을 촉진하는 주요 구성 요소를 조사한다. 위성 데이터 수집은 또한 현재 및 장기 연구를 위한 풍속 및 높이 측정을 개선하는 데 도움이 된다. 마지막으로 해양 지오이드에 대한 우리의 지식을 향상시킨다. 제이슨-2는 처음 7개월 동안 Jason-1과 매우 가까이에서 비행했다. 불과 1분 간격으로 위성들은 같은 해역을 관측했다. 가까이에서 관측한 이유는 교차 보정을 위한 것이었다. 이는 두 고도계의 편향을 계산하기 위한 것이었다. 이 여러 달 간의 관측은 데이터에 편향이 없으며 두 데이터 수집이 일관적임을 입증했다.

지표수 해양 지형 임무라고 불리는 새로운 위성 임무가 지구의 모든 지표수(해양, 호수 및 강)의 지형을 처음으로 전 지구적으로 조사하기 위해 제안되었다. 이 연구는 우주에서 지구의 담수체를 포괄적으로 조망하고 이전보다 훨씬 더 상세한 해양 표면 측정을 제공하는 것을 목표로 한다.

 같이 보기 
 동적 지형학
 와류
 SARAL
 해수면 미세층

 각주 

 외부 링크 
 우주에서 본 해면 지형
 OSTM 장비 설명

분류:기후학
분류:측지학
분류:물리해양학