Mean dynamic topography and oceanographic parameters estimated from an inverse model and satellite geodesy, with link to model result in one single NetCDF file (392 MB), including the inverse data error covariance

Geostrophic surface velocities can be derived from the gradients of the mean dynamic topography-the difference between the mean sea surface and the geoid. Therefore, independently observed mean dynamic topography data are valuable input parameters and constraints for ocean circulation models. For a successful fit to observational dynamic topography data, not only the mean dynamic topography on the particular ocean model grid is required, but also information about its inverse covariance matrix. The calculation of the mean dynamic topography from satellite-based gravity field models and altimetric sea surface height measurements, however, is not straightforward. For this purpose, we previously developed an integrated approach to combining these two different observation groups in a consistent way without using the common filter approaches (Becker et al. in J Geodyn 59(60):99-110, 2012, doi:10.1016/j.jog.2011.07.0069; Becker in Konsistente Kombination von Schwerefeld, Altimetrie und hydrographischen Daten zur Modellierung der dynamischen Ozeantopographie, 2012, http://nbn-resolving.de/nbn:de:hbz:5n-29199). Within this combination method, the full spectral range of the observations is considered. Further, it allows the direct determination of the normal equations (i.e., the inverse of the error covariance matrix) of the mean dynamic topography on arbitrary grids, which is one of the requirements for ocean data assimilation. In this paper, we report progress through selection and improved processing of altimetric data sets. We focus on the preprocessing steps of along-track altimetry data from Jason-1 and Envisat to obtain a mean sea surface profile. During this procedure, a rigorous variance propagation is accomplished, so that, for the first time, the full covariance matrix of the mean sea surface is available. The combination of the mean profile and a combined GRACE/GOCE gravity field model yields a mean dynamic topography model for the North Atlantic Ocean that is characterized by a defined set of assumptions. We show that including the geodetically derived mean dynamic topography with the full error structure in a 3D stationary inverse ocean model improves modeled oceanographic features over previous estimates.

Parasound-Data from "North Pond", Mid Atlantic Ridge

Am Mittelatlantischen Rücken befinden sich zahlreiche intermontane Sedimentbecken. Ein solches 8 x 14 km großes und bereits im Rahmen der internationalen Bohrprogramme ODP und DSDP mehrmals beprobtes und untersuchtes Sedimentbecken ist "North Pond". In Februar und März 2009 wurde erstmals ein umfassender Parasound-Survey in "North Pond" durchgeführt. Parasound-Daten werden zur Untersuchung oberflächennaher Sedimentstrukturen genutzt. Dabei können kleinskalige Rutschungen, Störungen und Sedimentabfolgen abgebildet werden, die mit niederfrequenterer Seismik nicht erkannt werden können.

The Canyon System off Fimbulisen

In der vorliegenden Arbeit werden Daten einer systematischen Vermessung in der Lazarev Sea nahe des Fimbul-Ice-Shelfs (Fimbulisen) genutzt, die während der Expedition ANT XIX-2 mit dem Fächersonarsystem Hydrosweep DS-2 und dem Sedimentecholot Parasound erhoben wurden. Nach kurzer Darstellung der Hintergründe dieser durchgeführten Untersuchungen in dem Messgebiet wird allgemein auf wesentliche Aspekte der Hydroakustik hinsichtlich der Anwendung von Echolotsystemen eingegangen. Schwerpunktmäßig soll dabei der parametrischen Effekt, das Messprinzip parametrischer Sedimentecholote, behandelt werden. Nach anschließender Anführung zweier praktischer Anwendungen hydroakustischer Messverfahren anhand des Hydrosweep DS-2 und des Parasound-Systems wird eingehend deren Positionierung auf FS 'Polarstern' dargestellt, da sich bei der Aufbereitung der Messungen zeigte, dass sich das größte Problem der Daten beider Systeme in der minderwertigen Qualität der Navigationsdaten abzeichnete. Aus den bereinigten Tiefendaten der Fächersonarmessung wird ein digitales Geländemodell (DGM) mit einer Rasterweite von 100 m generiert. Dieses Modell liegt für die weitere Bearbeitung digital und in Form einer bathymetrischen Karte im Maßstab 1:250,000 vor, bei der die Topographie des Canyon-Systems nahe dem Fimbulisen durch Isolinien mit einer Aquidistanz von 50 m dargestellt wird. Die als Ergebnis der prozessierten Parasound-Daten erhaltenen Seismogramme, die gefiltert im digitalen Bildformat mit bekannter Start- und Endposition für einen definierten Tiefenbereich vorliegen, können zusammen mit dem DGM in einem dreidimensionalen Modell dargestellt werden. Dieses in digitaler Form vorliegende Modell kann durch den Nutzer interaktiv durchschritten und die darin enthaltenen Messergebnisse in ihrer Gesamtheit sowie in Detailansichten aus verschiedenen Perspektiven betrachtet werden, was das gegenseitige Verständnis und Einschätzung der Ergebnisse aus den beiden Messverfahren fördert. Diese gemeinsame Darstellungsweise eines digitalen Geländemodells in Kombination mit den Seismogramm-Bildern des Sedimentecholotes Parasound bietet sich auch hinsichtlich einer geologischen Klassifizierung der verschiedenen Echotypen und einer anschließenden Interpretation der Sedimentationsvorgänge in einem flächenhaft vermessenen Gebiet an.