На сегодняшний день наиболее полную оценку изменения уровня Мирового океана (МО) можно получить по альтиметрическим данным. Существует множество работ, посвященных исследованию современных трендов в уровне МО, а также динамической структуры океана, в которых используются данные спутниковой альтиметрии (Белоненко Т. В. и др., 2009; Малинин В. Н., 2012; Douglas B. C., Peltier W. R., 2002; Mitchum G. T. at al, 2001). В связи с этим весьма актуальным является проблема валидации альтиметрических данных. Известно, что на данный момент данные спутниковой альтиметрии имеют хорошее качество в низких и умеренных широтах (Кубряков А. А., Станичный С. В. 2012; Rio M.-H., and F. Hernandez, 2004). Однако, не так много работ посвящено оценке качества альтиметрических продуктов выше 60˚ с.ш. В частности, можно выделить работу (Volkov D. L., M.-I. Pujol, 2012), по результатам которой можно утверждать, что данные альтиметрии имеют приемлемое качество в Северной Атлантике, однако, на акватории российской Арктики качество альтиметрических данных пока оставляет желать лучшего.
Цель данной работы – оценка качества новейшего альтиметрического продукта DT18 для Северо-Атлантического региона, путем сравнения данных спутниковой альтиметрии и инструментальных данных об уровне с мареографных постов.
В данной работе использовались данные альтиметрического продукта DT18 от AVISO, предоставляемые сервисом Copernicus (Global ocean …, 2018), которые представляли собой значения аномалии уровня относительно среднего значения в узлах регулярной сетки. Пространственное разрешение данных 0.25˚x0.25˚, временная дискретность – 1 сутки, период – с 01.01.1993 по 31.12.2017 гг. Для альтиметрических измерений, полученных со спутников Topex/Poseidon и Jason (период обращения 10 дней), GFO (17 дней), ERS-1, ERS-2 и Envisat (35 дней), проведена коррекция на закон «обратного барометра», приливы и различные эффекты атмосферы, тропосферы и ионосферы. Хотя данные спутников Topex/Poseidon и Jason доступны только до 66° широты, данные GFO° широты доступны до 72° широты, а данные ERS-1, ERS-2 и Envisat – до 81,5° широты. Таким образом, области Мирового океана, расположенные в высоких широтах, также покрыты альтиметрическими измерениями. Для представления комбинированных данных на сетке применялся метод оптимальной интерполяции с применением различных фильтров (Volkov D. L., M.-I. Pujol, 2012; Global ocean …, 2018).
Однако возникает вопрос о валидации этих данных ввиду того что альтиметрические измерения в широтах выше 66° получены со спутников, период обращения которых существенно превышает период обращения большинства спутников, несущих альтиметры, в низких широтах. Для ответа на этот вопрос проводилась валидация с данными мареографных постов.
Альтиметрические данные выбирались для района 60-75˚ с.ш. и 0-30˚ в.д. Для валидации использовались данные об абсолютном значении уровня на шести выбранных береговых станциях, расположенных на побережье Норвегии (Рёрвик, Бодё, Харстад, Кабелвааг, Хаммерфест, Анденес), данные имели месячную дискретность и выбирались за период с января 1993 по декабрь 2017 гг. Данные предоставлялись сервисом PSMSL (Complete PSMSL Data Set, 2018). Альтиметрические данные также приводились к среднемесячной дискретности. Из всех данных об уровне был исключен линейный тренд.
Для адекватного сравнения данных спутниковой альтиметрии с данными прибрежных станций для последних необходимо ввести две поправки: на обратный барометр, а также на долгопериодное поднятие/опускание земной коры. Так как рассматривались среднемесячные данные мареографных постов, приливная поправка не вводилась. Для введения поправки на обратный барометр необходимо знать атмосферное давление на уровне моря на станции (Pa), а также референсное значение давления (Pref). В данной работе в качестве (Pref) использовалось среднеклиматическое значение, усредненное по акватории МО. Давление на уровне моря бралось из реанализа ECMWF Era-Interim (ERA-Interim, 2018), информация в котором имеет пространственное разрешение – 0.25x0.25˚, дискретность 1 месяц, за период с января 1993 по декабрь 2017 гг. Также для расчета данной поправки необходимо знать поверхностную плотность морской воды (𝜌w). Для ее вычисления использовались данные по температуре поверхности воды и солености в регионе исследования из реанализа ORAS4 ECMWF (Ocean Reanalysis …, 2018) с месячной дискретностью за период с января 1993 по декабрь 2017. Плотность рассчитывалась по уравнению состояния TEOS-10 (Gibbs-SeaWater …, 2018). Поправка на долгопериодное поднятие/опускание земной коры также предоставлялась сервисом PSMSL (Complete PSMSL Data Set, 2018). Для выбора из альтиметрических данных точки, соответствующей мареографной станции, использовалась интерполяция методом ближайшего соседа (nearest neighbor).
В ходе исследования было выявлено, что продукт альтиметрии DT18 хорошо воспроизводит изменчивость уровня в Северной Атлантике (севернее 60˚ с.ш.), стандартная ошибка составляет 2-3 см., а процент описываемой дисперсии ряда инструментальных значений уровня более 80%. При этом поправка на долгопериодное опускание/поднятие земной коры практически не влияет на полученные результаты, в то время как поправка на обратный барометр вносит значительные изменения. Также было выявлено, что в данных альтиметрии повсеместно имеется значимый (при уровне значимости 5%) линейный тренд, чего не наблюдается в данных прибрежных станций.
На сегодняшний день наиболее полную оценку изменения уровня Мирового океана (МО) можно получить по альтиметрическим данным. Существует множество работ, посвященных исследованию современных трендов в уровне МО, а также динамической структуры океана, в которых используются данные спутниковой альтиметрии (Белоненко Т. В. и др., 2009; Малинин В. Н., 2012; Douglas B. C., Peltier W. R., 2002; Mitchum G. T. at al, 2001). В связи с этим весьма актуальным является проблема валидации альтиметрических данных. Известно, что на данный момент данные спутниковой альтиметрии имеют хорошее качество в низких и умеренных широтах (Кубряков А. А., Станичный С. В. 2012; Rio M.-H., and F. Hernandez, 2004). Однако, не так много работ посвящено оценке качества альтиметрических продуктов выше 60˚ с.ш. В частности, можно выделить работу (Volkov D. L., M.-I. Pujol, 2012), по результатам которой можно утверждать, что данные альтиметрии имеют приемлемое качество в Северной Атлантике, однако, на акватории российской Арктики качество альтиметрических данных пока оставляет желать лучшего.
Цель данной работы – оценка качества новейшего альтиметрического продукта DT18 для Северо-Атлантического региона, путем сравнения данных спутниковой альтиметрии и инструментальных данных об уровне с мареографных постов.
В данной работе использовались данные альтиметрического продукта DT18 от AVISO, предоставляемые сервисом Copernicus (Global ocean …, 2018), которые представляли собой значения аномалии уровня относительно среднего значения в узлах регулярной сетки. Пространственное разрешение данных 0.25˚x0.25˚, временная дискретность – 1 сутки, период – с 01.01.1993 по 31.12.2017 гг. Для альтиметрических измерений, полученных со спутников Topex/Poseidon и Jason (период обращения 10 дней), GFO (17 дней), ERS-1, ERS-2 и Envisat (35 дней), проведена коррекция на закон «обратного барометра», приливы и различные эффекты атмосферы, тропосферы и ионосферы. Хотя данные спутников Topex/Poseidon и Jason доступны только до 66° широты, данные GFO° широты доступны до 72° широты, а данные ERS-1, ERS-2 и Envisat – до 81,5° широты. Таким образом, области Мирового океана, расположенные в высоких широтах, также покрыты альтиметрическими измерениями. Для представления комбинированных данных на сетке применялся метод оптимальной интерполяции с применением различных фильтров (Volkov D. L., M.-I. Pujol, 2012; Global ocean …, 2018).
Однако возникает вопрос о валидации этих данных ввиду того что альтиметрические измерения в широтах выше 66° получены со спутников, период обращения которых существенно превышает период обращения большинства спутников, несущих альтиметры, в низких широтах. Для ответа на этот вопрос проводилась валидация с данными мареографных постов.
Альтиметрические данные выбирались для района 60-75˚ с.ш. и 0-30˚ в.д. Для валидации использовались данные об абсолютном значении уровня на шести выбранных береговых станциях, расположенных на побережье Норвегии (Рёрвик, Бодё, Харстад, Кабелвааг, Хаммерфест, Анденес), данные имели месячную дискретность и выбирались за период с января 1993 по декабрь 2017 гг. Данные предоставлялись сервисом PSMSL (Complete PSMSL Data Set, 2018). Альтиметрические данные также приводились к среднемесячной дискретности. Из всех данных об уровне был исключен линейный тренд.
Для адекватного сравнения данных спутниковой альтиметрии с данными прибрежных станций для последних необходимо ввести две поправки: на обратный барометр, а также на долгопериодное поднятие/опускание земной коры. Так как рассматривались среднемесячные данные мареографных постов, приливная поправка не вводилась. Для введения поправки на обратный барометр необходимо знать атмосферное давление на уровне моря на станции (Pa), а также референсное значение давления (Pref). В данной работе в качестве (Pref) использовалось среднеклиматическое значение, усредненное по акватории МО. Давление на уровне моря бралось из реанализа ECMWF Era-Interim (ERA-Interim, 2018), информация в котором имеет пространственное разрешение – 0.25x0.25˚, дискретность 1 месяц, за период с января 1993 по декабрь 2017 гг. Также для расчета данной поправки необходимо знать поверхностную плотность морской воды (𝜌w). Для ее вычисления использовались данные по температуре поверхности воды и солености в регионе исследования из реанализа ORAS4 ECMWF (Ocean Reanalysis …, 2018) с месячной дискретностью за период с января 1993 по декабрь 2017. Плотность рассчитывалась по уравнению состояния TEOS-10 (Gibbs-SeaWater …, 2018). Поправка на долгопериодное поднятие/опускание земной коры также предоставлялась сервисом PSMSL (Complete PSMSL Data Set, 2018). Для выбора из альтиметрических данных точки, соответствующей мареографной станции, использовалась интерполяция методом ближайшего соседа (nearest neighbor).
В ходе исследования было выявлено, что продукт альтиметрии DT18 хорошо воспроизводит изменчивость уровня в Северной Атлантике (севернее 60˚ с.ш.), стандартная ошибка составляет 2-3 см., а процент описываемой дисперсии ряда инструментальных значений уровня более 80%. При этом поправка на долгопериодное опускание/поднятие земной коры практически не влияет на полученные результаты, в то время как поправка на обратный барометр вносит значительные изменения. Также было выявлено, что в данных альтиметрии повсеместно имеется значимый (при уровне значимости 5%) линейный тренд, чего не наблюдается в данных прибрежных станций.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, Грант №18-17-00027 "Вихревая динамика Лофотенской котловины и ее роль в переносе термохалинных свойств вод в Норвежском море"