تضاريس سطح المحيط

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
كانت مهمة TOPEX/Poseidon الفضائية أول مهمة تُمكّن العلماء من رسم خرائط تضاريس المحيط بدقة كافية لدراسة أنظمة التيارات واسعة النطاق في محيطات العالم. ورغم أن هذه الصورة جُمعت من بيانات TOPEX/Poseidon لعشرة أيام فقط (من 3 إلى 12 أكتوبر 1992)، إلا أنها تكشف عن معظم أنظمة التيارات التي رُصدت من خلال عمليات الرصد التي أُجريت على متن السفن على مدار المئة عام الماضية.

تُعرف تضاريس سطح المحيط، أو تضاريس سطح البحر ، أو ما يُسمى أيضًا بالتضاريس الديناميكية للمحيط ، بأنها المرتفعات والمنخفضات على سطح المحيط، على غرار التلال والوديان على سطح الأرض الموضحة على الخريطة الطبوغرافية . ويتم التعبير عن هذه التغيرات من خلال متوسط ​​ارتفاع سطح البحر ( SSH ) بالنسبة إلى الجيود الأرضي . [ 1 ] والهدف الرئيسي من قياس تضاريس سطح المحيط هو فهم دوران المحيط على نطاق واسع .

التغيرات الزمنية

يتأثر ارتفاع سطح البحر اللحظي (SSH) بشكل واضح بقوى المد والجزر للقمر والدورة الموسمية للشمس المؤثرة على الأرض . وعلى مدى فترات زمنية أطول من عام، يمكن أن تتأثر أنماط ارتفاع سطح البحر بدوران المحيطات. عادةً، تختلف شذوذات ارتفاع سطح البحر الناتجة عن هذه القوى عن المتوسط ​​بأقل من ± 1 متر (3 أقدام) على المستوى العالمي. [ 2 ] [ 3 ] تشمل التأثيرات الأخرى تغيرات الأنماط السنوية لدرجة الحرارة والملوحة والأمواج والمد والجزر والرياح. يمكن قياس تضاريس سطح المحيط بدقة عالية على المستويين الإقليمي والعالمي باستخدام قياس الارتفاع بالأقمار الصناعية (مثل TOPEX/Poseidon ).  

تُعزى التغيرات الأبطأ والأكبر إلى تغيرات في مجال جاذبية الأرض ( الجيود ) نتيجة ذوبان الجليد، وإعادة ترتيب القارات، وتكوّن الجبال البحرية، وغيرها من عمليات إعادة توزيع الصخور. ويمكن استخدام مزيج من قياسات الجاذبية عبر الأقمار الصناعية (مثل GRACE وGRACE-FO ) مع قياسات الارتفاع لتحديد ارتفاع مستوى سطح البحر وخصائص أخرى مثل المحتوى الحراري للمحيطات . [ 4 ] [ 5 ]

التطبيقات

تُستخدم تضاريس سطح المحيط لرسم خرائط التيارات المحيطية ، التي تتحرك حول "تلال" و"وديان" المحيط بطرق يمكن التنبؤ بها. يُلاحظ دوران باتجاه عقارب الساعة حول "التلال" في نصف الكرة الشمالي و"الوديان" في نصف الكرة الجنوبي، وذلك بسبب تأثير كوريوليس . في المقابل، يُلاحظ دوران عكس اتجاه عقارب الساعة حول "الوديان" في نصف الكرة الشمالي و"التلال" في نصف الكرة الجنوبي. [ 6 ]

تُستخدم تضاريس سطح المحيط لفهم كيفية نقل المحيط للحرارة حول العالم، وهو عنصر أساسي في مناخ الأرض ، ولمراقبة التغيرات في مستوى سطح البحر العالمي . يُعد جمع البيانات مفيدًا للحصول على معلومات طويلة الأجل حول المحيط وتياراته. ووفقًا لعلوم ناسا، يمكن استخدام هذه البيانات أيضًا لفهم الطقس والمناخ والملاحة وإدارة مصايد الأسماك والعمليات البحرية. تُستخدم الملاحظات المُسجلة حول هذه البيانات لدراسة مد وجزر المحيطات ودورانها وكمية الحرارة التي يحتويها المحيط. يمكن أن تساعد هذه الملاحظات في التنبؤ بالآثار قصيرة وطويلة الأجل للطقس ومناخ الأرض مع مرور الوقت.

قياس

يُحسب ارتفاع سطح البحر (SSH) باستخدام أقمار صناعية لقياس الارتفاعات، مع الاستعانة بالسطح الإهليلجي كسطح مرجعي [ 7 ] . ويُحدد هذا السطح المسافة بين القمر الصناعي والسطح المستهدف بقياس زمن ذهاب وإياب نبضة الرادار من القمر الصناعي إلى السطح [ 8 ] [ 9 ] . ثم تقيس الأقمار الصناعية المسافة بين ارتفاع مدارها وسطح الماء. ونظرًا لاختلاف أعماق المحيط، يُجرى تقريب للمسافة. وهذا يُتيح جمع البيانات بدقة نظرًا لتجانس مستوى السطح. بعد ذلك، يُحسب ارتفاع القمر الصناعي بالنسبة إلى السطح الإهليلجي المرجعي، وذلك باستخدام معلمات مدار القمر الصناعي وأجهزة تحديد المواقع المختلفة. مع ذلك، فإن السطح الإهليلجي ليس سطحًا متساوي الجهد لحقل جاذبية الأرض، لذا يجب ربط القياسات بسطح يُمثل تدفق الماء، وهو في هذه الحالة الجيود. وتُجرى التحويلات بين الارتفاعات الهندسية (السطح الإهليلجي) والارتفاعات الأرثومترية (الجيود) باستخدام نموذج جيود. يُحسب ارتفاع سطح البحر بالفرق بين ارتفاع القمر الصناعي بالنسبة إلى الإهليلج المرجعي ومدى مقياس الارتفاع. يرسل القمر الصناعي نبضات ميكروية إلى سطح المحيط، ويُوفر زمن انتقال هذه النبضات صعودًا وعودةً بيانات عن ارتفاع سطح البحر. في الصورة أدناه، يُمكنكم رؤية نظام القياس المستخدم بواسطة القمر الصناعي Jason-1 . [ 10 ]

نطاق العمق (بالأمتار) [ 11 ]مساحة قاع البحر (كم²)نسبة قاع البحر
0 – 20026,402,0007.30%
201 – 100015,848,0004.38%
1001 – 4000127,423,00035.22%
4001 – 6000188,395,00052.08%
6001 – 70003,207,0000.89%
7001 – 8000320,0000.09%
8001 – 9000111,0000.03%
9000 – 10000370000.01%
أكثر من 100002000أقل من 0.01%

مهمات الأقمار الصناعية

يقوم القمر الصناعي Jason-1 برسم خرائط تضاريس سطح المحيطات العالمية كل 10 أيام.

يوجد حاليًا تسعة أقمار صناعية مختلفة تُستخدم لحساب تضاريس محيطات الأرض، وهي: Cryosat-2 ، و SARAL ، و Jason-3 ، و Sentinel-3A ، و Sentinel-3B ، وCFOSat ، وHY-2B، وHY-2C ، و Sentinel-6 Michael Freilich (المعروف أيضًا باسم Jason-CS A). يدور كل من Jason-3 و Sentinel-6 Michael Freilich حاليًا في الفضاء حول الأرض في مدار متزامن، وتبلغ المسافة بينهما حوالي 330 كيلومترًا.

يمكن استخلاص تضاريس سطح المحيط من قياسات درجة الحرارة والملوحة في الأعماق التي تُجرى بواسطة السفن . مع ذلك، ومنذ عام ١٩٩٢، قامت سلسلة من مهمات قياس الارتفاع بالأقمار الصناعية ، بدءًا من مهمة TOPEX/Poseidon ، مرورًا بمهمة Jason-1 ، ثم مهمة قياس تضاريس سطح المحيط على متن القمر الصناعي Jason-2، وJason-3، وصولًا إلى مهمة Sentinel-6 Michael Freilich، بقياس ارتفاع سطح البحر مباشرةً. وبدمج هذه القياسات مع قياسات الجاذبية من مهمتي Grace التابعة لناسا وGOCE التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، يستطيع العلماء تحديد تضاريس سطح البحر بدقة تصل إلى بضعة سنتيمترات.

تم إطلاق القمر الصناعي Jason-1 بواسطة صاروخ Boeing Delta II في كاليفورنيا عام 2001 واستمر في القياسات التي تم جمعها في البداية بواسطة القمر الصناعي TOPEX/Poseidon ، الذي دار في مداره من عام 1992 حتى عام 2006. [ 12 ] وتُعد وكالة ناسا ووكالة الفضاء الفرنسية CNES شريكين في هذه المهمة.

تتمثل الأهداف الرئيسية لأقمار جيسون الصناعية في جمع بيانات حول متوسط ​​دوران المحيطات حول العالم لفهم تفاعله مع المكونات المتغيرة مع الزمن والآليات المستخدمة في تهيئة نماذج المحيطات. تهدف هذه الأقمار إلى رصد التغيرات المحيطية منخفضة التردد، ومراقبة الدورات الموسمية والتغيرات بين السنوات، مثل ظاهرتي النينيو واللانينا ، وتذبذب شمال الأطلسي ، والتذبذب العقدي للمحيط الهادئ ، والأمواج الكوكبية التي تعبر المحيطات على مدى أشهر، ثم نمذجتها على مدى فترة زمنية طويلة بفضل دقة قياسات الارتفاع. [ 12 ] كما تهدف إلى المساهمة في رصد التغيرات المحيطية متوسطة النطاق، التي تؤثر على المحيطات بأكملها. ويكون هذا النشاط مكثفًا بشكل خاص بالقرب من تيارات الحدود الغربية. بالإضافة إلى ذلك، ترصد الأقمار متوسط ​​مستوى سطح البحر لأنه مؤشر رئيسي على الاحتباس الحراري العالمي من خلال بيانات مستوى سطح البحر . كما تعمل على تحسين نمذجة المد والجزر من خلال رصد المزيد من المكونات طويلة المدى، مثل التفاعلات الساحلية والأمواج الداخلية وتبديد طاقة المد والجزر. وأخيراً، ستوفر بيانات الأقمار الصناعية المعرفة اللازمة لدعم أنواع أخرى من علم الأرصاد الجوية البحرية ، وهو الدراسة العلمية للغلاف الجوي.

أُطلق القمر الصناعي Jason-2 في 20 يونيو 2008 بواسطة صاروخ Delta-2 من موقع فاندنبرغ في كاليفورنيا ، وانتهت مهمته في 10 أكتوبر 2019. أُطلق القمر الصناعي Jason-3 في 16 يناير 2016 بواسطة صاروخ Falcon-9 SpaceX من فاندنبرغ، بالإضافة إلى القمر الصناعي Sentinel-6 Michael Freilich الذي أُطلق في 21 نوفمبر 2020.

تتمثل الأهداف طويلة المدى لسلسلة أقمار جيسون الصناعية في توفير وصف عالمي للتغيرات الموسمية والسنوية في دوران المحيط وتخزين الحرارة فيه. [ 13 ] ويشمل ذلك دراسة التغيرات المناخية قصيرة المدى مثل ظاهرتي النينيو والنينيا . ترصد الأقمار الصناعية متوسط ​​مستوى سطح البحر العالمي وتسجل تقلباته، بالإضافة إلى رصد التغير البطيء في دوران الطبقة العليا من المحيط على مدى عقود، كل عشر سنوات. كما تدرس نقل الحرارة والكربون في المحيط، وتفحص المكونات الرئيسية التي تغذي المد والجزر في المياه العميقة. ويساعد جمع البيانات من الأقمار الصناعية أيضًا في تحسين قياسات سرعة الرياح وارتفاعها في الوقت الحاضر وللدراسات طويلة المدى، وأخيرًا تعزيز معرفتنا بالجيود البحري . [ 13 ] خلال الأشهر السبعة الأولى من تشغيل القمر الصناعي جيسون-2، تم تحليقه على مقربة شديدة من القمر الصناعي جيسون-1 ، حيث لم يفصل بينهما سوى دقيقة واحدة، مما سمح لهما برصد نفس المنطقة من المحيط. وكان سبب هذا التقارب في الرصد هو المعايرة المتبادلة، وذلك لحساب أي انحراف في مقياسي الارتفاع. أثبتت هذه الملاحظة التي استمرت لعدة أشهر عدم وجود تحيز في البيانات، وأن مجموعتي البيانات كانتا متسقتين. [ 13 ]

تم اقتراح مهمة فضائية جديدة تُسمى " مهمة تضاريس سطح المحيطات والمياه السطحية" لإجراء أول مسح عالمي لتضاريس جميع المسطحات المائية على سطح الأرض - المحيطات والبحيرات والأنهار. تهدف هذه الدراسة إلى توفير رؤية شاملة للمسطحات المائية العذبة على الأرض من الفضاء، وقياسات أكثر تفصيلاً لسطح المحيطات من أي وقت مضى. [ 14 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ [في أكثر أشكالها المطلقة، يمكن التعبير عنها بدلالة نصف قطر مركز الأرض .]
  2. ↑ ستيوارت، آر إتش (سبتمبر 2008). مقدمة في علم المحيطات الفيزيائي (ملف PDF) .
  3. ↑ "شذوذ ارتفاع سطح البحر" . يناير 2010.
  4. ↑ مارتي، فلورنس؛ بلازكيز، أليخاندرو؛ ميسينياك، بينوا؛ أبلان، مايكل؛ بارنود، آن؛ وآخرون . (2021). "رصد تغير محتوى حرارة المحيط واختلال توازن طاقة الأرض من خلال قياس الارتفاع الفضائي وقياس الجاذبية الفضائية" . بيانات علوم نظام الأرض . doi : 10.5194/essd-2021-220 . 
  5. ↑ هاكوبا، إم زد؛ فريدريكس، تي؛ لاندرير، إف دبليو (28 أغسطس 2021). "اختلال توازن طاقة الأرض من منظور المحيط (2005-2019)" . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 48 (16). Bibcode : 2021GeoRL..4893624H . doi : 10.1029/2021GL093624 .
  6. ↑ "الدرس التعليمي عبر الإنترنت لبرنامج TOPEX/Poseidon. الجزء الثاني" . تضاريس سطح المحيط من الفضاء . مختبر الدفع النفاث. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16-09-2008.
  7. ↑ جهانمارد، وحيد رضا؛ دلبيش-إلمان، نيكول؛ إلمان، أرتو (2021-06-01). "تضاريس ديناميكية واقعية من خلال ربط نماذج الجيود والهيدروديناميكية لبحر البلطيق" . أبحاث الجرف القاري . 222 104421. Bibcode : 2021CSR...22204421J . doi : 10.1016/j.csr.2021.104421 . ISSN 0278-4343 . S2CID 233532488 .  
  8. ↑ تشيلتون، دادلي ب.؛ ريس، جون س.؛ هاينز، بروس ج.؛ رو، لي-لونغ؛ كالهان، فيليب س. (2001). "قياس الارتفاع بالأقمار الصناعية". في فو، لي-لونغ؛ كازيناف، آندي (محرران). قياس الارتفاع بالأقمار الصناعية وعلوم الأرض: دليل للتقنيات والتطبيقات . دار النشر الأكاديمية. ص 1. ISBN  978-0-08-051658-5.
  9. ↑ غلازمان، ر . إي .؛ فابريكانت، أ.؛ غريسوخ، أ. (16 مايو 2007). "إحصاءات التغيرات المكانية والزمانية لارتفاع سطح البحر بناءً على قياسات مقياس الارتفاع توبكس" . المجلة الدولية للاستشعار عن بعد . 17 (13): 2647-2666 . doi : 10.1080/01431169608949097 . مؤرشف من الأصل في 28 نوفمبر 2018. تم الاسترجاع في 28 نوفمبر 2018 .
  10. ↑ "التصحيح لتحسين الدقة - المركز الوطني للدراسات الفضائية". تم استرجاع المعلومات من الموقع الإلكتروني http://www.cnes.fr/web/CNES-en/3773-about-cnes.php
  11. ↑ محسوب باستخدام شبكة GEBCO_2019. (مايو 2020). "خرائط مقارنة أعماق OER للمنطقة الاقتصادية الخالصة" (ملف PDF) . مكتب استكشاف وبحوث المحيطات التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي . تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2025 .{{cite web}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  12. 1 2 مينارد، إيف؛ فو، لي-لونغ؛ إسكودير، ب.؛ باريسو، ف.؛ بيربوس، ج.؛ فنسنت، ب.؛ ديساي، س.؛ هاينز، ب.؛ كونستمان، ج. (21 يونيو 2010). "عدد خاص عن مهمة جيسون-1: معايرة/تحقق جيسون-1". الجيوديسيا البحرية . 26 ( 3-4 ): 131-146 . doi : 10.1080/714044514 . S2CID 129436213 . 
  13. 1 2 3 لامبين، جولييت؛ الغد، روزماري. فو، لي لوينغ؛ ويليس، جوش ك. بونيكامب، هانز؛ ليليبريدج ، جون. بيربوس، جاكلين؛ زاوش، جيرار؛ فاز، باراج؛ بنورة، وليد؛ باريسو، فرانسوا؛ ثوفنوت، اريك. كوتين فاي، صوفي؛ ليندستروم، اريك. مينجنو ، مايك (16 أغسطس 2010). “مهمة OSTM/Jason-2”. الجيوديسيا البحرية . 33 (sup1): 4– 25. بيب كود : 2010MarGe..33S...4L . دوى : 10.1080/01490419.2010.491030 . S2CID 128627477 . 
  14. ↑ "متابعة المياه من خلال مهمة قياس تضاريس سطح المحيط" . قياس تضاريس السطح من الفضاء . مختبر الدفع النفاث. سبتمبر 2008. مؤرشف من الأصل في 20 يونيو 2009.