Hauteurs de mer

Description

Surfaces de référence des différentes notions de hauteurs de mer
Schéma des surfaces de référence des différentes notions de hauteurs de mer. Crédits CLS.
anomalies de hauteurs de mer
SLA mesurées par le satellite altimètre Cryosat-2 en 2013. Crédits CMEMS/Sea Level TAC.

Les hauteurs de mer correspondent à l’élévation de la surface de la mer par rapport à une surface de référence (ellipsoïde de référence, géoïde). Ces hauteurs de mer peuvent être calculées selon des références temporelles différentes, selon qu’elles intègrent une valeur instantanée (à un instant t) ou une évolution dans le temps (dh/dt) ou une période de référence.

Hauteurs de mer à un instant t

On parle communément de SSH, hauteurs de surface de la mer observées à l’instant t, quand celles-ci sont référencées par rapport à une référence géométrique qu’est l’ellipsoïde de référence. C'est ce qui est directement déduit de la mesure altimétrique : SSH = altitude du satellite (orbite) - distance altimétrique (range).

On distingue aussi la topographie dynamique absolue à un instant t (ADT), soit les hauteurs de mer exprimées par rapport au géoïde à un instant t. 

SSH et ADT sont indépendants de toute période de référence. 

SLA : les anomalies de hauteur de mer à l’instant t, correspondent à une hauteur de mer à laquelle on soustrait une moyenne de hauteurs de mer elle-même calculée sur une période de référence (voir MSS). Elles sont référencées par rapport à l’ellipsoïde de référence. Elles donnent l’image de zones où les hauteurs sont plus hautes (anomalies positives) ou plus basses (anomalies négatives) que la moyenne.

Toutes ces surfaces sont reliées par les équations suivantes (où p désigne une période de référence):

SLAp = SSH – MSSp

ADT = SLAp + MDTp

MSSp = MDTp + Geoid

Hauteurs de mer exprimées sur une période donnée

MDT : la topographie dynamique moyenne est la hauteur moyenne de l’océan par rapport au géoïde. Cette moyenne est calculée sur une période de référence suffisamment longue pour s'affranchir des fluctuations interannuelles. Elle est l’image du relief océanique correspondant à la circulation océanique permanente.

MSS : la surface moyenne océanique correspond à la hauteur moyenne de l'océan par rapport à un ellipsoïde de référence. Cette moyenne est calculée sur une période de référence suffisamment longue pour s'affranchir des fluctuations interannuelles. La MSS est la moyenne de la SSH sur une période de référence donnée.

MSL : Elévation du niveau moyen des mers correspond à une évolution dans le temps des hauteurs de mer. Elle s’exprime donc toujours avec une référence dans le temps. En 2017, cette élévation est de 3.29 mm/an sur l’ensemble des océans. D’après les observations, cette élévation atteint 8 cm depuis 1993. En 2017, les modèles, dans leurs scénarios les plus extrêmes, estiment une augmentation du niveau moyen des mers sur l’ensemble des océans à plus de 2 m en 2100.

Parce qu’il intègre la réponse de plusieurs composantes du système climatique (l’expansion thermique de l’eau du fait de son réchauffement, la fonte des calottes polaires et des glaciers, l’apport des eaux continentales), le niveau des océans est un des indicateurs les plus importants du réchauffement climatique. 

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Mesures satellites et in-situ

Depuis 1992 et le lancement de Topex/Poséidon, les satellites radars altimétriques permettent de faire des mesures précises des hauteurs de mer. Ces altimètres dits « conventionnels » mesurent au nadir de leur trace, c'est-à-dire sur une surface restreinte le long de la trace du satellite, ce qui limite l'échantillonnage spatial. Combiner un ensemble de données d’une constellation de satellites présents en orbite en même temps, permet d’optimiser cet échantillonnage spatial pour atteindre une description à méso-échelle de la circulation océanique.

D’autres types de satellites altimétriques, avec des modes SAR ou interférométrique, sont capables de réaliser des mesures à la fois à haute résolution pour accéder à des échelles spatiales plus petites et sur une grande zone. Le lancement du satellite SWOT, à partir de 2021, fait partie de cette génération d’altimètre interféromètre capable de décrire la circulation océanique sub-mésoéchelle, jusqu'à des résolutions spatiales de 15 km. 

D’autres techniques de mesures de télédétection ou in-situ, peuvent compléter ou même corriger les mesures issues des radars altimètres : des mesures satelllite ou de modèles météorologiques permettent de quantifier le contenu en eau dans l’atmosphère pour corriger le retard subi par l’onde radar, des mesures de satellite gravimétriques permettent de calculer les effets de masse et de corriger les effets du rebond post-glaciaire pour le calcul du niveau moyen des mers. Des profils in-situ de température et salinité permettent de calculer l’effet stérique, soit l’élévation de niveau due aux variations de la température et de la salinité (des eaux chaudes et ou plus salées se dilatent).

Les réseaux marégraphiques sont aussi une source d’observation précieuse pour la mesure de l’élévation du niveau moyen des mers (plus d'information sur la page des Marées océaniques du site ODATIS).

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Publications scientifiques

  • Ablain M., Larnicol G., Faugere Y., Cazenave A., Meyssignac B., Picot N., Benveniste J., 2012, Error Characterization of Altimetry Measurements at Climate Scales, in Proceedings of the “20 Years of Progress in Radar Altimetry” Symposium, Venice, Italy, 24-29 September 2012, Benveniste, J. and Morrow, R., Eds., ESA Special Publication SP-710, 2012. DOI:10.5270/esa.sp-710.altimetry2012
  • Ablain, M. 2013. Validation Report: WP2500 Regional SSH Bias Corrections between Altimetry Missions. (document)
  • M. Ablain, A. Cazenave, G. Larnicol, M. Balmaseda, P. Cipollini, Y. Faugère, M. J. Fernandes, O. Henry, J. A. Johannessen, P. Knudsen, O. Andersen, J. Legeais, B. Meyssignac, N. Picot, M. Roca, S. Rudenko, M. G. Scharffenberg, D. Stammer, G. Timms, and J. Benveniste, Improved sea level record over the satellite altimetry era (1993–2010) from the Climate Change Initiative project, Ocean Sci., 11, 67-82, doi:10.5194/os-11-67-2015, 2015
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