geosat 9 upd

Modul-9 : Satelit Altimetri

Lecture Slides of GD. 2213 Satellite GeodesyGeodesy & Geomatics Engineering

Institute of Technology Bandung (ITB)

Hasanuddin Z. AbidinGeodesy Research DivisionInstitute of Technology BandungJl. Ganesha 10, Bandung, IndonesiaE-mail : [email protected]

Version : April 2007

Satelit Altimetri (1)

FUNGSI UTAMA :Mengamati topografi dan dinamikadari permukaan laut

PRINSIP DASAR :Penentuan tinggi satelit di atas permukaanlaut dengan menggunakan altimeter radar,berdasarkan waktu tempuh dari pulsaradar yang dikirimkan ke permukaan lautdan dipantulkan balik ke satelit.

Jarak ukuran adalah jarak rata-rata dalamdaerah footprint

mengeliminir efek dari gelombang.

footprint

permukaanlaut

pulsa-pulsaradar

satelitaltimetri

Hasanuddin Z. Abidin, 1999

Satelit Altimetri (2)


ALTIMETER SATELIT TERDIRI DARI :. Pemancar pulsa (transmiter). Penerima pulsa yang sensitif (receiver). Jam berakurasi tinggi

PRINSIP DASAR :. Altimeter memancarkan pulsa-pulsa gelombangelektromagnetik (radar) ke permukaan laut

. Pulsa-pulsa tersebut dipantulkan balik ke satelit danditerima kembali oleh altimeter.

DATA & INFORMASI YANG DIREKAM :. Waktu tempuh sinyal. Bentuk muka sinyal setelah dipantulkan oleh permukaan laut. Amplitudo dari sinyal setelah dipantulkan oleh permukaan laut.

Dari data waktu tempuh sinyal Dari data bentuk dan strukturmuka gelombang pantul

Posisi vertikal permukaan laut Topografi muka laut (SST) Undulasi Geoid Topografi es Lokasi & kecepatan arus laut

Tinggi gelombang Panjang gelombangdominan Informasi termoklin Kemiringan lapisan es

Dari data amplitudo gelombang pantul

Kecepatan angin permukaan sepanjang ground-track satelitBatas laut/es

Parameter yang dapat ditentukandengan Satelit Altimetri


Ada 3 obyektif ilmiah dasar dariprogram satelit altimetrijangka panjang, yaitu untuk :

Hal ini perlu dilakukan untuk dapat memahami secara lebihmendalam sistem iklim global serta peran yang dimainkanoleh lautan di dalamnya.

Satelit Altimetri :Obyektif

Mengamati sirkulasi lautan global,

Memantau volume dari lempengan es kutub, dan

Mengamati perubahan muka laut rata-rata (MSL)global.


a = c . t/2


Konsep Dasar Satelit Altimetri

Konsep Dasar Sistem Altimetridapat diilustrasikan sbb. :

Ref. : Seeber (1993)

Ketinggian satelitdi atas permukaan laut

t = waktu tempuh pulsa radar

Persamaan dasaraltimeter

h = N + H + a


Satelit Altimetri : Hubungan Geometrik

h = tinggi ellipsoid dari satelit altimeter(dihitung dari informasi orbit)

N = undulasi geoidH = sea surface topography (SST)H = effek pasut instantaneousa = hasil ukuran altimeterd = kesalahan orbit

h = N + H + H + a + d

Hubungan geometrik dalam sistem satelit altimetridapat diilustrasikan sbb. :

http://www.jason.oceanobs.com/print/presentation/poac_oac_uk.html

How satellite altimetry works ?

http://www-aviso.cnes.fr

Kesalahan Satelit Altimetri

KESALAHAN TERKAIT SENSOR :. Kesalahan waktu altimeter. Kesalahan kalibrasi altimeter. Kesalahan pengarahan (pointing) altimeter. Noise dari altimeter

KESALAHAN TERKAIT PROPAGASI SINYAL :. Refraksi ionosfir. Refraksi troposfir (komponen kering dan basah)

KESALAHAN TERKAIT SATELIT :. Kesalahan orbit. Kesalahan sistem koordinat

dari ground tracking stations


Misi Waktu Institusi Repeat Orbit Koreksi KetelitianSistem (cm)

Geos-3SeasatGeosatERS-1

TOPEX/Poseidon

ERS-2GFO

POEMTOPEX

Follow-onEOS Alt

1975-19781978

1985-198919911992

19941995

1998+1998+

2003+

NASANASA

US NavyESA

NASA/CNES

ESAUS Navy

ESANASA/CNES

NASA

NoPartial17 hari

3, 35, 176 hari10 hari

3, 35 hari17 hari35 hariTBD

TBD

NoneWV

NoneWV

WV, Iono

WVWV

WV, IonoWV, Iono

WV, Iono

10050502513

20TBDTBDTBD

TBD

Misi Satelit Altimetri

WV = Water Vapour, Iono = Refraksi ionosfir Ketelitian sistem mengacu pada kinerja dari misi sebelumnya dan spesifikasi untuk misi berikutnya. Dalam hal ini

sumber kesalahan terbesar datang dari kesalahan orbit. Seandainya ini bisa dieliminir maka tingkat ketelitian akanjauh membaik. Seperti untuk TOPEX/Poseidon tingkat ketelitiannya bisa lebih baik dari 5 cm (rms).


Misi Tahun/Instansi

Obyektif

Skylab 1973-74NASA

Pembuktian untuk pertama kali konsep pengukuran radar altimeter darisatelit.

GEOS-3 1975-78NASA

Mengumpulkan data untuk meningkat-kan kualitas parameter geodetikdan geo-fisik yang diperoleh sebelumnya.

Seasat 1978NASA

Didesain untuk memberikan data ukuran dari tinggi gelombang,topografi lautan global, dan geoid lautan.

Geosat 1985-89US Navy

Satelit oseanografik militer didesain untuk pemetaan presisi dan detildari geoid di wilayah lautan.

ERS-1 1991-kiniESA

Didesain untuk analisa muka laut rata-rata dan geoid lautan.

TOPEX/Poseidon

1992-kiniNASACNES

Eksperimen topografi lautan untuk mengukur dan memetakan muka lautpada dua frekuensi, 5.3 dan 13.6 GHz, untuk meningkatkan pengetahuankita tentang sirkulasi lautan berskala luas.

ERS-2 1995-kiniESA

Didesain untuk analisa muka laut rata-rata dan geoid lautan.

GeosatFollow-On

1996-kiniUS Navy

Untuk memperoleh pengamatan lautan secara kontinyu, dan secarakhusus untuk mengukur topografi dinamik dari arus-arus batas Baratserta rings dan eddies nya, untuk memperoleh data tinggi muka lautuntuk model-model numerik, serta untuk memetakan pergerakan El Ninodi lautan Pasifik di daerah ekuator.

Misi Satelit Altimetri


GEOS-3 SEASAT-1 GEOSATMasa hidup 1975 - 78 1978 1985 - 89Orbit- periode 102 menit 100 menit 100 menit- ketinggian 840 km 760 km 780 km- inklinasi 115o 108o 108o

- revolusi/hari 14.1 14.3 14.3Altimeter- frekuensi 13.9 GHz 13.9 GHz 13.5 GHz- beamwidth 2.6o 1.5o 2.0o

- footprint 3.6 - 14.2 km 1.6 - 12.0 km 9.6 km- ketelitian 60 cm 10 cm 3.5 cm

Karakteristik Misi Satelit Altimetri (1)


Karakteristik Misi Satelit Altimetri (2)


ERS-1 TOPEX ERS-2Masa hidup 1991 - kini 1992 - kini 1995 - kiniOrbit- periode 100 menit 120 menit 100 menit- ketinggian 770 km 1334 km 780 km- inklinasi 98.5o 66o 98.5o

- revolusi/hari 14.3 12.0 14.3Altimeter- frekuensi 13.8 GHz 5.3, 13.6 GHz 13.5 GHz- beamwidth 2.6o

- footprint 1-2 km

- ketelitian 10 cm 3.0 cm 1.0 cm

Topex/Poseidon(NASA/Cnes)

Jason-1(Cnes/NASA)

ERS-1/2 (ESA)

Envisat-1(ESA)

Contoh Satelit Altimetri

http://www.jason.oceanobs.com/print/presentation/poac_oac_uk.html

AntenaAltimeter

AntenaGPSDR Antena

high gain

Solar array

MicrowaveRadiometer

AntenaDORIS

LaserRetroreflector

Array

AntenaOmni

PropulsionModule

PowerModule

AttitudeControlModule

AntenaAltimeter

AntenaGPSDR Antena

high gain

Solar array

MicrowaveRadiometer

AntenaDORIS

LaserRetroreflector

Array

AntenaOmni

PropulsionModule

PowerModule

AttitudeControlModule

TOPEX/Poseidon

Contoh Satelit Altimetri


Solar array

AntenaPRARE

AntenaSAR

ATSR-Microwave SounderATSR-Infrared Radiometer

Laser retroreflector

AltimeterRadar

Antena WindScatterometer

Solar array

AntenaPRARE

AntenaSAR



AltimeterRadar


Solar array

AntenaPRARE

AntenaSAR



AltimeterRadar


ContohSatelit

Altimetri

ERS-1


50

10 10 103 1 1.8

100

0

20

40

60

80

100

Skylab Geos-3 Seasat Geosat ERS-1 TOPEX ERS-2 Geosat FO

PerkembanganResolusi Ukuran

Jarak Altimeter (cm)1973

1995

50

10 10 103 1 1.8

100

0

20

40

60

80

100

Skylab Geos-3 Seasat Geosat ERS-1 TOPEX ERS-2 Geosat FO

PerkembanganResolusi Ukuran

Jarak Altimeter (cm)1973

1995

Resolusi Ukuran Jarak Altimeter


Aplikasi Satelit Altimetri


penentuan topografi permukaan laut (SST), penentuan topografi permukaan es, penentuan geoid di wilayah lautan, penentuan karakteristik arus dan eddies, penentuan tinggi (signifikan) dan panjang

(dominan) gelombang, studi pasang surut di lepas pantai, penentuan kecepatan angin di atas permukaan laut, penentuan batas wilayah laut dan es, studi fenomena El Nino, dan unifikasi datum tinggi antar pulau.

Sea Surface Topography (SST)

SST = Deviasi permukaan laut dari permukaan geoid.= Perbedaan dalam tinggi ellipsoid antara permukaan laut

dengan permukaan geoid.

Komponen dinamik

SSTKomponen statik (quasy-stationary)

Ellipsoid

Geoid

MSL

Permukaan lautSST (dinamik)

SST (statik)

Undulasi geoidInstantaneous SST


Penentuan SST


90 180 270 Bujur

+75

-75

0

Lint

ang Kontur

dalam cm

Gambar di atas adalah SST (statik) global yang diestimasi dari 1.5 tahun dataGEOS-3 ditambah seluruh data SEASAT yang ada.

Model geoid yang digunakan dalam hal ini adalah model geoid yang digunakanuntuk orbit satelit SEASAT.

Gambar ini menunjukkan bahwa satelit altimetri mempunyai kemampuan yangsangat baik dalam menentukan variasi spasial SST secara global.

0 100 200

km

Perubahan 120 cmyang disebabkan olehthe gulfstream meander

Gunungapibawah lautMuir

23 April 197728 Sept. 1977

100

50

0

cm

31.0oU64.5oB

33 35 37 39 41.0oU56.4oB

Lintang

Satelit altimetrijuga dapat digunakanuntuk mempelajarivariasi SST terhadapwaktu dalam suatuskala spasial regional.

Hal ini ditunjukkanoleh hasil pada Gambaryang diperoleh dari dualewatan satelit GEOS-3pada jejak yang samadi Lautan Atlantiksebelah Utara.


Penentuan Variasi Temporal SST

Ref. : [Cheney et al., 1984]

Penentuan Variasi Temporal MSL


100 200 300 400 500 hari

20

10

0

-10

-20

Var

iasi

MS

L(c

m) Dari satelit GEOSAT

Gambar di atas menunjukkan contoh variasi MSL yang diestimasidari 14 bulan data GEOSAT yang jejak (ground track) nyaberuluang setiap tiga hari.

Gambar ini memperlihatkab bahwa resolusi variasi MSL yangdiperoleh adalah lebih baik dari 10 cm.

Ref. : [Cheney et al., 1986]

KalimantanSumatera

Jawa

KalimantanSumatera

Jawa

VariasiSpasialAnomaliGayaberatdariSatelitAltimetri

Hasanuddin Z. Abidin, 1999Ref. [DEOS, 2000]

Kecepatan & Pola Arus dari Satelit Altimetri

Hasanuddin Z. Abidin, 1999Ref. [DEOS, 2000]

Tinggi Gelombang dari Satelit Altimetri

Hasanuddin Z. Abidin, 1999Ref. : [AVISO, 2000]

Kecepatan Angin dari Satelit Altimetri

Hasanuddin Z. Abidin, 1999Ref. : [AVISO, 2000]

Feb 1997

April 1997

July 1997

Jan 1998

April 1998

July 1998

Topex/Poseidon scoops 1997-98 El Nio story

http://www.jason.oceanobs.com/html/applications/enso/nino1997-98_uk.html

www.nodc.noaa.gov/OCL/plot.html

geosat 9 upd

Documents

n h ahasanuddin z

sea surface topography