地球

如何测量海平面的高度

前几天一位网友给我传了一张照片,问我照片里的浪大概有几米高?应该如何计算浪高?

首先我很佩服她不怕危险勇敢地拍下了这张照片,中国专门拍摄自然灾害的摄影师好像还没有 :-),其次我觉得能够思考一些科学问题比较好,特别是思考发生在身边的事,学科学更要用科学。

有些表面看起来很简单的问题,比如如何计算浪高,实际并不好回答。我没有好好思考过这个问题,据有限的知识给她回信说:

一种就是卫星测高,精度可以很高(精确到4-5cm),例如2004年底的苏门答腊地震海啸发生后,一颗叫Jason的卫星就把海啸波的高度记录了下来,最高和最低的地方却只有1m不到,比你照片上的海浪要低。但是这里1m指得是波浪在大海还没到海边的波浪高度,到了海边,可以形成5-6米的浪高。

再想想看,我们都说温室效应,海平面升高了,那他们怎么测量海平面升高了呢?除了卫星,水文站当然也可以测,我没见过水文站,我猜他们是在一个和外面海水相通的管子里放上一个浮标,浮标的高度可以用电子信号记录下来,这样每一天,每一分钟,水面的高度都有,还可以画出曲线。但是一个浪打过来,浮标就会升高,因此要测量总体海平面升高,还需要扣除这些随机干扰,做一个长时间尺度的平均。

今天我就顺便简单介绍一下Jason。

世界上有两颗卫星是专门用来测量海平面高程(Ocean Surface Topography)的,一颗叫TOPEX/Poseidon,另一颗叫Jason。TOPEX/Poseidon是1992年发射的,Poseidon是希腊神话中海洋之王波士顿的意思,Jason是2001年发射的,它为什么叫Jason呢?

本来这个卫星计划在7月份(July)发射,可由于后来不断拖延,经过July August September October和 November,直到12月份才发射,于是科学家就将这颗卫星所耽误的这几个月的首字母组合起来,取名Jason。这个卫星的精度可达到2cm,每10天重复同一个轨道。卫星的可视区域在地球上的投影是一条宽宽的线,这条线的宽度就是2km。

下面第一个视频是Jason卫星在2002年-2003年期间连续测得的海平面高度。红色的表示比多年平均值高,蓝色的表示比多年平均值低。这里想说明:海平面的高度同样可以指示海洋表面温度,高温的海水使海平面升高。因此,你可以看到2002年太平洋赤道有一段时间,红色和蓝色很分明,靠近南美的是红色,说明温度高,靠近印尼,澳洲北部是蓝色,说明温度低,这就是厄尔尼诺现象。视频©NASA

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