De geoïde

Het effect van de zwaartekracht van de aarde wegwerken

Er is één extra obstakel bij het proberen om stromen met een altimeter te meten. We hebben al gezien dat we met de altimeter hoogte meten en de helling berekenen en deze dan omzetten in een geostrofische stroom. De valkuil is dat één grote component (eigenlijk de grootste) van de zeeoppervlakhoogte niet komt van oceaanstromen maar eerder van de variatie in het zwaarteveld van de aarde door de inwendige samenstelling van onze planeet.

Zelfs als er geen stromen waren, zou het zeeoppervlak nog steeds tamelijk hobbelig zijn, met variaties van ±100 m (over zeer lange afstanden met de orde van grootte van duizenden km) vergeleken met een gladde ellipsoïdale vorm, omdat de zwaartekracht varieert van plaats tot plaats. Waar deze sterker is, zal hij meer water trekken en er zal een uitstulping zijn, waar deze lager is, zal er een deuk zijn. Het "no-motion" oppervlak dat de zee zou aannemen bij afwezigheid van stromen wordt de geoïde genoemd.

Zo ziet de geoïde eruit. Deze foto illustreert de variaties in dit "nul-hoogte-niveau" (d.w.z. het niveau dat de zee zou aannemen, als er geen stromen waren, wat conceptueel ook over land kan uitgebreid worden) ten aanzien van een glad ellipsoïdaal oppervlak. Natuurlijk is op deze foto het geoïdereliëf kunstmatig uitgerekt voor de duidelijkheid van de voorstelling - in werkelijkheid varieert dit van -105 m (blauw op de kaart) tot +85 m (rood op de kaart). Dus de variaties ervan zijn maar kleine littekens vergeleken met de aardstraal die gaat van 6.357 km a an de polen tot 6.378 km aan de evenaar.

Onzeker over de geoïde?

De grote golvingen in hoogte vanwege de geoïde moeten weggewerkt worden om de veel kleinere signalen tengevolge van stromen naar voren te laten komen, maar … we kennen de geoïde niet nauwkeurig genoeg! Daarom moesten oceanografen tot voor kort enkel tevreden zijn met te meten hoe de hoogte van het zeeoppervlak varieerde in tijd ten opzichte van het gemiddelde zeeniveau - en deze variaties zijn zeker te wijten aan veranderende stromen, aangezien de geoïde doorheen de tijd niet verandert! Bijgevolg kunnen we enkel stromingsverschillen meten ten opzichte van hun gemiddelde waarde (of zoals oceanografen zeggen, stroomanomalieën) en geen absolute stromen.

Nieuwe zwaartekrachtsatellieten zullen helpen

Dit plaatje is snel aan het verbeteren, daar nieuwe satellietmissies (GRACE en GOCE) het zwaartekrachtveld en de geoïde zelf met veel grotere nauwkeurigheid meten - en daardoor het aftrekken van de geoïde en de berekening van absolute stromen toelaten.

Mondiale, tijdsgemiddelde topografie van de oceaan gedurende de periode 1992-2002 van een gezamelijke analyse van drijflichamen, satellietaltimeter, wind en de gegevens van het GRACE zwaartekrachtmodel 01 door Nikolai Maximenko (IPRC) en Peter Niiler (SIO). Geostrofische stromen op het oceaanoppervlak zijn evenwijdig met de contouren.

Een recent voorbeeld (2005) van deze berekening door Maximenko en Niiler wordt hierboven getoond in de vorm van een kaart van Gemiddelde Dynamische Topografie van het Zeeoppervlak, d.w.z. de topografie die uitsluitend te wijten is aan stromen met de geoïde verwijderd. Merk op dat de "steilste" gebieden, waar de variatie in niveau scherper is, overeenkomen met de positie van de sterkste stromen zoals de Golfstroom, de Kuroshio en de Antarctische Circumpolaire Stroom, zoals je vanuit geostrofie zou verwachten.