Калинин Н.А., Толмачёва Н.И. Космические методы исследований в метеорологии

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 3.12. Прибор HRV, диапазон 3, 26 августа 1996 г.

Рис. 3.13. Прибор HRV, 26 августа 1996 г. Изображение, полученное при

синтезе изображений рис. 3.10–3.12 с помощью модуля ГИС IDRISI

3.4.3. Прибор МСУ-Э (спутник Ресурс-01)

Приблизительно по той же схеме, что и прибор HRV устроен

сканер высокого разрешения МСУ-Э российского природоресурсного

спутника Ресурс-01. Первый спутник этой серии (спутник Космос-

1939) был запущен в середине 80-х гг. В конце 90-х гг. основная ин-

формация поступала со спутника Ресурс-01 № 3, запущенного 4 нояб-

ря 1994 г. на высоту 678 км. Основные технические характеристики

прибора МСУ-Э приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Основные технические характеристики МСУ-Э

Спектральные диапазоны МСУ-

Размерность

I 0,50–0,59 мкм

II 0,61–0,69 мкм

III 0,81–0,90 мкм

Ширина полосы обзора в надире 45 км

Разрешение на местности в надире

34×45 м

Рис. 3.14. Фрагмент снимка от 13 мая 1989 г. со спутника Космос-1939

(канал 3) по профилю AA. Район пос.Токсово, Ленинградская обл.:

1– оз. Кавголовское, 2– оз. Курголовское., 3–оз. Хеппо-Ярви.

Пример обработанных данных, полученных с помощью прибо-

ра МСУ-Э, представлен на рис. 3.14.

3.4.4. Прибор GOME (спутник ERS-2)

Спутник ERS-2 (European Remote Sensing-2) запущен в апреле

1995 г., высота — 795 км. Прибор GOME (Global Ozone Monitoring

Experiment), размещенный на этом спутнике, предназначен для иссле-

дования озона и некоторых других газов в стратосфере Земли.

В середине 80-х гг. над Антарктидой были зарегистрированы

резкие уменьшения концентрации озона. Слой озона (O

) расположен

на высоте между 15 и 35 км над поверхностью Земли и играет важную

роль по поглощению вредного ультрафиолетового излучения. Явление

уменьшения концентрации озона получило название «озоновые дыры»

и стало предметом постоянного внимания как ученых, так и общест-

венности. Были предприняты усилия по ограничению производства

галогенуглеродов, которые достаточно широко использовались в про-

мышленности и которые, попадая в стратосферу, могли стать катали-

заторами распада озона.

Прибор GOME имеет следующее характеристики (табл. 3.8).

Таблица 3.8

Основные технические характеристики спектрометра GOME

Параметры Размерность

Спектральный диапазон 0,24 – 0,79 мкм (240–790 нм)

Спектральное разрешение 0,2 – 0,4 нм

Спектральные зоны

I 0,24 – 0,29 мкм

II 0,29 – 0,40 мкм

III 0,40 – 0,60 мкм

IV 0,59 – 0,79 мкм

Ширина полосы обзора: 960 км

Разрешение на местности в надире

320×40 км

Измеряемые газы O

, NO

, H

0, SO

, ClO, BrO и др.

Прибор GOME является спектрометром, который предназначен

для спектральных измерений в диапазоне от 240 до 793 нм, т.е. в ульт-

рафиолетовом и видимом диапазонах электромагнитного спектра со

спектральным разрешением 0,2–0,4 нм.

Рис. 3.15. Содержание озона в стратосфере южного полушария

28–29 августа 1999 г.

Такое высокое разрешение обеспечивается тем, что спектро-

метр GOME является двойным монохроматором. На первом этапе из-

лучение разлагается в спектр с помощью кварцевой линзы на четыре

спектральные диапазона 240–295 нм, 290–405 нм, 400–605 нм и 590–

790 нм. Дальнейшее разложение излучения в спектр осуществляется с

помощью дифракционных решеток. Пространственное разрешение

спектрометра GOME — 320×40 км. Пример обработанных данных,

полученных с помощью прибора GOME, представлен на рис. 3.15.

3.4.5. Прибор AVHRR (спутники NOAA)

Спутники NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administ-

ration, USA) используются с начала 70-х гг. на высоте приблизительно

800 км (первым спутником этой серии был спутник TIROS-M, запу-

щенный 23 января 1970 г.). На спутниках серии NOAA установлены

приборы AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), обеспе-

чивающие непрерывные ряды наблюдений в видимом и инфракрасном

диапазонах спектра. Основные технические характеристики прибора

AVHRR приведены в табл. 3.9.

Таблица 3.9

Основные технические характеристики сенсора AVHRR

Спектральные каналы NOAA-6, 8, 10 NOAA-7, 9, 11, 12, 14

1 0,58 – 0,68 мкм 0,58 – 0,68 мкм

2 0,725 – 1,00 мкм 0,725 – 1,00 мкм

3 3.55 – 3.93 мкм 3,55 – 3,93 мкм

4 10.50 – 11.50 мкм 10,3 – 11,3 мкм

5 11,5 – 12,5 мкм

Ширина полосы обзора 2800 км 2800 км

Разрешение на местности

1,1×1,1 км 1,1×1,1 км

Прибор AVHRR является типичным сканером, таким же, как

описанный выше прибор MSS. Отличительной особенностью прибора

AVHRR является возможность принимать сигнал в окне прозрачности

атмосферы 10–12 мкм. Это позволяет оценивать температуру поверх-

ности моря (sea surface temperature). Одновременно прибор позволяет

принимать сигнал в видимой и в ближней инфракрасной областях

спектра при составлении полного изображения поверхности Земли за

одни сутки. Это, при достаточно длинном ряде наблюдений, делает его

незаменимым при оценке текущих изменений растительности планеты

(vegetation indices).

Рис. 3.16. Альбедо подстилающей поверхности по данным второго канала

AVHRR. Большое облако над Финским заливом

Рис. 3.17. Яркостная температура по данным пятого канала AVHRR.

Большое облако над Финским заливом

Рис. 3.18. Данные SMMR за один день, 2 сентября 1979 г.

3.4.6. Микроволновые радиометры SMMR и SSM/I

Прибор AVHRR имеет не очень хорошее пространственное раз-

решение порядка 1 км, но достаточно широкую полосу обзора — 2800

км. Примеры изображений, полученных при обработке данных прибо-

ра AVHRR, представлены на рис. 3.16–3.17.

Микроволновые радиометры — это пассивные приборы, при-

нимающие излучение Земли в окне прозрачности атмосферы прибли-

зительно от 1 до 200 ГГц (3 м до 1,5 мм).

Прибор SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer)

был запущен в 1978 г. на спутнике Nimbus-7 (США) и работал по ав-

густ 1987. Прибор принимал излучение на 5 частотах — 6,63; 10,69;

18,0; 21,0 до 37,0 ГГц (на каждой частоте принималась и горизонталь-

ная, и вертикальная поляризации).

Рис. 3.19. Средняя концентрация льда

в Северном ледовитом океане в августе 1979 г.

Прибор SSM\I (Special Sensor Microwave/ Imager) размещается

на спутниках F8, F10, F11, F12, F13 и F14 серии DMSP (Defense Mete-

orological Satellite Program), принимает излучение на 4 частотах —

19,35; 37,0; 85,5 ГГц (горизонтальная и вертикальная поляризации) и

22,235 ГГц (только вертикальная поляризация).

Высота полета спутников — около 850 км, полоса захвата —

1400 км. Пространственное разрешение 25×25 км. Сигнал имеет 128

градаций. Данные микроволновых радиометров SMMR и SSM/I рас-

пространяются Нацианальным центром по снегу и льду США (National

Snow and Ice Data Center, NSIDC) и используются главным образом

для изучения динамики изменения ледового и снежного покрова на

планете. Результаты обработки данных прибора SMMR показаны на

рис. 3.18 и 3.19.

3.4.7. Прибор SAR (спутники ERS-1/2)

Приборы SAR (Synthetic Aperture Radar) размещаются на спут-

никах ERS (European Remote Sensing Satellite), которые летают на вы-

соте около 780 км. Спутник ERS-1 был запущен в июле 1991 г., ERS-2

— в апреле 1995 г. В отличие от пассивных приборов дистанционного

Рис. 3.20. Основные технические характеристики ERS-SAR

зондирования, обсуждавшихся в предыдущих разделах данной главы,

SAR является радиолокатором бокового обзора с синтезированной

апертурой и обеспечивает активное дистанционное зондирование по-

верхности Земли. Основные характеристики прибора ERS-SAR пред-

ставлены в табл. 3.10 и на рис. 3.20.

Таблица 3.10

Основные технические характеристики ERS-SAR

Параметры Размерность

Частота 5,3 ГГц (длина волны 5,66 см)

Размер антенны

10 × 1 м

Угол зрения

23°

Поляризация Вертикальная

Разрешение на местности

30 × 30 м

Ширина полосы обзора 100 км

Рис. 3.21. Схема работы радиолокатора

Рассмотрим, как работает радиолокатор бокового обзора с син-

тезированной апертурой. Схема работы радиолокатора (в английском

100

языке используется слово RADAR, которое является сокращением от

Radio Detection and Ranging) представлена на рис. 3.21.

Рис. 3.22. Схема работы радара с синтезированной апертурой

Антенна радара поочередно передает и принимает короткие им-

пульсы электромагнитного излучения — 1500 импульсов в секунду

длительностью около 10–15 микросекунд. Для импульса характерна

узкая полоса частот (меньшая, чем полоса частот приемной системы

радара) в сантиметровом диапазоне, где влияние атмосферы, в том

числе и облачности, минимально. Импульс (рис. 3.21 a) отражается от

подстилающей поверхности в соответствии с индикатрисой рассеяния,

характерной для каждого типа поверхности. При этом меняется не

только амплитуда импульса, но и диапазон его частот и поляризация.

Наибольшую амплитуду имеет излучение, рассеянное в «зеркальном»

направлении, когда углы падения и отражения равны. Но характери-

стики рассеяния в этом направлении очень близки для всех типов под-

стилающей поверхности и не позволяют уверенно отличать один тип

101