Спутниковые методы исследований в океанологии План доклада

Спутниковые методы исследований в океанологии

План доклада 1) Спутниковая система наблюдений 2) Влияние атмосферы на излучение 3) Исследования за океаном из космоса А) видимый диапазон Б) тепловой инфракрасный диапазон В) микроволновый диапазон

Спутниковая система наблюдений Виды орбит: - Геосинхронная (период обращения = периоду вращения Земли) - Геостационарная (высота 35786 км, расположена над экватором, спутник находится постоянно над одной и той же точкой на Земле - Высокоэллиптическая (обладает периодичностью вращения, высота апогея ~ 40000 км, высота перигея ~ 1000 км, наклонение ~ 63°) - Полярная (перпендикулярны экватору, высота ~ 1000 км) - Солнечно-синхронные (проходят экватор и каждую широту в одно и то же местное солнечное время каждый день) - Наклонная орбита В условиях ограниченной плотности сети локальных наблюдений над океанами, и необходимости получения глобальной информации о состоянии океана и атмосферы с высокой периодичностью и пространственным разрешением, измерения дистанционными методами становятся регулярным и часто важнейшим видом наблюдений.

Единая система информации о Мировом океане (ЕСИМО) Разрабатывается в рамках Федеральной целевой программы «Мировой океан» утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации в 1998 году. В круг основных задач подпрограммы входит: создание новых средств наблюдений за состоянием МО; информационная поддержка навигации; разработка и практическое использование информационных технологий мониторинга состояния природных и антропогенных процессов в МО, а также средств оповещения об опасных явлениях. Перспективная российская спутниковая система

Влияние атмосферы регистрируемое излучение 1) Облачность (проходят лишь радио волны 2 см и более) 2) Рефракция (искривление лучей) 3) Ослабление лучей (закон Бугера-Ламберта, появление коэффи-циента прозрачности атмосферы) 4) Поглощение лучей (водяным паром, озоном, углекислым газом, метаном) 5) Рассеяние лучей (зависит от длины волны и замутненности атмосферы) Спектральная прозрачность атмосферы

Исследование океана в видимом диапазоне Пассивная съемка В основе лежит анализ отраженного солнечного излучения оптического диапазона. Падающее солнечное излучение частично отражается водной поверхностью, верхним слоем моря, взвешенными в нем веществами и дном. Приборы: Фотографические аппараты Телевизионные системы + высокое разрешение, геометрическая определенность Спектрометры снимков, объективность и однозначность получаемых сведений - зависимость от метеоусловий и смены дня-ночи, сложность обработки снимка и его доставки, ограниченность площади. Применение: - Определение элементов волн с помощью аэрофотосъемки (определение бликующих участков); - Стереофотосъемка волнения (расчет превышения одной точки над другой); - Определение характеристик ледяного покрова с помощью аэрофотосъемки (процент торосов и их высота, сплоченности, сжатий, полосы разводий, каналов и трещин); - Космическая съемка ЛП (более крупномасштабные перемещения льда и изменчивости форм и границ ЛП); - Измерение глубины моря на мелководье; - Определение цвета моря(концентраций взвешенного вещества, хлорофилла), цветении и прозрачности вод;

Активная съемка Регистрация эхо-сигнала. Эхо-сигнал – это оптическое излучение, сформировавшееся в Лидар результате воздействия морской среды на лазерный оптический импульс. Применение: - Содержания растворенных органических веществ и нефтепродуктов, коэффициента ослабления света; - Распределение глубин моря (батиметрия, Зависит от прозрачности воды, мощности излучения сигнала, фоновой засветки); - Характеристики волн и спектральные характеристики волнения (два вида измерений импульсная локация (в основе лежат измерения между зондирующими и отраженными импульсами, форма и длительность сигналов, второй – лазерная профилометрия; - Форма верхней границы ледяного покрова (лазерная спутниковая альтиметрия - исследование процессов торошения) 1 излучатель 2 фильтр 3 оптическая система 4 фильтр 5 усилитель 6 индикатор

Исследование океана в ИК диапазоне В основе дистанционного метода измерения температуры по их излучению лежат законы излучения. (Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучают электромагнитную энергию, а ее количество зависит от температуры объекта) + высокое разрешение, распознание Они обычно характеризуются: Спектральной плотностью излучения Спектральной яркостью излучения Интегральной яркостью и плотностью. В качестве характеристики нагретых тел введено понятие абсолютно черное тело, т. е. идеального излучателя (поглощает все падающее на него излучение независимо от спектрального состава) Закон распределения излучения Функция Планка: объектов невидимых в оптическом диапазоне, активна при ночной видимости - зависимость от прозрачности атмосферы, исследование только тепловых характеристик, охват только тонкого поверхностного слоя

Исследование океана в ИК диапазоне ИК радиометр приемник излучения, фильтр, оптическая схема, модулятор, модель абсолютно черного тела, сканирующее устройство, индикатор и усилитель. Три типа: тепловые, фотоэлектронные, приборы с зарядовой связью (ПЗС) Применение: - Съемка температуры поверхности моря (позволяют получить информацию о глобальном распределении температуры, определение фронтов, областей аппвеллинга, крупномасштабные течения, производится регистрация яркости принимаемого излучения, оценивается влияние атмосферы; - Съемка характеристик ледяного покрова (из-за пониженной температуры льда производится съемка распределения льда в море, однако данный вид съемки редко используется из-за сложности выявления на ИК-снимках ледового покрова)

Исследование океана в микроволновом Пассивная съемка Основными источниками регистрируемого микроволнового излучения являются собственное излучение земли и атмосферы. В основе как и Ик методах лежит использование спектральной плотности излучения морской поверхности от ее температуры. диапазоне + независимость от облачности, большой охват местности, возможность описывать практически все характеристики океана - ухудшение разрешения, сложность обработки снимка Применение: - Пространственное распределение температуры поверхности моря (производится в см диапазоне, где излучение подвержено влиянию атмосферы) - Распределение ледового покрова (в основе различие между излучательными способностями льда и воды, спектр излучения зависит от возраста льдов и особенностей их поверхности - Пространственное распределение береговой черты. Микроволновые радиометры

Активная съемка Активные микроволновые методы включают прием и анализ микроволнового излучения. Интенсивность определяется отражательными св-вами морской поверхности. Также фиксируется и интервал времени отраженного сигнала. Приборы: Альтиметры (предназначены для измерения дальности до различных объектов, с их помощью измеряется возмущение уровня, форма верхней и нижней границ ледников, их толщина) РЛС кругового обзора, РЛС бокового обзора, РЛС с синтезированной апертурой (путем запоминания серии последовательных результатов зондирования и их объединения достигается эффект использования антенны с апертурой, равной расстоянию участка полета), Скаттерометры (измеритель рассеяния) Применение: - Волнение; - Скорость приводного ветра - Толщина ледников (альтиметрия, исследование проводится благодаря анализу формы самого сигнала, который происходит с задержкой, также форма сигнала видоизменяется в различных типах льда) - Характеристики ледяного покрова;

Спутниковые методы исследования океана обладают рядом преимуществ по сравнению с морскими или авиационными средствами наблюдений. Среди них: глобальное покрытие земного шара, мгновенная съемка обширных акваторий, съемка акваторий сопредельных государств, оперативность в получении данных, возможность ежедневного повтора наблюдений, высокое пространственное разрешение (от 1 км до 60 см), получение комплексных и мультисенсорных данных, возможность организации оперативного комплексного мониторинга в любой точке Мирового океана, использование одних и тех же спутниковых данных для решения вспомогательных и дополнительных задач на суше (пожары, наводнения, опустынивание, водные ресурсы), существенно низкая стоимость спутникового мониторинга по сравнению с морскими наблюдениями. ан за вним о Спасиб ие