Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

97

COMPARISON OF SEA LEVEL CHANGES IN THE LAST DECADE IN THE MEDITERRANEAN SEA USING

SATELLITE ALTIMETRY VS TIDE GAUGE DATA 

Luciana Fenoglio-Marc

1*

, Dov S. Rosen

2

1

Institute of Physical Geodesy, Darmstadt University of Technology, Petersenstrasse 13, D-64287 Darmstadt, Germany 

* de1m@hrzpub.tu-darmstadt.de, 

2

Israel Oceanographic and Limnological Research, Tel Shikmona, POB 31080, Haifa 31080, Israel - rosen@ocean.org.il, 

Abstract

Sea level change has been measured over the last ten years using both tide gauge and altimetry. Only decadal and higher frequency sea

level changes are studied using altimetry, due to its shorter time interval of data availability, while the lower frequency variations are

investigated using tide gauge data. Altimetry from the Topex Poseidon mission and tide gauge time-series are compared in the time and

frequency domains at a number of stations in the Mediterranean Sea. A good agreement is found between the decadal, the interannual and

the seasonal components of the variability and three regions with different characteristics are identified in the Mediterranean. Linear trend

of the sea level height differences of monthly and instantaneous sea level heights are interpreted as potential vertical land movements. 

Keywords: sea level change, tide gauge, altimetry

Introduction

Global coverage and sea level measurements in a given reference

frame are characteristics that distinguish altimetry from tide gauge

measurements. For altimetry the sampling is denser in space but less

dense in time at a given location and the available data span is shorter

than for tide gauges. Topex-Poseidon (T/P) data are available since

September 1992 with a 10-day time sampling rate, and 300 km

spacing at the equator. Long-term sea level changes have been mainly

investigated using T/P data [1] and ERS data [2]. The multi-mission

altimetry requires a careful cross-calibration of the missions and

homogenization of the corrections [3]. At present T/P provides the

longest and uninterrupted dataset. Interannual to decadal sea level

variations are estimated in the Mediterranean Sea over the interval

from September 1992 to July 2002 from T/P altimetry data and from

tide gauge monthly averaged data. At a few locations where hourly

data are available, sea level heights at the times of the closest

approach with the tide gauge sites are also compared and a linear

trend in the differences is estimated. 

Annual to decadal variations

The sea level anomalies are averaged in monthly grids with spacing

of 1 x 1 degree using a Gaussian weighted average method with the

half-weight parameter equal to 1 and the earth radius equal to 3

degrees. The inverse barometric correction is not applied to the

altimetry data, while ocean, load and earth tide are applied. For each

time-series in the grid nodes, the linear-term (decadal variability), the

average variability over each month (seasonal variability) and the

interannual components of the variability contained in the power-

spectrum of the residuals are estimated. The decadal term is small in

the western Mediterranean (a few mm/yr) and higher with positive

values in the eastern Mediterranean (up to 8 mm/yr) and with negative

values in the Ionian Sea (up to –12 mm/yr). The decadal component

of sea level variability has a high correlation with decadal components

of sea surface temperature and steric height change. The dominant

frequency of the interannual part of the variability is different in the

eastern and in the western Mediterranean. The comparison between

the altimetry and the tide gauge results shows a good agreement

between the decadal component of the sea level variability, while the

cross-spectrum of the interannual variability shows a better agreement

in the eastern than in the western Mediterranean. 

Linear variability of altimetry versustide gauge data 

By differencing records from altimetry and tide gauge data, most of

the coherent sea level variability is removed and the residual time

series represents the Vertical Land Motion (VLM) at the tide gauge

site together with any instrumental errors, such as datum shifts and

data spikes in the tide gauge data and bias and drift in the altimeter

data. By differencing records from adjacent stations, the differential

VLM of the stations and the differential sea level variability is

obtained. Differences between tide gauge sea level heights and

altimetry derived sea level heights are computed separately using

monthly averaged values and interpolated hourly averaged tide gauge

data versus instantaneous altimeter sea level data at the time of the

closest altimeter approach. In this last case, the ocean tide correction

was not applied to the altimetry data, therefore the differential sea

level variability due to currents and tides remains in the difference.

The results are represented in Figure 1 for the stations of Toulon

(SIMN) in the western Mediterranean and of Hadera (MedGLOSS) in

the eastern Mediterranean. The linear-term of the sea level height

differences is here of main interest. The small standard deviation of

the differences and the high correlation coefficient show a good

agreement of the data. The sea level height differences are used to

assess the data quality and to estimate relative biases and drifts

between the altimeter instruments as well as vertical land movements.

A bias estimation of each altimeter mission relative to the geocenter

requires collocated GPS measurements at the tide gauge station. 

Fig. 1. Sea level height differences of hourly (above) and monthly

(below) sea level heights at the tide gauge stations of Hadera and

Toulon.

Acknowledgment. The authors acknowledge Aviso, SONEL and

IOLR for the data provided. Part of the study was performed under the

ESEAS-RI project No. EVRI-CT-2002-40025 under FP5 of the

European Commission.

References

1-Nerem S., Mitchum G., 2001. Sea level change, in Satellite Altimetry

and Earth Sciences, International Geophysics Series, Vol. 69, Academic

Press, San Diego, pp. 329-349.

2-Fenoglio-Marc L. 2002. Long-term sea level change in the

Mediterranean Sea from multi-satellite altimetry and tide gauges, Physics

and Chemistry of the Earth, pp. 1419-1431.

3-Fenoglio-Marc L., Groten E. 2003. Cross calibration of the Envisat

range using multi-mission altimetry and tide gauges in the Mediterranean

Sea, in Proceedings of the Envisat calibration, ESA.