CryoSat – Η δορυφορική αποστολή της ESA για τη μελέτη της κρυόσφαιρας.:

• Main Author: Χριστίδου, Ελισάβετ Γεωργίου
• Format: Text
• Language: Greek
• Published: Aristotle University of Thessaloniki 2014
• Subjects: Δορυφορική αποστολή CryoSat; Κρυόσφαιρα; Αλτιμετρία; CryoSat satellite mission; Cryosphere; Altimetry; Jagged; Ice Sheet; Sea ice
• Online Access: https://dx.doi.org/10.26262/heal.auth.ir.135556; https://ikee.lib.auth.gr/record/135556

Η δορυφορική αποστολή CryoSat της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) είναι μία αποστολή δορυφορικής αλτιμετρίας με εκτιμώμενη διάρκεια λειτουργίας 3.5 χρόνια. Εκτοξεύτηκε στις 8 Απριλίου 2010, το τροχιακό της επίπεδο είναι σε υψόμετρο περίπου 717 km και φτάνει σε γεωγραφικά πλάτη 88°, καλύπτοντας έτσι τα κενά στους δύο πόλους. Σκοπός της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής εργασίας είναι η διεξοδική παρουσίαση της αποστολής αυτής, που σχεδιάστηκε ειδικά για να παρακολουθεί τα πιο δυναμικά τμήματα της κρυόσφαιρας της Γης. Πρωταρχικός της στόχος είναι να μετρήσει τις μεταβολές του πάχους των στρωμάτων πάγου ξηράς και θάλασσας και, κατ’ επέκταση, τον βαθμό της αραίωσης των πάγων στους πόλους εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής. Ξεκινώντας από το γενικό πλαίσιο στο οποίο κινούνται τα προγράμματα της ESA, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή του προγράμματος Εξερευνητές της Γης, μέρος του οποίου είναι και ο δορυφόρος CryoSat, και δίνονται τα γενικά στοιχεία για την αποστολή και τις μετρήσεις της, τα οφέλη και η συνέργεια με άλλες αποστολές. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται οι επιστημονικοί στόχοι της αποστολής και γίνεται εισαγωγή στο θεωρητικό υπόβαθρο για την κρυόσφαιρα και τη σημασία της, τις μεταβολές της στάθμης της θάλασσας και τη δυναμική του πάγου ξηράς και θάλασσας, δηλαδή τα στρώματα ηπειρωτικού και θαλάσσιου πάγου αντίστοιχα. Το τρίτο κεφάλαιο περιγράφει το ωφέλιμο φορτίο της αποστολής και τη λειτουργία του, δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στο βασικό όργανο, το SIRAL, ένα υψηλής χωρικής ανάλυσης ραντάρ-αλτίμετρο, ικανό να λειτουργεί με διαφορετικές μεθόδους μέτρησης ανάλογα με την επιφάνεια. Η μέθοδος λειτουργίας καθορίζεται από μια γεωγραφική μάσκα, η οποία ανανεώνεται κάθε δύο εβδομάδες. Χρησιμοποιεί τεχνικές ραντάρ συνθετικού διαφράγματος και τεχνικές συμβολομετρίας από τις συνήθεις αποστολές ραντάρ απεικόνισης για να αυξήσει την ακρίβεια επάνω από τα απότομα και ακανόνιστα στρώματα θαλάσσιου και ηπειρωτικού πάγου στις πολικές, κυρίως, περιοχές. Μετρά τα έξαλα των πάγων –τη διαφορά ύψους μεταξύ του πάγου της θάλασσας και του νερού–, καθώς και το ύψος των στρωμάτων πάγου, παρακολουθώντας έτσι τις αλλαγές του πάχους του πάγου. Το τέταρτο κεφάλαιο αφορά την ικανότητα παρατήρησης και την ακρίβεια των μετρήσεων, καθώς επίσης και την αβεβαιότητα που καθορίζει τις επιστημονικές απαιτήσεις. Το πέμπτο κεφάλαιο αποτελεί την εισαγωγή στα δεδομένα της αποστολής, τις μεθόδους επεξεργασίας, την ταξινόμηση και χρησιμότητα κάθε κατηγορίας, τη δομή των αρχείων που παράγονται και τη διανομή των δεδομένων. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στα δεδομένα Επιπέδου 2, καθώς αυτά είναι που ανταποκρίνονται στις ανάγκες των περισσότερων επιστημονικών ερευνών, και γίνεται αναφορά στη φύση και προέλευση των γεωφυσικών διορθώσεων που εφαρμόζονται στα δεδομένα. Ακόμη, περιγράφεται λεπτομερώς ο τρόπος ανάκτησης των δεδομένων. Το έκτο κεφάλαιο παρουσιάζει το επίγειο τμήμα της αποστολής και τις κύριες λειτουργίες που αυτό υλοποιεί, τη γενική αρχιτεκτονική δομή που ακολουθείται, τη διοίκηση, τον έλεγχο και τη βασική ροή των δεδομένων. Το έβδομο κεφάλαιο ορίζει τον χαρακτήρα των μετρήσεων και τον στόχο της βαθμονόμησης και της επικύρωσης των δεδομένων. Επίσης, στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μία σύντομη αναφορά στις δράσεις που υλοποιηθήκαν στο πλαίσιο της προετοιμασίας και συνεχίζονται ακόμη σύμφωνα με τη συνολική στρατηγική επικύρωσης που ακολουθεί η ESA. Τέλος, στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια εφαρμογή για την παρακολούθηση της απόδοσης του CryoSat, που αναπτύχθηκε στο University College του Λονδίνου, για λογαριασμό της ESA, καθώς και μια σειρά από παγκόσμιους και πολικούς χάρτες του υψομέτρου της επιφάνειας με δεδομένα Επιπέδου 2, από την εφαρμογή αυτή. : The European Space Agency’s (ESA) CryoSat mission for the study of cryosphere is ESA’s first ice mission with an advanced radar altimeter, designed to accurately determine the trends in Earth’s continental and marine ice fields. Launched on 8 April 2010 with an estimated duration of 3.5 years, from an altitude of about 717 km reaching latitudes of 88°, CryoSat monitors precise changes in the thickness of the polar ice sheets and floating sea ice. The purpose of this thesis is a thorough presentation of the mission, which was specifically designed to monitor the most dynamic parts of Earth’s cryosphere, with the primary objective to measure changes in the thickness of ice sheets and sea ice and, consequently, the extent of polar ice thinning due to climate change. Starting from ESA’s programs general framework, the first chapter is a description of the Earth Explorers program, part of which is CryoSat. It provides general information about the mission and its measurements as well as the benefits and synergies with other missions. The second chapter presents the scientific objectives of the mission and an introduction to the theoretical background of the cryosphere and its importance, the changes in sea level and the dynamics of land and sea ice, i.e. ice sheets and sea ice, respectively. The third chapter describes the instrument payload of the mission and its operation, with particular emphasis on the primary sensor, SIRAL, a high spatial resolution radar altimeter capable of operating in three different measurement modes for sea ice, sloping ice sheets and flat ice sheet interiors or over open ocean, depending on the surface. The mode of operation is selected from a mask of geographical zones, updated every two weeks to allow changes in sea ice extent. It employs synthetic aperture radar and interferometry techniques from standard imaging radar missions, to sharpen its accuracy over steep and jagged ice sheet margins and sea ice, especially in the polar regions. CryoSat measures freeboard –the difference in height between sea ice and adjacent water– as well as ice sheet altitude, tracking changes in ice thickness. The fourth chapter summarizes the observation ability and measurement accuracy, as well as the uncertainty that defines the scientific requirements. Chapter five is an introduction to the mission data, processing methods, different data types and utility of each type, the structure of files produced and the data distribution. Particular emphasis is given to Level-2 data products, as they are meeting the needs of most scientific research and reference is made to the nature and origin of the geophysical corrections applied to the data. In addition detailed description on the recovery of the data products is given. Chapter six presents the ground segment of the mission and the main functions it implements, the general architecture, the mission management, control and basic data flow. The seventh chapter defines the nature of the measurements and the purpose of calibration and validation campaigns. Also, in this chapter there is a brief reference to the preparation and ongoing activities, according to ESA’s overall validation strategy. Finally, the eighth chapter presents an application for monitoring the performance of CryoSat provided by the University College of London on behalf of ESA and a series of global and polar maps of surface elevation created by the application from Level-2 data products.