海洋佔據了地球的四分之三，海底地形影響著海洋環流、海底資源和生物多樣性，亦能藉此了解海底構造的演變。衛星觀測有助於研究團隊了解全球海底地形，南海是衛星海底測繪的活躍區，是一個半封閉海域，擁有複雜的地質構造。測高衛星觀測到的海面高可以用來反演海洋重力異常和海深。垂直重力梯度是重力異常在垂直方向上的導數，比重力異常對短波長的海底特徵更加敏感。現有的測高衛星只能觀測到星下點軌跡上的海面高，無法獲得連貫的二維海底地形。但未來的SWOT任務將解決這一問題，SWOT搭載的合成孔徑雷達測高儀可以沿著地面軌跡觀測120公里觀測刈幅上的海面高。藉助先進的SWOT測高任務，研究團隊可以從太空發現南海更多的構造特徵。

　　海洋佔據了地球的四分之三。海底是什麼樣的呢？你可能認為海底和海灘一樣多沙且平坦，但實際上，海底與陸地表面一樣，擁有海山、高原、盆地和山谷等諸多地貌特徵。海底地形影響海洋環流、海底資源和生物多樣性，並可以解釋海底構造的演變。由於衛星發射的電磁波無法穿透海水，因此無法直接從太空觀測海底特徵。人們利用船載回聲探測儀探測海底地形，但這種方法成本高且速度慢，且世界80%以上的海底尚未被探測，衛星觀測可以彌補船載海深測量的不足。南海是一個半封閉海域，擁有複雜的地質構造，是衛星海底測繪的活躍區，本文將利用衛星測高技術展示南海海底特徵。

圖一：SWOT測高任務觀測原理（Yu et al., 2021）。海山產生的引力將周圍的海水吸向其本身，造成大地起伏產升高幾公分。現有的測高衛星只能觀測到星下點軌跡上的海面高，而將來的SWOT任務將可以沿著地面軌跡觀測120公里觀測刈幅上的海面高。

　　雷達測高儀通過發射微波來測量衛星到海面之間的距離，衛星的軌道高度已知，減去觀測距離便可得到海面高（SSH），如圖一所示。觀測到的海面高含有許多誤差，高精度的海面高取決於精密的衛星軌道（公分級）、高性能的測高儀、良好的電離層和對流層校正以及高質量的潮汐模型。海面高扣除由海洋環流和氣壓變化引起的海洋動態地形效應，可以獲得大地起伏，大地起伏大致與平均海水面平行，可以用來反演海洋重力異常和海深。Hwang和Chang（2014），Hsiao等人（2016）以及Yu等人（2021）利用許多方法由大地起伏反演海洋重力和海深。圖二（a）展示了最新的南海重力，揭示了大陸－海洋邊界（COB），隱伏斷層以及絕跡擴張脊。垂直重力梯度（VGG）是重力異常在垂直方向上的導數，比重力異常對短波長的海底特徵更加敏感。Sandwell等人（2014）首先利用垂直重力梯度發現了墨西哥灣的絕跡擴張脊、斷裂帶和大陸－海洋邊界，如圖三所示。

圖二：（a）南海重力異常，（b）南海海深（https://topex.ucsd.edu/index.html）。圖（a）顯示了大陸－海洋邊界（COB），隱伏斷層以及絕跡擴張脊。

　　圖一顯示如何利用海面高觀測值來反演南海海底地形。相對於平坦的海底，海山產生額外的引力將周圍的海水吸向其本身，造成海洋等位面升高幾公分，這使得大地起伏局部升高、等位面傾斜，最終造成重力異常的變化。利用海底地形與海洋重力的數學關係，可以從重力反演海深，圖二（b）展示了利用這種方法反演得到的南海海深。

圖三：墨西哥灣垂直重力梯度（Sandwell et al., 2014）。該圖揭示了絕跡擴張脊（extinct ridge），斷裂帶以及大陸－海洋邊界（COB）。

　　海底地形的精度與解析度取決於測高觀測值的精度和解析度。現有的測高衛星只能觀測到星下點軌跡上的海面高，無法獲得連貫的二維海底地形，但預計於2022年11月發射的SWOT任務（https://swot.jpl.nasa.gov/）將解決這一問題。與現有的底點觀測雷達測高儀不同，SWOT搭載的合成孔徑雷達測高儀可以沿著地面軌跡觀測120公里觀測刈幅上的海面高，如一所示。由臺灣國立陽明交通大學和國立臺灣大學的師生組成的團隊將與NASA/JPL和法國的CNES合作，在SWOT任務驗證階段（衛星發射後約3-6個月）來校準SWOT觀測值。

　　藉助先進的SWOT測高任務，研究團隊可以從太空發現南海更多的構造特徵，但也面臨著許多技術挑戰，例如，如何消除觀測值中的系統誤差和隨機誤差，以及由如何快速、準確地由SWOT觀測值反演海深。SWOT的國際團隊成員正在應對這些技術挑戰，以便更好地了解全球海底特徵。