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Cartographie dynamique de la topographie de l'océan de surface par assimilation de données altimétriques / Florian Le Guillou (2022)  

Public Titre : Cartographie dynamique de la topographie de l'océan de surface par assimilation de données altimétriques Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Florian Le Guillou, Auteur ; Emmanuel Cosme, Directeur de thèse Editeur : Grenoble [France] : Université Grenoble Alpes Année de publication : 2022 Importance : 217 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie Thèse pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Grenoble Alpes, Spécialité : Océan, Atmosphère, Hydrologie Langues : Français (fre) Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection [Termes IGN] altimétrie satellitaire par radar [Termes IGN] assimilation des données [Termes IGN] cartographie dynamique [Termes IGN] cartographie hydrographique [Termes IGN] données altimétriques [Termes IGN] image SWOT [Termes IGN] modèle dynamique [Termes IGN] niveau de la mer [Termes IGN] océanographie dynamique [Termes IGN] océanographie spatiale [Termes IGN] relief de la surface de la mer Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Depuis plus de 20 ans, l’altimétrie satellitaire nadir a révolutionné notre compréhension de la dynamique océanique de mésoéchelle en produisant des mesures très précises du niveau de la mer (SSH; pour Sea Surface Heigh). Pour un grand nombre d’applications, les données 1D de SSH doivent être interpolées sur des cartes 2D régulières en temps et en espace. Aujourd’hui, ces cartes sont générées quotidiennement à une résolution de 1/4° par un algorithme d’interpolation optimale implémenté de manière opérationnelle au sein du système DUACS. Cependant, la résolution spatiale de ces cartes, principalement limitée par l’échantillonnage de l’altimétrie nadir, ne permet pas d’observer convenablement les structures de sous-mésoéchelle, que l’ont sait essentielles pour la compréhension, la modélisation et la prévision du système climatique. La nouvelle mission altimétrique à large fauchée SWOT (pour Surface Water Ocean Topography) sera lancée à la fin de l’année 2022. SWOT permettra l’observation de processus à des échelles de 15-30 km. Cependant, l’algorithme d’interpolation linéaire actuellement implémenté dans la chaîne DUACS doit être amélioré pour tenir compte de la dynamique non-linéaire des structures rapides de sous-mésoéchelle. De plus, il faudra distinguer les mouvements autour de l’équilibre géostrophique de ceux des ondes de marée interne pour étudier convenablement les dynamiques associées. Dans cette thèse, nous avons exploré la capacité de la mission SWOT à répondre à ses objectifs scientifiques en développant des outils innovants pour cartographier la SSH à haute résolution tout en séparant les dynamiques équilibrée et ondulatoire. Pour cela, la stratégie a été d’inclure la dynamique de l’océan dans les outils de cartographie de SSH sous forme d’assimilation de données avec des modèles physiques simples et adaptés à chaque dynamique. La première étape de notre travail a été d’appliquer la méthode du Back-and-Forth-Nudging (BFN) appliqué à un modèle Quasi-Géostrophique à une couche et demie (méthode dite du BFN-QG) pour cartographier la dynamique équilibrée de la SSH. Cette technique est testée avec des observations simulées et réelles. Les résultats montrent que le BFN-QG permet de réduire substantiellement les erreurs de cartographie comparé au système DUACS et que cette réduction est amplifiée lorsque SWOT est ajouté à la constellation d’altimètres nadirs. Par contre, les données nadirs se révèlent nécessaires pour contraindre les grandes échelles spatiales lorsque les données SWOT sont polluées par des erreurs spatialement corrélées. De plus, les performances sont réduites lorsque la dynamique équilibrée est faiblement énergétique. Dans un second temps, nous avons traité la problématique de séparation des dynamiques équilibrée et ondulatoire. Pour cela, nous avons développé un 4Dvar assimilant les observations de SSH dans un modèle Shallow-Water linéaire pour estimer la dynamique de marée interne (méthode dite du 4Dvar-SW). Un atout essentiel du 4Dvar-SW est sa capacité à estimer la marée interne non-stationnaire. Deux stratégies de séparation sont présentées. La première implémente un algorithme de minimisation alternée qui combine itérativement le BFN-QG et le 4Dvar-SW. Bien que testée dans un contexte idéalisé, cette technique semble prometteuse pour cartographier et séparer les contributions des deux dynamiques. Les résultats montrent que l’échantillonnage temporel des observations est déterminant pour estimer correctement la dynamique de marée interne, et par extension la dynamique équilibrée. La seconde stratégie repose sur l’implémentation d’un 4Dvar global en bases réduites et une contribution additive des deux modèles réduits. Cette technique est testée dans le cadre réaliste de la phase de calibration et validation au large de la Californie et les performances sont une nouvelles fois prometteuses, en particulier pour estimer la composante non-stationnaire de la marée interne. Note de contenu : 1- Introduction 2- Approche méthodologique et outils numériques 3- Cartographie altimétrique haute résolution de la dynamique équilibrée dans le contexte de la mission SWOT 4- Article 2 : Regional mapping of energetic short mesoscale ocean dynamics from altimetry : performances from real observations 5- Article 3 : Joint Estimation of Balanced Motions and Internal Tides From Future Wide-Swath Altimetry 6- Vers la cartographie simultanée des dynamiques équilibrée et de marée interne à partir des données SWOT 7- Conclusion Numéro de notice : 29013 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Océan, Atmosphère, Hydrologie : Grenoble : 2022 Organisme de stage : Institut des Géosciences de l’Environnement DOI : sans En ligne : https://hal.science/tel-03775828v1 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=101740

Accurate sea surface heights from Sentinel-3A and Jason-3 retrackers by incorporating high-resolution marine geoid and hydrodynamic models / Mir Abolfazl Mostafavi in Journal of geodetic science, vol 11 n° 1 (January 2021)  

Public [article]  inJournal of geodetic science > vol 11 n° 1 (January 2021) . - pp 58 - 74 Titre : Accurate sea surface heights from Sentinel-3A and Jason-3 retrackers by incorporating high-resolution marine geoid and hydrodynamic models Type de document : Article/Communication Auteurs : Mir Abolfazl Mostafavi, Auteur ; Nicole Delpeche-Ellmann, Auteur ; Artu Ellmann, Auteur Année de publication : 2021 Article en page(s) : pp 58 - 74 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] Baltique, mer [Termes IGN] données altimétriques [Termes IGN] données Jason [Termes IGN] geoïde marin [Termes IGN] hauteurs de mer [Termes IGN] image Sentinel-3 [Termes IGN] océanographie spatiale [Termes IGN] relief de la surface de la mer Résumé : (auteur) One of the major challenges of satellite altimetry (SA) is to produce accurate sea surface heights data up to the shoreline, especially in geomorphologically complex sea areas. New advanced retracking methods are expected to deliver better results. This study examines the achievable accuracy of Sentinel-3A (S3A) and Jason-3 (JA3) standard retrackers (Ocean and MLE4) with that of improved retrackers adapted for coastal and sea ice conditions (ALES+ SAR for S3A and ALES+ for JA3). The validation of SA data was performed by the integration of tidegauges, hydrodynamic model and high-resolution geoidmodel. The geoid being a key component that links the vertical reference datum of the SA with other utilized sources. The method is tested in the eastern section of Baltic Sea. The results indicate that on average reliable sea surface height (SSH) data can be obtained 2–3 km from the coast-line for S3A (for both Ocean and ALES+SAR) whilst an average distance of 7–10 km for JA3 (MLE4 and ALES+) with a minimum distance of 3–4 km. In terms of accuracy, the RMSE (with respect to a corrected hydrodynamic model) of S3A ALES+ SAR and Ocean retrackers based SSH were 4–5cm respectively, whereas with the JA3 ALES+ and MLE4 associated SSH RMSE of 6–7 cm can be achieved. The ALES+and ALES+ SAR retrackers show SSH improvement within a range of 0.5–1 cm compared to the standard retrackers. This assessment showed that the adaptation of localized retrackers for the Baltic Sea (ALES+ and ALES+SAR) produced more valid observation closer to the coast than the standard retrackers and also improved the accuracy of SSH data. Numéro de notice : A2021-982 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article DOI : 10.1515/jogs-2020-0120 Date de publication en ligne : 17/09/2021 En ligne : https://doi.org/10.1515/jogs-2020-0120 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=100979 [article]

Sea surface topography and marine geoid by airborne laser altimetry and shipborne ultrasound altimetry / Philippe Limpach (2010)  

Public Titre : Sea surface topography and marine geoid by airborne laser altimetry and shipborne ultrasound altimetry Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Philippe Limpach, Auteur Editeur : Zurich : Schweizerischen Geodatischen Kommission / Commission Géodésique Suisse Année de publication : 2010 Collection : Geodätisch-Geophysikalische Arbeiten in der Schweiz, ISSN 0257-1722 num. 80 Importance : 208 p. Format : 20 x 30 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-908440-24-6 Note générale : Bibliographie Doctoral thesis Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] anomalie de pesanteur [Termes IGN] bathymétrie acoustique [Termes IGN] Crète (île) [Termes IGN] données Jason [Termes IGN] Egée, mer [Termes IGN] géoïde altimétrique [Termes IGN] géoïde local [Termes IGN] geoïde marin [Termes IGN] géoréférencement direct [Termes IGN] GPS en mode cinématique [Termes IGN] GPS en mode différentiel [Termes IGN] océanographie dynamique [Termes IGN] relief de la surface de la mer [Termes IGN] sondage acoustique [Termes IGN] surface de la mer [Termes IGN] télémétrie laser aéroporté [Termes IGN] validation des données Index. décimale : 30.83 Applications océanographiques de géodésie spatiale Résumé : (Auteur) The aim of this project was to contribute to the improvement of sea level monitoring and to provide local-scale information on the short-wavelength structure of the marine gravity field, by developing enhanced methods for offshore sea surface height observations. The methods include airborne laser altimetry, shipborne ultrasound altimetry and GPS-equipped buoys. In a first step, instrumental aspects of sea surface height observations by airborne and shipborne altimetry were analyzed. Precise position and attitude of the range sensor are crucial for an accurate sea surface height computation. For this purpose, the survey aircraft and boat were equipped with a multi-antenna GPS array and inertial systems. Sea surface heights were computed from the range data by direct georeferencing. Important aspects are the influences of errors in the differential kinematic GPS positioning and in the attitude determination, as well as the calibration of boresight misalignments. In a second step, the obtained sea surface heights were reduced to mean sea surface by applying corrections for geophysical effects, including waves, tides, atmospheric pressure and wind forcing. In the framework of this work, several regional campaigns for sea surface height surveys based on airborne and shipborne altimetry were carried out in the Eastern Mediterranean Sea. Dedicated surveys, including deployments of GPS buoys, were performed along Jason-1 radar altimetry ground tracks. Airborne laser altimetry data was acquired along densely spaced flight tracks covering an area of 200 by 200km around the western part of the island of Crete, Greece, in the vicinity of the Hellenic Trench. The objective was the determination of a detailed regional geoid and sea surface topography model in the framework of the GAVDOS project, funded by the European Union. Furthermore, several shipborne campaigns for sea surface height observations were carried out in the North Aegean Sea, in the vicinity of the North Aegean Trough. Based on the airborne and shipborne altimetry data, a high-resolution sea surface topography of the survey areas was computed, with an accuracy of better than 10 cm. Geoid undulations were derived from the sea surface heights by subtracting the mean dynamic ocean topography induced by oceanic currents. Around western Crete, the geoid obtained from airborne laser altimetry is characterized by very large gradients, with an average height difference of 20m along a distance of only 200km and maximum local gradients of 22 cm/km. These gradients are a clear indication for significant gravity effects caused by the bathymetry and the geodynamic system of the Hellenic Trench. In the survey area in the North Aegean Sea, the geoid obtained from shipborne altimetry shows a distinct depression of 1.5 m, indicating a connection with the bathymetry and the geodynamic features of the North Aegean Trough. The high resolution and accuracy of the sea surface and geoid heights obtained were verified by comparisons with mean sea surface models from multi-mission satellite radar altimetry, as well as with global and regional geoid models. The reduction of the geoid heights for modeled mass effects of topography, bathymetry, marine sedimentary deposits and crust-mantle boundary revealed pronounced gravity anomalies related to the geodynamic processes in the survey areas. Note de contenu : 1 Introduction 1.1 Motivation and Goals 1.2 Geophysical Characteristics of the Eastern Mediterranean 1.3 Former Work by the GGL in Related Fields of Research 1.4 Research Tasks and Project Outline 2 Geoid, Sea Surface and Dynamic Ocean Topography 2.1 Introduction 2.2 Geoid 2.3 Mean Sea Surface 2.4 Sea Level Anomaly 2.5 Dynamic Ocean Topography 2.6 Permanent Tide 3 Geophysical Effects on Sea Surface Heights 3.1 Introduction 3.2 Ocean Waves 3.3 Tides 3.4 Atmospheric Pressure and Wind Forcing 4 Airborne Laser Altimetry 4.1 Introduction 4.2 Instumental Setup 4.3 Laser Ranging 4.4 Laser Backscatter from Sea Surface 5 Shipborne Ultrasound Altimetry 5.1 Introduction 5.2 Instrumental Setup 5.3 Ultrasound Ranging 5.4 Sensor Synchronization 6 Direct Georeferencing 6.1 Introduction 6.2 Basic Principle 6.3 Kinematic GPS Positioning 6.4 Multi-Antenna GPS Attitude Determination 6.5 Boresight Misalignment Calibration in Airborne Altimetry 7 Sea Surface Heights by Airborne Laser Altimetry around Western Crete 7.1 GAVDOS Airborne Laser Altimetry Campaign 7.2 Instantaneous Sea Surface Height Profiles 7.3 Sea Surface Height Corrections 7.4 Repeatability Analysis 7.5 Time-Independent Sea Surface Topography 8 Sea Surface Heights by Shipborne Ultrasound Altimetry in the North Aegean Sea 8.1 Shipborne Ultrasound Altimetry Campaigns 8.2 Instantaneous Sea Surface Height Profiles 8.3 Sea Surface Height Corrections 8.4 Repeatability Analysis 8.5 Time-Independent Sea Surface Topography 9 Validation of Satellite Radar Altimetry Data 9.1 Introduction 9.2 Validation of Jason-1 Data with Airborne Laser Altimetry 9.3 Validation of Mean Sea Surface from Radar Altimetry 10 Geoscientific Exploitation of Airborne Altimetry Data around Western Crete 10.1 Marine Geoid, Gravity Anomalies and Deflections of the Vertical from Sea Surface Heights 10.2 Local Altimetric Geoid vs. Existing Models 10.3 Mean Dynamic Topography Estimation 10.4 Modeled Mass Effects on Geoid Heights and Gravity 10.5 Mass Reduction of Local Altimetric Geoid 11 Geoscientific Exploitation of Shipborne Altimetry Data in the North Aegean Sea 11.1 Marine Geoid, Gravity Anomalies and Deflections of the Vertical from Sea Surface Heights 11.2 Local Altimetric Geoid vs. Existing Models 11.3 Mean Dynamic Topography Estimation 11.4 Modeled Mass Effects on Geoid Heights and Gravity 11.5 Mass Reduction of Local Altimetric Geoid 12 Summary and Conclusions Numéro de notice : 10369 Affiliation des auteurs : non IGN Autre URL associée : URL ETH Zurich Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse étrangère DOI : 10.3929/ethz-a-005876550 En ligne : https://www.sgc.ethz.ch/sgc-volumes/sgk-80.pdf Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=62408

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A kinematic GPS methodology for sea surface mapping, Vanuatu / Marie-Noëlle Bouin in Journal of geodesy, vol 83 n° 12 (December 2009)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 83 n° 12 (December 2009) Titre : A kinematic GPS methodology for sea surface mapping, Vanuatu Type de document : Article/Communication Auteurs : Marie-Noëlle Bouin , Auteur ; Valérie Ballu, Auteur ; Stéphane Calmant, Auteur ; Jean-Michel Boré, Auteur ; Eric Folcher, Auteur ; Jérôme Ammann, Auteur Année de publication : 2009 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] GPS en mode cinématique [Termes IGN] relief de la surface de la mer [Termes IGN] station de référence [Termes IGN] subduction [Termes IGN] surface de la mer [Termes IGN] Vanuatu Résumé : (auteur) During the past few decades, satellite altimetry has brought tremendous new knowledge about the spatial and temporal variations of sea surface heights over the Earth’s oceans. However, the precision is limited over short wavelengths and in coastal areas, and other methods such as kinematic GPS may be needed to fill in this information. We present kinematic GPS work aimed at mapping the sea surface height, with special attention to the precision one can expect. Active marine subduction zones, like the Vanuatu archipelago, may present short wavelength, high amplitude undulations of the sea surface height that are difficult to map with satellite altimetry. This paper presents the methodology used around Santo Island, in Vanuatu, to obtain a well-resolved local sea surface map with a precision of 5–15 cm limited by the sea conditions and the distance from the coastal reference station. We present the results of three campaigns in 2004, 2006 and 2007. Careful observation of the ship behaviour along the surveys as well as simultaneous recording of the ship attitude variations is mandatory to obtain reliable results. We show that the ship GPS antenna height varies with the ship’s velocity and we suggest a method to correct this effect. The final precision is estimated using the crossover differences method. Numéro de notice : A2009-580 Affiliation des auteurs : IGN+Ext (1940-2011) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-009-0338-x En ligne : https://doi.org/10.1007/s00190-009-0338-x Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=88649 [article]

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Radial orbit error reduction and sea surface topography determination using one year of Geosat altimeter data / Heiner Denker (1990)

Public Titre : Radial orbit error reduction and sea surface topography determination using one year of Geosat altimeter data Type de document : Monographie Auteurs : Heiner Denker, Auteur Editeur : Colombus (Ohio) : Ohio State University Année de publication : 1990 Collection : Department of Geodetic Science and Surveying Reports num. 404 Importance : 63 p. Format : 21 x 27 cm Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Termes IGN] altimétrie [Termes IGN] image GeoSat [Termes IGN] orbite [Termes IGN] relief de la surface de la mer [Termes IGN] surface de la mer [Vedettes matières IGN] Altimétrie Index. décimale : 30.52 Marégraphie et niveau moyen des mers Numéro de notice : 12090 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Monographie Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=54520

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The role of the geoid in high precision geodesy and oceanography / Chris Rizos (1982)

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