https://trh.gase.most.ntnu.edu.tw/tw/article/content/278海洋佔據了地球的四分之三,海底地形影響著海洋環流、海底資源和生物多樣性,亦能藉此了解海底構造的演變。衛星觀測有助於研究團隊了解全球海底地形,南海是衛星海底測繪的活躍區,是一個半封閉海域,擁有複雜的地質構造。測高衛星觀測到的海面高可以用來反演海洋重力異常和海深。垂直重力梯度是重力異常在垂直方向上的導數,比重力異常對短波長的海底特徵更加敏感。現有的測高衛星只能觀測到星下點軌跡上的海面高,無法獲得連貫的二維海底地形。但未來的SWOT任務將解決這一問題,SWOT搭載的合成孔徑雷達測高儀可以沿著地面軌跡觀測120公里觀測刈幅上的海面高。藉助先進的SWOT測高任務,研究團隊可以從太空發現南海更多的構造特徵。
雷達測高儀通過發射微波來測量衛星到海面之間的距離,衛星的軌道高度已知,減去觀測距離便可得到海面高(SSH),如圖一所示。觀測到的海面高含有許多誤差,高精度的海面高取決於精密的衛星軌道(公分級)、高性能的測高儀、良好的電離層和對流層校正以及高質量的潮汐模型。海面高扣除由海洋環流和氣壓變化引起的海洋動態地形效應,可以獲得大地起伏,大地起伏大致與平均海水面平行,可以用來反演海洋重力異常和海深。
海山產生額外的引力將周圍的海水吸向其本身,造成海洋等位面升高幾公分,這使得大地起伏局部升高、等位面傾斜,最終造成重力異常的變化。利用海底地形與海洋重力的數學關係,可以從重力反演海深,
海底地形的精度與解析度取決於測高觀測值的精度和解析度。現有的測高衛星只能觀測到星下點軌跡上的海面高,無法獲得連貫的二維海底地形,但預計於2022年11月發射的SWOT任務(https://swot.jpl.nasa.gov/)將解決這一問題。與現有的底點觀測雷達測高儀不同,SWOT搭載的合成孔徑雷達測高儀可以沿著地面軌跡觀測120公里觀測刈幅上的海面高,如一所示。由臺灣國立陽明交通大學和國立臺灣大學的師生組成的團隊將與NASA/JPL和法國的CNES合作,在SWOT任務驗證階段(衛星發射後約3-6個月)來校準SWOT觀測值。
藉助先進的SWOT測高任務,研究團隊可以從太空發現南海更多的構造特徵,但也面臨著許多技術挑戰,例如,如何消除觀測值中的系統誤差和隨機誤差,以及由如何快速、準確地由SWOT觀測值反演海深。SWOT的國際團隊成員正在應對這些技術挑戰,以便更好地了解全球海底特徵。