Главная | География | Часовой пояс | Климатические условия | Название и истоки | Смоленское княжество |

Смоленск - история, общество, экономика
Новости

Экономика

Политика

Даты

История

Общество

Личности

Культура

Производство

Смоленск - город России

Обширная информация о городе

Сегодня 21.11.2018 г.

Параграфы раздела

Статистика ресурса


Радиотепловое излучение Земли и глобальный мониторинг

Радиотепловое излучение Земли и глобальный мониторинг

Ю. В. Обухов, М.Т. Смирнов

Мониторинг и изучение глобальных процессов в Мировом океане и атмосфере стремительно превращаются в крупную самостоятельную ветвь познания, которая интегрирует возможности физико-математических методов и современной техники с представлениями и моделями наук о Земле. Все более важным источником информации здесь становятся дистанционные аэрокосмические наблюдения в различных областях спектра: оптическом, инфракрасном, сверхвысокочастотном. Радиометрия в последнем из названных диапазонов использовалась для зондирования геофизических полей со многих спутников, в том числе советских (серии «Космос», «Метеор», «Интеркосмос»), американских («Сисат» и серия «Нимбус»), индийского («Бхаскара») и др.

Данный вид мониторинга основан на измерении собственного теплового излучения системы «атмосфера — подстилающая поверхность» и, стало быть, независим от солнечного освещения и метеоусловий. Параметры принимаемых сигналов определяются многими факторами. Прежде всего существенно различна излучательная способность суши, ледового покрова, моря. На спектр сигналов оказывают сильное влияние температуры земной поверхности и атмосферы, концентрация паров воды в ней, облачность, осадки, ветры над океанскими просторами и т. д. Поляризация радиоизлучения, т. е. преимущественная ориентация электрической составляющей электромагнитного поля, дает сведения о характере и степени шероховатости подстилающей поверхности. Например, при измерениях над лесными массивами поляризация практически отсутствует, а над водной гладью она максимальна.

Принимая, таким образом, сформированные собственные радиосигналы планеты как целостной системы на спутнике и опираясь на экспериментальные данные о спектральных характеристиках излучения от различных объектов и теоретические модели, можно определить, что происходит на земной поверхности и в атмосфере.

Сделать это не так-то просто, ведь с орбиты регистрируется суммарное излучение от поверхности и всего столба атмосферы над ней, попадающее в поле зрения радиометра. Мало того, поскольку развертка его «луча» по долготе происходит за счет вращения Земли, а по широте — вследствие обращения спутника вокруг нее, достаточно подробная картина при таком мониторинге может быть получена лишь за довольно длительное время, в течение которого могут измениться как состояние геосферы, так и параметры спутниковой приемной системы. Учесть подобные изменения и устранить аппаратурные искажения позволяют современные средства автоматизации и математическая обработка информации на ЭВМ.

В Институте радиотехники и электроники АН СССР создана автоматизированная система для построения карт таких характеристик, как температура поверхности океана, содержание паров и капелек воды в атмосфере, возраст ледового покрова. Расчет можно выполнить для каждой географической точки, где есть данные наблюдений, но отличить вариации геофизических параметров от аппаратурных искажений и устранить последние можно лишь после анализа, выполненного на основе предварительно синтезированного изображения поля излучения для всей Земли. Подобные расчеты проведены, например, по трассовым измерениям со спутников «Интеркосмос-21» и «Космос-1500».

На рис. 1 приведено изменение сигнала радиометра с горизонтальной и вертикальной (относительно земной поверхности) поляризациями вдоль траектории движения подспутниковой точки. Полученные трассовые данные проходят экспертный контроль качества и отбраковываются. Их накопление за период порядка 10 суток дает достаточно детализированную картину (рис. 2). Гистограмма изображения, т. е. зависимость суммарного числа участков поверхности, излучающих одинаково интенсивно, от величины сигнала, имеет три характерных пика, соответствующих водной глади, ледовому покрову и суше, и потому сигналы от соответствующих областей удобно кодировать тремя основными цветами: синим, желтым и красным.

Поле зрения радиометразахватывает примерно 100 км (порядка 1° географической сетки), а расстояние между отдельными спутниковыми трассами в несколько раз больше. Приходится интерполировать данные (т. е. приближенно распространять их на неохваченные измерениями области). На рис. 3 это сделано с шагом в 1°.

Теперь нужно устранить аппаратурные искажения. Коррекция изображения проводится по априорно известным сведениям об определенных физико-географических районах. Эталоном может служить, скажем, сигнал от водной глади вблизи границы ледового покрова Антарктиды, поскольку температура воды здесь близка к нулю и практически не меняется, а влажность атмосферы мала и не оказывает заметного воздействия. В данные вносится поправка: уровень радиоизлучения на отдельных витках смещается таким образом, чтобы для всех них минимумы сигнала в районах таяния антарктических льдов привести к одной величине. Аналогично можно использовать и другие заранее известные физико-географические данные. Окончательно улучшить изображения позволяет ряд известных методов их обработки (фильтрация и пр.).

Чтобы восстановить поля геофизических параметров по радиоизлучению Земли, необходимо решить систему модельных уравнений, связывающих полученные его характеристики в различных радиометрических каналах с искомыми величинами. Дополнительно осложняет задачу то, что вклад отдельных геофизических факторов в суммарный эффект слабо различим, и здесь снова приходится привлекать информацию из других источников. Например, можно использовать атласы среднеклиматического распределения поверхностной температуры в океане и содержания воды в атмосфере, сведения о вариациях подобных параметров. В итоге удается в общем сигнале выделить долю, приходящуюся на искомую характеристику поверхности или атмосферы Земли, и получить весьма представительный результат, о чем свидетельствует, в частности, рис. 4. Видно, что среднеклиматическая и построенная по спутниковым данным картины в общем схожи. Различия в деталях связаны главным образом с неодинаковыми временными масштабами, на которых усреднялась информация в первом и втором случаях.

Все сказанное выше касается только одного из многих направлений дистанционного радиофизического зондирования, которое, в свою очередь, само является лишь одним из методов спутникового глобального мониторинга, выполняемого и в других диапазонах электромагнитных волн.


ГлавнаяНовостиЭкономикаПолитикаДатыИсторияОбществоЛичностиКультураПроизводство
© 2006 - 2010, GSI
купить аттестат за 9 класс цена.