Geodetic observations and modeling of gravity field, sea level, and ocean dynamics in the Norwegian coastal zone

Abstract

Geodesy can contribute to a quantitative understanding of ocean circulation variability at northern high latitudes, which is crucial to environmental and climate-related studies. Coastal ocean dynamics has gained recent interest due to its importance for shipping, fishery, coastal ecosystem processes, other on- and o_shore activities, and sea-level change. If the oceans were at rest, the ocean surface would be in hydrostatic equilibrium and coincide with the geoid. Dynamical processes in the ocean cause deviations of the sea surface from the geoid, and the steady-state component of the dynamical processes is known as the mean dynamic topography (MDT). It may be determined by the ocean approach, using numerical ocean circulation models, or by the geodetic approach, where MDT is the height of the mean sea surface (MSS) observed by satellite altimetry, or mean sea level (MSL) observed by tide gauges, above the geoid. This thesis is an investigation of geodetic topics related to geoid and MDT determination in the Norwegian coastal zone: Optimal combination of recent satellite and regional gravity data, dedicated coastal altimetry products, modern regional geoid computation techniques, and temporal gravity field variations due to vertical land motion.

Geodesi kan bidra til en kvantitativ forståelse av variabiliteten i havsirkulasjon på nordlige breddegrader, som er avgjørende for miljø- og klimarelaterte studier. I de senere år har vi sett en økt interesse for havdynamikk i kystsonen på grunn av dennes betydning for sjøfart, fiskeri, kystnære økosystemprosesser, andre on- og o_shoreaktiviteter samt havnivåendringer. Dersom havet var i ro, ville havoverflaten vært i hydrostatisk likevekt og dermed parallell med geoiden. Dynamiske prosesser i havet forårsaker derimot avvik i havoverflaten fra geoiden, og den stasjonære komponenten til de dynamiske prosessene er kjent som midlere dynamisk topografi (MDT). Den kan bestemmes ved numeriske havmodeller i en såkalt oseanografisk tilnærming, eller ved en geodetisk tilnærming, der MDT enten er midlere havoverflates (MSS) høyde bestemt ved satellittaltimetri, eller middelvanns (MSL) høyde bestemt i vannstandsmålere, over geoiden. Denne avhandlingen undersøker geodetiske emner relatert til bestemmelse av geoide og MDT den norske kystsonen: Optimal kombinasjon av nye satellitt- og regionale tyngdedata, dedikerte kystaltimetriprodukter, moderne regionale geoideberegningsteknikker, og tids-variasjoner i tyngdefeltet grunnet landhevning.