La topografía de la superficie del océano o topografía de la superficie del mar , también llamada topografía dinámica del océano , son los altos y bajos en la superficie del océano, similares a las colinas y valles de la superficie terrestre de la Tierra representados en un mapa topográfico . Estas variaciones se expresan en términos de altura media de la superficie del mar (SSH) en relación con el geoide de la Tierra . [1] El objetivo principal de medir la topografía de la superficie del océano es comprender la circulación oceánica a gran escala .
La altura de la superficie del mar (SSH) no promediada o instantánea se ve afectada de manera más obvia por las fuerzas de marea de la Luna y por el ciclo estacional del Sol que actúa sobre la Tierra . En escalas de tiempo superiores a un año, los patrones en SSH pueden verse influenciados por la circulación oceánica. Por lo general, las anomalías de SSH resultantes de estas fuerzas difieren de la media en menos de ±1 m (3 pies) a escala global. [2] [3] Otras influencias incluyen patrones interanuales cambiantes de temperatura, salinidad, olas, mareas y vientos. La topografía de la superficie del océano se puede medir con alta precisión y exactitud a escala regional a global mediante altimetría satelital (por ejemplo, TOPEX/Poseidon ).
Las variaciones más lentas y mayores se deben a cambios en el campo gravitacional de la Tierra ( geoide ) debido al derretimiento del hielo, la reorganización de los continentes, la formación de montes submarinos y otras redistribuciones de rocas. La combinación de gravimetría satelital (por ejemplo, GRACE y GRACE-FO ) con altimetría se puede utilizar para determinar el aumento del nivel del mar y propiedades como el contenido de calor del océano . [4] [5]
La topografía de la superficie del océano se utiliza para cartografiar las corrientes oceánicas , que se mueven alrededor de las "colinas" y "valles" del océano de maneras predecibles. Se encuentra un sentido de rotación en el sentido de las agujas del reloj alrededor de las "colinas" en el hemisferio norte y de los "valles" en el hemisferio sur. Esto se debe al efecto Coriolis . Por el contrario, se encuentra un sentido de rotación en el sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de los "valles" en el hemisferio norte y de las "colinas" en el hemisferio sur. [6]
La topografía de la superficie del océano también se utiliza para comprender cómo el océano mueve el calor alrededor del globo, un componente crítico del clima de la Tierra , y para monitorear los cambios en el nivel global del mar . La recopilación de datos es útil para la información a largo plazo sobre el océano y sus corrientes. Según la ciencia de la NASA, estos datos también se pueden utilizar para proporcionar comprensión del tiempo, el clima, la navegación, la gestión de la pesca y las operaciones en alta mar. Las observaciones realizadas sobre los datos se utilizan para estudiar las mareas, la circulación y la cantidad de calor que contiene el océano. Estas observaciones pueden ayudar a predecir los efectos a corto y largo plazo del tiempo y el clima de la Tierra a lo largo del tiempo.
La altura de la superficie del mar (SSH) se calcula a través de satélites de altimetría utilizando como superficie de referencia el elipsoide [7] , que determina la distancia del satélite a una superficie objetivo midiendo el tiempo de ida y vuelta del satélite a la superficie de un pulso de radar [8] [9] . Los satélites miden entonces la distancia entre su altitud de órbita y la superficie del agua. Debido a las diferentes profundidades del océano, se realiza una aproximación. Esto permite que los datos se tomen con precisión debido al nivel uniforme de la superficie. La altitud del satélite debe calcularse luego con respecto al elipsoide de referencia. Se calcula utilizando los parámetros orbitales del satélite y varios instrumentos de posicionamiento. Sin embargo, el elipsoide no es una superficie equipotencial del campo gravitatorio de la Tierra, por lo que las mediciones deben referenciarse a una superficie que represente el flujo de agua, en este caso el geoide. Las transformaciones entre alturas geométricas (elipsoide) y alturas ortométricas (geoide) se realizan a partir de un modelo geoidal. La altura de la superficie del mar es entonces la diferencia entre la altitud del satélite con respecto al elipsoide de referencia y el alcance del altímetro. El satélite envía pulsos de microondas a la superficie del océano. El tiempo de viaje de los pulsos ascendiendo a la superficie del océano y de regreso proporciona datos de la altura de la superficie del mar. En la imagen siguiente se puede ver el sistema de medición utilizado por el satélite Jason-1 . [10]
Actualmente hay nueve satélites diferentes que calculan la topografía oceánica de la Tierra: Cryosat-2 , SARAL , Jason-3 , Sentinel-3A y Sentinel-3B , CFOSat, HY-2B y HY-2C , y Sentinel-6 Michael Freilich (también llamado Jason-CS A). Jason-3 y Sentinel-6 Michael Freilich se encuentran actualmente en el espacio orbitando la Tierra en una rotación en tándem. Están aproximadamente a 330 kilómetros de distancia.
La topografía de la superficie del océano se puede obtener a partir de mediciones de temperatura y salinidad en profundidad desde un barco . Sin embargo, desde 1992, una serie de misiones de altimetría por satélite , comenzando con TOPEX/Poseidon y continuando con Jason-1 , la misión de topografía de la superficie del océano en el satélite Jason-2, Jason-3 y ahora Sentinel-6 Michael Freilich, han medido la altura de la superficie del mar directamente. Al combinar estas mediciones con las mediciones de gravedad de las misiones Grace de la NASA y GOCE de la ESA, los científicos pueden determinar la topografía de la superficie del mar con una precisión de unos pocos centímetros.
Jason-1 fue lanzado por un cohete Boeing Delta II en California en 2001 y continuó las mediciones recopiladas inicialmente por el satélite TOPEX/Poseidon , que orbitó desde 1992 hasta 2006. [11] La NASA y CNES , la agencia espacial francesa, son socios conjuntos en esta misión.
Los principales objetivos de los satélites Jason son recopilar datos sobre la circulación oceánica promedio alrededor del mundo para comprender mejor su interacción con los componentes variables en el tiempo y los mecanismos involucrados para inicializar los modelos oceánicos. Para monitorear la variabilidad oceánica de baja frecuencia y observar los ciclos estacionales y las variaciones interanuales como El Niño y La Niña , la oscilación del Atlántico Norte , la oscilación decenal del Pacífico y las ondas planetarias que cruzan los océanos durante un período de meses, luego se modelarán durante un largo período de tiempo debido a las observaciones altimétricas precisas. [11] Su objetivo es contribuir a las observaciones de la variabilidad oceánica de mesoescala, que afecta a todos los océanos. Esta actividad es especialmente intensa cerca de las corrientes limítrofes occidentales. También monitorea el nivel medio del mar porque es un gran indicador del calentamiento global a través de los datos del nivel del mar . Mejora del modelado de mareas observando componentes de períodos más largos, como interacciones costeras, olas internas y disipación de energía de las mareas. Finalmente, los datos satelitales proporcionarán conocimiento para respaldar otros tipos de meteorología marina , que es el estudio científico de la atmósfera.
Jason-2 fue lanzado el 20 de junio de 2008 por un cohete Delta-2 desde el sitio de California en Vandenberg y finalizó su misión el 10 de octubre de 2019. Jason-3 fue lanzado el 16 de enero de 2016 por un cohete Falcon-9 de SpaceX desde Vandenberg, así como Sentinel-6 Michael Freilich, lanzado el 21 de noviembre de 2020.
Los objetivos a largo plazo de la serie de satélites Jason son proporcionar descripciones globales de los cambios estacionales y anuales de la circulación y el almacenamiento de calor en el océano. [12] Esto incluye el estudio de los cambios climáticos a corto plazo como El Niño , La Niña . Los satélites detectan la media global del nivel del mar y registran las fluctuaciones. También detectan el cambio lento de la circulación oceánica superior en escalas de tiempo decenales, cada diez años. Estudian el transporte de calor y carbono en el océano y examinan los principales componentes que alimentan las mareas de aguas profundas. La recopilación de datos de los satélites también ayuda a mejorar las mediciones de la velocidad y la altura del viento en el tiempo actual y para estudios a largo plazo. Por último, mejora nuestro conocimiento sobre el geoide marino . [12] Los primeros siete meses en que Jason-2 estuvo en uso, voló muy cerca de Jason-1 . Al estar separados por solo un minuto entre sí, los satélites observaron la misma área del océano. La razón de la proximidad en la observación fue la calibración cruzada. Esto estaba destinado a calcular cualquier sesgo en los dos altímetros. Esta observación de varios meses demostró que no había sesgo en los datos y que ambas recopilaciones de datos eran consistentes. [12]
Se ha propuesto una nueva misión satelital denominada Surface Water Ocean Topography Mission para realizar el primer estudio global de la topografía de todas las aguas superficiales de la Tierra (océanos, lagos y ríos). Este estudio tiene como objetivo proporcionar una visión integral de las masas de agua dulce de la Tierra desde el espacio y mediciones de la superficie del océano más detalladas que nunca. [13]