Глобальная цифровая модель рельефа ETOPO1

Эта страница является черновиком статьи.

Общие параметры ETOPO1

ETOPO1 - глобальная цифровая модель рельефа, включающая как наземный, так и подводный рельеф, с разрешением в 1 арк-минуту на пиксел. Данные распространяются в 2ух вариантах:

• Снежный покров (Ice Surface) - отображает поверхность ледникового покрова Антарктики и Гренландии.
• Материковый рельеф (Bedrock) - отображает рельеф материковой породы под толщей льда.

Обе версии сформированы на основе различных наборов данных, приведенных к единому датуму, как горизонтальному, так и вертикальному.

Цветовое представление рельефа с теневой отмывкой на основе данных ETOPO1
версия Ice Surface	версия Bedrock

Область покрытия.

ETOPO1 обеспечивает покрытие данными топографических и батиметрических измерений поверхности Земного шара от -90° до 90° по широте и от -180° до 180° по долготе.

Методика.

Разработка ETOPO1 осуществлялась в направлении повышения разрешения и точности данных ETOPO2v2 с целью получения модели циркуляции Мирового океана и визуализации поверхности Земного шара.

При разработке NGDC (National Geografic Data Center) были получены и приведены к единым горизонтальной и вертикальной системам координат наборы данных как на поверхность всего мира, так и на отдельные области.

Общая характеристика данных ETOPO1
Существующие версии	Ice Surface, Bedrock
Территориальный охват	На весь мир: -90° до 90° по широте и от -180° до 180° по долготе
Система координат	Географическая: широта, долгота
Горизонтальный датум	World Geodetic System of 1984 (WGS 84)
Вертикальный датум	Уровень моря
Единицы вертикальных измерений	Метр
Размер матрицы	21601(21600)х10801(10800)
Размер пиксела	1 арк-минута: 1/60 градуса
Доступные форматы	netCDF, g98, binary float, tiff, xyz

Источники данных и обработка.

Данные топографических, батиметрических, интегрированных топо-батиметрических измерений, данные измерений рельефа береговой линии и цифровые данные материкового рельефа были получены от нескольких государсвенных организаций США, интернациональных организаций и академических институтов.

Для преобразования данных в WGS84 и приведения единой вертикальной системе координат было использован программный продукт ‘Feature Manipulation Engine’ (FME) разработчика Safe Software’s, после чего данные были преобразованы в формат shape и в растровые форматы ArcGIS ESRI. Далее средствами ArcGIS были произведены аналитическая оценка и ручная обработка(корректировка) данных. Для последующей привязки данных и построения глобальной цифровой модели рельефа были использованы программные продукты Wessel and Smith’s [1991, 1995] ‘Generic Mapping Tools’ (GMT) version 4.3 и Caress and Chayes’ [1995] ‘MB-System’ version 5.1.0.

Источники и покрытия данными, использованными при построении ETOPO1

	версия Ice Surface
	версия Bedrock

Береговая линия. Данные по береговой линии были получены из NGDC (National Geografic Data Center) и ADD (Antarctica Digital Database). Оба источника были использованы для проверки данных и вычисления аномальных значений.

Данные по береговой линии, используемые для вычисления значений ETOPO1
Источник	Наименование	Год	Тип данных	Пространственное разрешение	Исходный горизонтальный датум\ система координат	Исходный вертикальный датум	URL
NGDC	GSHHS	2003	Иерархически выстроенные замкнутые полигоны	~100 м	WGS 84 geographic	MSL	http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/shorelines/gshhs.html
ADD	Побережье Антарктики	с 1993 до 2006	Данные карты	В диапазоне от 5 м до 5 км	WGS 84 geographic	MSL	http://www.add.scar.org:8080/add/

Батиметрия. Для формирования и дополнения ETOPO1 батиметрическими измерениями были использованы материалы JODC (JapanOceanographic Data Center), NGDC (National Geografic Data Center), CEP (Caspian Environment Programme) и CIESM (Mediterranean Science Commission).

Батиметрические данные, используемые для вычисления значений ETOPO1
Источник	Наименование	Год	Тип данных	Пространственное разрешение	Исходный горизонтальный датум\ система координат	URL
JODC	JODC батиметрия		Данные промеров глубин	0.5 км	WGS 84 geographic	http://www.jodc.go.jp/data_set/jodc/jegg_intro.html
NGDC	Батиметрия Калифорнийского залива	2006	Данные ряда многолучевых гидролокационных батиметрических промеров	7 арк-секунд	WGS 84 geographic	http://www.add.scar.org:8080/add/
CEP	Батиметрия Каспийского моря	1999	Оцифровка контуров глубин	1 арк-минута	WGS 84 geographic	http://www.caspianenvironment.org/dim/menu5.htm
CIESM	Батиметрия Средиземного моря	2005	Данные ряда многолучевых гидролокационных батиметрических промеров	0.5 км	WGS 84 geographic	http://www.ifremer.fr/drogm_uk/Realisation/carto/Mediterranee/index.html

Топография. Для формирования и дополнения ETOPO1 топографическими измерениями были использованы материалы NGDC (National Geografic Data Center), NASA (National Aeronautics and Space Administration ), и NSIDC (National Snow and Ice Data Center).

Топографические данные, используемые для вычисления значений ETOPO1
Источник	Наименование	Год	Тип данных	Пространственное разрешение	Исходный горизонтальный датум\ система координат	URL
NASA	SRTM30	2000	Данные радарной съемки SRTM	30 арк-секунд	WGS 84 geographic	http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/
NGDC	GLOBE	1999	Данные из различных источников	30 арк-секунд	WGS 84 geographic	http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/topo/globe.html
NSIDC	Antarctica RAMP	2001	Данные спутниковой радарной съемки, воздушных радарных замеров высот, топографических карт	400 м	WGS 84 geographic	http://nsidc.org/data/nsidc-0082.html

Интегрированные батиметрические и топографические данные. Интегрированные батиметрические и топографические данные предоставлены SIO (Scripps Institute of Oceanography), LIBSR (Leibniz Institute for Baltic Sea Research) и NGDC (National Geografic Data Center).

Интегрированные батиметрические и топографические данные, используемые для вычисления значений ETOPO1
Источник	Наименование	Год	Тип данных	Пространственное разрешение	Исходный горизонтальный датум\ система координат	URL
SIO	Измерения и вычисления топографии морского дна	2008	Данные спутникового измерения высот и гидрографических промеров	2 арк-минуты	WGS 84 geographic	http://topex.ucsd.edu/marine_topo/
LIBSR	Батиметрия Балтийского моря	2001	Данные гидрографических промеров	от 0.5 до 2 арк-минут	WGS 84 geographic	http://www.io-warnemuende.de/research/en_iowtopo.html
NGDC	IBCAO	2008	Данные гидрографических промеров, оцифровки контуров, точечных объектов и координатной сетки	2 км	WGS 84 geographic	http://www.ibcao.org/
NGDC	Модель рельефа побережья США	с 1999 до 2005	Данные NOS гидрографических промеров и наземной топографии	3 арк-секунды	WGS 84 geographic	http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/coastal/coastal.html
NGDC	Батиметрия Великих озер	с 1996 до 2005	Данные гидрографических промеров, батиметрических контуров и наземной топографии	3 арк-секунды	WGS 84 geographic	http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/greatlakes/greatlakes.html

Материковая порода. Данные по метериковым породам, дающие представление о рельефе Антарктиды и Гренландии под толщей льда предоставлены NSIDC (National Snow and Ice Data Center), EISMINT (European Ice Sheet Modeling Initiative) и SCAR (Scientific Committee on Antarctic Research).

Данные, используемые для вычисления значений ETOPO1
Источник	Наименование	Год	Тип данных	Пространственное разрешение	Исходный горизонтальный датум\ система координат	URL
NSIDC	Greenland Bedrock	2001	Данные спутникового измерения высот, воздушного топографического картирования (ATM), фотограмметрической оцифровки высот, радарной съемки и воздушных замеров эхолота	5 км	WGS 84 geographic	http://nsidc.org/data/nsidc-0092.html
EISMINT/SCAR	Antarctica BEDMAP	2000	Данные спутниковой съемки, прежде всего радарного и сейсмического зондирования	5 км	WGS 84 geographic	http://www.antarctica.ac.uk//bas_research/data/access/bedmap/

Приведение к единой системе координат.

1. Вертикальная система координат. Все данные, составляющие цифровую глобальную модель рельефа ETOPO1 изначально были привязаны к уровню моря, за исключением данных по Каспийскому морю. Горизонтали в данных Каспийского моря были привязаны к местному уровню моря. Сетка была смещена на 28 метров по вертикали для совмещения измерений с общим набором данных ETOPO1.

2. Горизонтальная система координат. Все данные, составляющие цифровую глобальную модель рельефа ETOPO1 изначально были зарегистрированы в системе координат WGS84 и полярной стереографической WGS84. Были установлены зависимости и уравнения трансформации между горизонтальными системами координат. Все данные были приведены к WGS84 посредством использования программного обеспечения FME.

Разработка цифровой модели рельефа.

1. Проверка соответствия данныз различных источников.

После приведения к единым вертикальной и горизонтальной системам координат трансформированные shape-файлы и растры были проверены средствами ArcMap на соответсвие между наборами данны. Проверенные и откорректированные shape-файлы были отковертированы в xyz-файлы.

В процессе подготвки были выявлены и решены следующие проблемы:

• несоотвтествие данных IBCAO и измеренных и вычисленных значений поверхности моря топографических данных в прибережных районах.
• ряд ошибок в данных SRTM30. Минимизация подобных ошибок была достигнута путем ручной обработки данных.
• данные SRTM30 в оригинале содержат значение 0 в открытом океане. Нулевые значения были удалены посредством FME.

2. Регистрация данных.

Обе версии данных ETOPO1 Ice Surface и Bedrock доступны в вариантах привязки по вершинам пиксела (grid-registred) и по центру пиксела (cell-regisrtred). Разница между двумя вариантами в том, как определены ряды сетки.

A. В случае grid-registred привязка осуществляется к центру пиксела, границы которого образуют ячейку сетки. Наиболее часто применим в случае представления дискретные (в том числе и усредненные) точечные данные.	B. В случае cell-registred прявязка осуществляется к внешним границам сетки. Как правило, используется для картогрфических изображений.

Таким образом, матрица grid-registred будет включать на один столбец и один ряд пикселей больше, нежели вариант cell-registred. В grid-registred крайние ряды сетки посажены на вершины Северного и Южного полюсов. В варианте cell-registred крайние ряды лишь касаются вершин полюсов.

Изначально данные были построены как grid-registred, делением сетки в 1 арк-минуту, в диапазоне от полюса до полюса и от -180 до 180 по долготе; представлены единой матрицей размером 21601х10801 с множественным дублированием данных в ячейках, привязанных к вершинам полюсов и по -180/180 линиям долгот. Данные cell-registred были образованы из данных grid-registred путем ресемплинга с использованием GMT-инструментов. Значение пиксела cell-registred получено путем усреднения значений четырех соседних grid-registred.

3. Оценка качества ЦМР.

Горизонтальная и вертикальная точность.

Горизонтальная и вертикальная точность топографических и батиметрических характеристик в зависит от данных, на основе которых были вычислены значения определенных пикселей цифровой модели.