topografía de la superficie oceánica

La topografía de la superficie oceánica o topografía de la superficie del mar , también llamada topografía dinámica oceánica , son elevaciones y depresiones en la superficie del océano, similares a las colinas y valles de la superficie terrestre 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 terrestre . ^{[ 1 ]} El objetivo principal de medir la topografía de la superficie oceánica es comprender la circulación oceánica a gran escala .

La altura de la superficie del mar (SSH) instantánea o no promediada se ve afectada principalmente por las fuerzas de marea de la Luna y por el ciclo estacional del Sol que actúa sobre la Tierra . En escalas de tiempo mayores a un año, los patrones de 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 los cambios en los patrones interanuales de temperatura, salinidad, olas, mareas y vientos. La topografía de la superficie oceánica se puede medir con alta exactitud y precisión a escala regional a global mediante altimetría satelital (por ejemplo, TOPEX/Poseidon ).  

Las variaciones más lentas y de mayor magnitud se deben a cambios en el campo gravitatorio terrestre ( geoide ) causados ​​por el deshielo, la reorganización de los continentes, la formación de montes submarinos y otras redistribuciones de rocas. La combinación de la gravimetría satelital (por ejemplo, GRACE y GRACE-FO ) con la altimetría permite determinar el aumento del nivel del mar y propiedades como el contenido de calor oceánico . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La topografía de la superficie oceánica se utiliza para cartografiar las corrientes oceánicas , que se mueven alrededor de las "colinas" y "valles" del océano de forma predecible. Se observa una rotación en sentido horario 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 observa una rotación en sentido antihorario alrededor de los "valles" en el hemisferio norte y de las "colinas" en el hemisferio sur. ^{[ 6 ]}

La topografía de la superficie oceánica también se utiliza para comprender cómo el océano transporta el calor por todo el planeta, un componente fundamental del clima terrestre , y para monitorear los cambios en el nivel global del mar . La recopilación de datos es útil para obtener información a largo plazo sobre el océano y sus corrientes. Según la NASA , estos datos también pueden utilizarse para comprender el tiempo, el clima, la navegación, la gestión pesquera y las operaciones en alta mar. Las observaciones realizadas a partir de estos 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 del clima terrestre.

La altura de la superficie del mar (SSH) se calcula mediante satélites de altimetría que utilizan como superficie de referencia el elipsoide , ^{[ 7 ]} que determina la distancia del satélite a una superficie objetivo midiendo el tiempo de ida y vuelta de un pulso de radar entre el satélite y la superficie. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Los satélites miden entonces la distancia entre su altitud orbital y la superficie del agua. Debido a las diferentes profundidades del océano, se realiza una aproximación. Esto permite tomar datos con precisión debido al nivel uniforme de la superficie. La altitud del satélite debe calcularse entonces 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 terrestre, por lo que las mediciones deben referenciarse a una superficie que represente el flujo del 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 al ascender a la superficie del océano y regresar proporciona datos sobre la altura de la superficie del mar. En la imagen inferior se puede ver el sistema de medición utilizado por el satélite Jason-1 . ^{[ 10 ]}

Actualmente, nueve satélites diferentes 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). Tanto Jason-3 como Sentinel-6 Michael Freilich se encuentran actualmente en órbita alrededor de la Tierra en rotación en tándem. Están separados por aproximadamente 330 kilómetros.

La topografía de la superficie oceánica se puede obtener a partir de mediciones de temperatura y salinidad en profundidad realizadas desde buques . Sin embargo, desde 1992, una serie de misiones de altimetría satelital , comenzando con TOPEX/Poseidon y continuando con Jason-1 , la Misión de Topografía de la Superficie Oceánica en el satélite Jason-2, Jason-3 y ahora Sentinel-6 Michael Freilich, han medido directamente la altura de la superficie del mar. 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 marina con una precisión de pocos centímetros.

Jason-1 fue lanzado por un cohete Boeing Delta II en California en 2001 y continuó las mediciones recogidas inicialmente por el satélite TOPEX/Poseidon , que orbitó desde 1992 hasta 2006. ^{[ 12 ]} La NASA y el 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 decadal 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. ^{[ 12 ]} 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 de límite occidental. 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 el modelado de mareas al observar más componentes de período largo como interacciones costeras, ondas internas y disipación de energía mareal. Finalmente, los datos satelitales proporcionarán conocimiento para apoyar otros tipos de meteorología marina , que es el estudio científico de la atmósfera.

La misión Jason-2 fue lanzada el 20 de junio de 2008 mediante un cohete Delta-2 desde la base de Vandenberg en California y finalizó su misión el 10 de octubre de 2019. La misión Jason-3 fue lanzada el 16 de enero de 2016 mediante un cohete Falcon-9 de SpaceX desde Vandenberg, al igual que la misión Sentinel-6 Michael Freilich, lanzada 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. ^{[ 13 ]} Esto incluye el estudio de cambios climáticos a corto plazo como El Niño y La Niña . Los satélites detectan el nivel medio global del mar y registran las fluctuaciones. También detectan el cambio lento de la circulación de la capa superior del océano en escalas de tiempo decenales, cada diez años. Estudian el transporte de calor y carbono en el océano y examinan los componentes principales que alimentan las mareas de aguas profundas. La recopilación de datos de los satélites también ayuda a mejorar las mediciones de velocidad y altura del viento en el tiempo actual y para estudios a largo plazo. Por último, mejora nuestro conocimiento sobre el geoide marino . ^{[ 13 ]} Los primeros siete meses de uso de Jason-2 voló muy cerca de Jason-1 . Con solo un minuto de diferencia entre sí, los satélites observaron la misma área del océano. La razón de la proximidad en la observación fue para la calibración cruzada. Esto tenía como objetivo 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. ^{[ 13 ]}

Se ha propuesto una nueva misión satelital denominada Misión Topográfica de Aguas Superficiales y Oceánicas 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 oceánica mucho más detalladas que nunca. ^{[ 14 ]}

• Topografía dinámica
• Remolino (dinámica de fluidos)
• SARAL
• microcapa de la superficie del mar

• Topografía de la superficie oceánica desde el espacio
• Descripción del instrumento OSTM