Fizyczne powierzchnie
odniesienia w geodezji:
poziom morza
Przygotowali:
Izabela Wolak, Paweł Wdowiak
Kraków, 17.03.2015r.
Fizyczne powierzchnie
odniesienia w geodezji:
poziom morza
Przygotowali:
Izabela Wolak, Paweł Wdowiak
Kraków, 17.03.2015r.
Definicja poziomu morza
Poziom morza to punkt położony na wysokości teoretycznie
równej zeru, w miejscu, gdzie morze styka się z lądem (ang. SSH
– Sea Surface Height)
Wysokość jakiegoś punktu względem poziomu morza to jego
wysokość bezwzględna, oznaczana skrótem n.p.m. (nad
poziomem morza) lub ang. ASL (Above Sea Level).
Czynniki wpływające na zmiany poziomu
morza:
•
hydrologiczne (prądy morskie)
•
atmosferyczne (zmiany ciśnienia atmosferycznego, wiatry)
•
kosmiczne (wpływ przyciągania ciał niebieskich – pływy)
•
geodynamiczne (ruchy tektoniczne skorupy ziemskiej, zjawiska
sejsmiczne i geotermiczne)
Przy wyznaczaniu wartości średniego poziomu morza
pod uwagę bierze się ponadto:
dłuższe cykle wahań poziomu morza (19-letni cykl Metona oraz
223-miesięczny cykl Saros)
Kształt geoidy
Lokalne anomalie grawitacyjne
Globalne ochłodzenie lub ocieplenie (topnienie lodowców)
Metody pomiaru poziomu mórz
- stacja mareograficzna
Stacja rejestrująca w sposób ciągły poziom morza.
Wykorzystuje mareograf, czyli przyrząd służący do
automatycznego pomiaru zmian poziomu morza. W
nowoczesnych
urządzeniach
zmiany
położenia
pływaka są przetwarzane na sygnały elektryczne, a
następnie rejestrowane.
W Polsce średni poziom morza wyznaczony jest w
oparciu o wskazania mareografu w Kronsztadzie
(układ odniesienia Kronsztad86).
W Europie poszczególne kraje wykorzystywały 15
różnych mareografów. Obecnie trwają prace nad
wprowadzeniem jednego wspólnego Europejskiego
Wysokościowego Systemu Odniesień (EVRS) (poziom
odniesienia w Amsterdamie).
Stacje mareograficzne
Budowla z mareografem w
Kronsztadzie
Stacja mareograficzna oraz permanentna stacja GPS we
Władysławowie
Stacja
mareograficzna
w Świnoujściu
(najstarszy
mareograf na
świecie
rejestrujący od
ponad 200 lat
zmiany poziomu
Bałtyku)
Metody pomiaru poziomu mórz
– GPS, GNSS
• Specjalne odbiorniki GNSS
wyposażone są w dwie anteny
• Anteny odbierają sygnał
bezpośrednio z satelitów i
odbity od powierzchni morza
• Sygnały zostają poddane
odpowiedniej analizie, po
obróbce, zmiany poziomu
morza mogą być podawane z
częstotliwością 20 Hz, z
milimetrową precyzją
Nowa metoda pomiaru poziomu mórz
wykorzystująca GNSS
Pomiary GPS w czasie rzeczywistym
• Precise Point Positioning – minimalizacja głównych błędów
GPS (orbit i zegarów satelitów, wpływu jonosfery, troposfery
oraz wielotorowości
sygnału)
Metody pomiaru poziomu mórz
– radarowa altimetria satelitarna
• Precyzyjne określenie pozycji
satelity względem Ziemi oraz
pomiar odległości pomiędzy
powierzchnią morza i satelitą
oraz pomiędzy środkiem Ziemi
i satelitą
• Różnica pomiędzy tymi
wielkościami jest wysokością
poziomu morza w stosunku do
środka Ziemi i określana jako
poziom morza
Pojęcia i definicje
Mean Sea Surface (MSS) – reprezentuje poziom morza (mierzony od
powierzchni morza do elipsoidy referencyjnej), uśredniony w
określonym przedziale czasu z uwzględnieniem pływów. Modele MSS
opierają się na danych z altimetrii satelitarnej.
Mean Sea Level (MSL) – oznacza lokalny odstęp MSS od geoidy
Gdyby ocean światowy znajdował się w idealnym bezruchu, jego poziom
byłby powierzchnią o stałym potencjale grawitacyjnym (MSS i geoida
byłyby tą samą powierzchnią)
Lokalne różnice między geoidą a MSS opisuje Dynamiczna
Powierzchnia Oceanu (zakres różnic od -2,5m do +1,2m)
.
Dynamiczna powierzchnia oceanu
(Dynamic Ocean Topography)
To mapa odchyleń powierzchni morza od geoidy (wypiętrzeń i
obniżeń) po eliminacji pływów oceanicznych, zmiennego pola
ciśnienia atmosferycznego oraz spiętrzenia wiatrowego. Opisuje
różnice pomiędzy geoidą a MSS.
Misje satelitarne
w pomiarach mórz
•
Topex/Poseidon (1992-2006)
•
Jason-1 (2001-2013)
•
Jason-2 (Ocean Surface Topography Mission
od 2008)
Cele misji:
o Pomiar poziomu mórz z niespotykaną
dokładnością
o Tworzenie map globalnych pływów
o Monitorowanie wpływu prądów morskich
na zmiany klimatyczne
o Obserwacja zmian cyrkulacji oceanów,
dostarczanie danych do tworzenia modeli
o Poszerzenie wiedzy o polu grawitacyjnym
Ziemi
Wyniki pomiaru średniego wzrostu
poziomu morza
• 1,8 ± 0,5mm/rok – wyniki na podstawie danych z mareografów w latach 1961
do 2003
• 3,1 ± 0,7mm/rok – wyniki na podstawie systemu TOPEX/Poseidon w latach
1993 do 2003
Widoczna różnica w wynikach - konieczne jest wprowadzenie poprawek do
pomiarów mareografem, uwzględniających ruchy lądu w miejscu pomiarów.
1. POPRAWKA GIA
2. POPRAWKA GPS
Proponowane zagadnienia na
kolokwium:
1. Wymienić czynniki wpływające na zmiany poziomu morza
2. Wymienić metody pomiaru poziomu morza
3. Wyjaśnić pojęcie Dynamicznej Powierzchni Oceanu
Odpowiedzi
1) Wymienić czynniki wpływające na zmiany poziomu morza
•
-hydrologiczne (prądy morskie)
•
-atmosferyczne (zmiany ciśnienia atmosferycznego, wiatry, topnienie lodowców)
•
-kosmiczne (wpływ przyciągania ciał niebieskich – pływy)
•
-geodynamiczne (ruchy tektoniczne skorupy ziemskiej, zjawiska sejsmiczne i
geotermiczne)
2) Wymienić metody pomiaru poziomu morza
•
- stacja mareograficzna
•
- pomiary GPS
•
-radarowa altimetria satelitarna
3) Wyjaśnić pojęcie Dynamicznej Powierzchni Oceanu
•
To mapa odchyleń powierzchni morza od geoidy (wypiętrzeń i obniżeń) po eliminacji
pływów oceanicznych, zmiennego pola ciśnienia atmosferycznego oraz spiętrzenia
wiatrowego. Opisuje różnice pomiędzy geoidą a MSS. MSS – poziom morza (mierzony
od powierzchni morza do elipsoidy referencyjnej) uśredniony w określonym przedziale
czasu