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| | | | | | | Übung 2: Meeresspiegelhöhe
Warme Ströme wie der Golfstrom unterliegen großen Schwankungen der Meeresspiegelhöhe (engl. Sea Surface Height, SSH). Mithilfe von Satelliten können wir chronologische Bildreihen zusammenstellen, die uns ermöglichen, das Verhalten des Stroms über verschiedene Zeiträume zu beobachten.
Wie bereits erwähnt, schwankt die Höhe des Meeresspiegels im Wandel der Jahreszeiten aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion. Doch auch andere Faktoren, wie zum Beispiel der Wind und die Gezeiten, tragen zu diesen Schwankungen bei. Um die Ausmaße der Schwankungen der Meeresspiegelhöhe messen zu können, benötigen wir eine Bezugshöhe. Diese Bezugshöhe heißt „Geoid“ und stellt die Meeresspiegelhöhe ohne Berücksichtigung externer Faktoren dar. Seine Form ist durch die uneinheitliche Verteilung der Schwerkraft in den verschiedenen Gebieten der Erde bedingt.
| | Vereinfachte Darstellung der Komponenten der satellitengestützten Altimetrie | |
Zur Erfassung der Meeresspiegelhöhe wird eine Technik namens Altimetrie angewendet, die sich auf aktive Radarsensoren, so genannte Altimeter oder Höhenmesser, stützt. Radar-Altimeter geben in regelmäßigen Abständen Mikrowellenimpulse an die Erdoberfläche ab. Dieses Signal wird reflektiert und von den Sensoren wieder aufgefangen. Der Höhenmesser erfasst die Laufzeit des ausgesendeten Strahls bis zur Rückkehr zum Sensor sowie die Stärke des Impulses.
Auf der Grundlage dieser Informationen kann der Sensor die Höhe des Meeresspiegels berechnen. Dazu wird die gemessene Entfernung zur Wasseroberfläche von der bekannten Höhe der Satellitenbahn über dem Ellipsoid (der Bezugshöhe) subtrahiert. Der Meeresspiegel lässt sich dann durch seine Position im Verhältnis zum Geoid ausdrücken (Meeresspiegelhöhe über dem Geoid). Ein negativer Wert bedeutet, dass er unterhalb und ein positiver Wert, dass er oberhalb des Geoids liegt.
Qualitativ hochwertige Ergebnisse lassen sich durch Kombination der Daten von verschiedenen Höhenmessern erzielen. Auch in diesem Fall können aus Aufnahmen verschiedener Sensoren zusammengesetzte Bilder ein optimales Gleichgewicht zwischen räumlicher und zeitlicher Auflösung bieten. Die monatlichen Composite-Bilder der nachfolgenden Übung wurden mit dem Höhenmesser Poseidon-2 an Bord der Mission Jason-1 und dem Radar-Altimeter 2 von Envisat (RA-2) aufgenommen.
Übung mit LEOWorks
Öffne die bereitgestellten SSH-Bilder (GulfStream.zip).
1. Betrachte das SSH-Bild und seine Skala. Wofür stehen die negativen Werte in der Skala? Welche Meeresströmung zeichnet die „Grenze“ zwischen dem Meeresspiegel unterhalb und oberhalb des Geoids ab?
2. Betrachte das Wasser mit negativen Werten. Weshalb ist das Wasser dort so viel niedriger als im Nordatlantikwirbel?
Erstelle nun eine Animation aus der SSH-Datenreihe von Juli 2011 bis Juli 2012. Betrachte, wie die Höhe des Meeresspiegels im Verlauf des Jahres schwankt.
Öffne Tools/Animation (Werkzeuge/Animation). Füge mit Add die Bilder hinzu und wähle eine geeignete Animationsgeschwindigkeit.
3. Untersuche die chronologische Bildreihe. Wo finden wir die höchsten Stände des Nordatlantiks?
4. In welcher Jahreszeit scheint die Meeresspiegelhöhe im Golfstrom zu sinken? Wenn das Absinken des Meeresspiegels mit der Kontraktion der Wassersäule aufgrund von niedrigen Temperaturen zusammenhängt, weshalb ist die Meeresspiegelhöhe dann nicht im Dezember am niedrigsten?
5. Suche das neueste SSH-Bild des Golfstroms. Vergleiche es mit der bereitgestellten Zeitreihe und beschreibe etwaige Unterschiede und/oder Ähnlichkeiten.
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