Comparison of mean sea surface data for oceanography

Abstract

The object of this paper is to compare different sets of data of the mean sea surface. The data sets of the mean sea surface were acquired by satellite altimetry. Therefore an overview of this technique is given. At first the principle of satellite altimetry is explained, and the measurements and calculations which are needed to acquire the sea surface height. Hereafter different error sources, which turn up at the altimeter, at the signal propagation in the atmosphere and at the sea surface are discussed. Finally a brief overview is given of how the raw data has to be processed to achieve a regularly spaced grid. This grid contains the height of the mean sea surface above a reference ellipsoid at a certain point where latitude and longitude are known. The different data sets are described. It will be explained which data sets were used for the calculations, the resolution of these sets and the coverage, i.e. between which latitudes the data is available. Following this the data sets will be compared by subtracting them from one another. This new grid then contains the differences between two sets of mean sea surface data. The grid is then plotted, to see if there is a pattern in the differences. In the next step the root mean square of these differences is calculated. Hereby different sizes of a moving rms-square and step-size are applied. An outlook is provided to a calculation of the Mean Dynamic Topography. It is calculated by subtracting a geoid from the mean sea surface. The geoid models used are based on measurements by GRACE (Gravity Recovery And Earth Experiment). Since this geoid is available only in harmonic coefficients, it is transformed into heights above a reference ellipsoid. There are two grids, one contains the mean sea surface data, the other contains the geoid data. These two grids can be subtracted from each other. A problem can turn up here. If the wave length of the geoid used is too long, then features due to ocean bottom topography will be flattened. They therefore can turn up in the difference between the altimetric data, which measures these features and the geoid, which does not show them.

Das Thema dieser Studienarbeit ist der Vergleich verschiedener Datensätze mittlerer Meeresoberflächen. Die Datensätze wurden durch Satellitenaltimetrie erworben. Daher wird diese Technik näher erläutert. Das Prinzip der Satellitenaltimetrie wird erklärt, desweiteren die Messungen und Berechnungen, die nötig sind, um eine mittlere Meeresoberfläche zu erhalten. Es werden verschiedene Fehlerquellen genannt, die am Altimeter, an der Signalfortpflanzung in der Atmosphäre und an der Meeresoberfläche auftreten können. Es wird beschrieben, wie die Rohdaten zu verarbeiten sind um ein regelmäßiges Gitter zu erhalten. Das Gitter enthält die Höhe der mittleren Meeresoberfläche über einem Referenzellipsoid an einem Punkt, dessen Längen- und Breitengrad bekannt sind. Die Datensätze werden kurz beschrieben. Daraufhin werden die Datensätze verglichen indem sie voneinander subtrahiert werden. Dieses neue Gitter enthält die Differenzen zwischen jeweils zwei Datensätzen. Im nächsten Schritt wird das 'root mean square' (rms) dieser Differenzen berechnet. Es wird ein Ausblick auf eine Berechnung der mittleren dynamischen Topographie gewährt. Diese wird berechnet, indem ein Geoid von der mittleren Meeresoberfläche subtrahiert wird. Da das Geoid nur in Koeffizientenform gegeben ist, wird diese Form in Höhen über einem Referenzellipsoid transformiert. Die zwei Gitter, von denen eines die Daten der mittleren Meeresoberfläche und das andere die Geoiddaten enthält, werden voneinander subtrahiert. Hier können Probleme auftreten. Wenn ein langwelliges Geoid verwendet wird, werden die Merkmale, die von der Topographie am Ozeanboden abhängig sind, abgeflacht. Sie können daher in der Differenz zwischen den altimetrischen Daten, die diese Merkmale enthalten, und dem Geoid, welches sie nicht zeigt, auftreten.