Pengukuran altimetrik di atas laut

Di atas permukaan laut, gelombang echo mempunyai sebuah bentuk karakteristik yang dapat diilustrasikan secara analitik dengan the Brown model. Permukaan yang tidak homogen (yang berisi discontinuities atau kemiringan (slope) yang signifikan seperti beberapa permukaan tanah) membuat interpretasi yang akurat lebih sulit.

Outline skematik dasar dari sebuah echo yang kembali di atas laut adalah sebagai berikut:

Dari bentuk ini, 6 parameter dapat disimpulkan dengan membandingkan waveforms rata-rata yang real dengan kurva secara teoritikal:

·      epoch at mid-height : ini memberikan time delay pengembalian yang diharapkan dari pulsa radar (diestimasi dengan algoritma tracker) dan maka waktu pulsa radar mengambil untuk perjalanan jarak satelit ke permukaan (Range) dan kembali lagi.

·      P : amplitudo dari sinyal yang diberguna. Amplitudo ini memberikan koefisien backscatter, sigma0.

·      Po : Noise panas (thermal).

·      leading edge slope : ini dapat dihubungkan dengan the significant wave height (SWH).

·      Skewness : lekukkan the leading edge.

·      trailing edge slope : ini berhubungan dengan kesalahan pengarahan dari antena radar (contoh penyimpangan/deviasi dari nadir pada pengarahan radar ).

Radar altimeter menerima gelombang pantulan atau echo yang berubah-ubah dalam intensitas waktu. Di mana permukaan laut adalah rata/flat (kiri), amplitudo dari echo meningkat secara tajam dari momen leading edge pada sinyal radar yang mengenai permukaan laut. Walaupun demikian, pada permukaan laut yang kasar (kanan), gelombang radar mengenai puncak dari gelombang laut dan kemudian berturut-turut pada puncak yang lain menyebabkan amplitudo dari echo meningkat secara berangsur-angsur. Kita dapat memperoleh tinggi gelombang laut dari informasi yang terdapat pada echo ini, karena kemiringan (slope) dari kurva mewakili amplitudonya dari waktu ke waktu adalah proporsional dengan tinggi gelombang.

Karakteristik oval footprint untuk sea water hight (SWH) dari 1, 5, dan 10 m untuk rata-rata 1 detik dari pengukuran nadir altimeter, mean sea level dari tinggi orbit 1336 km (solid lines) dan 785 km (dashed line).

    

 

RADAR ALTIMETRY

1. Pendahuluan

Satelit altimetri telah berkembang sejak tahun 1973, saat diluncurkannya sistem satelit Skylab oleh Amerika, satelit ini membawa sistem pengukuran microwave baik aktif maupun pasif yang disebut S193 dan mampu menunjukkan pengukuran dari fitur kasar geoid laut seperti ocean trenches. Beberapa jenis satelit altimetri lain yang sudah diluncurkan adalah GOES-3 (1975), Seasat (1978), Geosat (1985), ERS-1 (1991), TOPEX/Poseidon (1992), ERS-2 (1995), Jason-1 (2001), ENVISAT (2001), Jason-2 (2008), dan Cryosat-2 (2010).

            Satelit altimetri dilengkapi dengan pemancar pulsa radar (transmitter), penerima pulsa (receiver), dan pengukur waktu yang memiliki akurasi yang sangat tinggi. Altimeter radar memancarkan pulsa gelombang elektromagnetik ke permukaan laut dan diterima kembali oleh satelit. Berdasarkan waktu tempuh pulsa yang dipancarkan ke permukaan laut dan diterima kembali dapat diinterpretasi tinggi gelombang, panjang gelombang, lapisan termoklin dan arus laut.

            Tujuan utama peluncuran sensor altimetri adalah untuk mengamati sirkulasi lautan global, memantau volume dari lempengan es di kutub dan mengamati perubahan muka laut rata-rata global. Namun demikian sensor ini juga dapat digunakan untuk mengamati arus dan eddies, tinggi gelombang, studi pasang surut di lepas pantai, studi El-Nino, dan lain-lain.

2. Prinsip dasar altimetri

Altimeter memancarkan sinyal ke bumi dan menerima echo dari permukaan laut setelah dipantulkan. Ketinggian laut (sea height) diwakili oleh jarak satelit ke permukaan dan posisi satelit relatif terhadap sebuah permukaan referensi yang berubah-ubah (ellipsoid referensi). Beberapa sistem lokasi seperti Doris memungkinkan untuk menentukan posisi satelit pada akurasi yang tinggi.

Gambar 1. Prinsip dari satelit altimetri

Jarak Satelit ke Permukaan : Range

Radar altimeter pada satelit secara permanen memancarkan sinyal pada frekuensi tinggi (lebih dari 1700 pulsa per detik) ke bumi dan menerima pantulan (echo) dari permukaan laut. Analisis ini menghasilkan sebuah pengukuran teliti dari rentetan perjalanan waktu di antara satelit dan permukaan laut. Waktu pengukuran, diskalakan dengan kecepatan cahaya (yang mana gelombang elektromagnetik menjalar), menghasilkan sebuah rentang/range pengukuran.

Walaupun demikian, gelombang elektromagnetik berjalan melalui atmosfer dapat dikurangi kecepatannya oleh penguapan air atau ionisasi. Pada fenomena ini telah dilakukan koreksi untuk menentukan range akhir yang diestimasi dengan akurasi yang tinggi.

Tujuan akhir untuk mengukur tinggi permukaan relatif terhadap sebuah kerangka referensi darat. Ini membutuhkan pengukuran tersendiri dari lintasan orbit satelit, seperti koordinat latitude, longitude, dan altitude.

Ketinggian Satelit/Altitude Satellite (S)

Parameter orbit penting untuk misi satelit altimetri adalah ketinggian, inklinasi, dan perode. Ketinggian satelit tergantung pada sejumlah pembatas seperti sudut inklinasi, atmospheric drag, aksi gaya gravitasi pada satelit, area dari dunia yang dipetakan, dll.

Ketinggian satelit (S) adalah jarak satelit dengan referensi yang berubah-ubah (seperti ellipsoid, perkiraan kasar dari permukaan bumi). Satelit dapat diikuti jalannya dengan berbagai cara, seperti mengukur ketinggiannya dengan akurasi yang paling tinggi dan menentukan orbit tepatnya, dengan akurasi dalam 1 atau 2 cm. Teknik utama yang digunakan adalah:

-          Doppler shift, untuk menentukan secara tepat kecepatan satelit pada orbitnya. Menggunakan dynamic orbitography models untuk menentukan lintasan satelit relatif terhadap bumi (seperti instrumen DORIS atau PRARE )

-          GPS atau sistem yang sama juga dapat digunakan

-          Laser tracking juga digunakan, sering untuk kalibrasi.

Ketinggian Permukaan

Surface Height (H) adalah jarak satelit dari permukaan referensi (reference surface), maka :

(terkoreksi) Height = Altitude - (terkoreksi) Range

Untuk lautan, the sea surface height (SSH)  dipengaruhi seperti :

-Tinggi permukaan laut yang tanpa fator-faktor pengganggu (tide, wind, current, dll). Permukaan ini diketahui sebagai Geoid yang ditentukan oleh bermacam-macam gaya berat sekeliling bumi.

- sirkulasi laut atau topografi dinamik.

Referensi :

Rosmorduc, V., J. Benveniste, E. Bronner, S. Dinardo,O. Lauret, C. Maheu, M.

            Milagro, N. Picot, Radar Altimetry Tutorial, J. Benveniste and N. Picot Ed.,

www.altimetry.info, 2011.