System obserwacji zdalnych

Prezentacja na temat: "System obserwacji zdalnych"— Zapis prezentacji:

1 System obserwacji zdalnych
Adam Krężel Instytut Oceanografii Zakład Oceanografii Fizycznej Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

2 Promieniowanie widzialne
Kolor – przez analogię do widzenia kolorowego Różnice widzenie kolorowe: trzy barwy radiometr (koloru): dowolna liczba kanałów (barw) spektralnych Modyfikacja widma przez składniki wody morskiej Fitoplankton: barwniki (pigmenty) biorące udział w procesie produkcji pierwotnej Substancje zawieszone Rozpuszczona materia organiczna (CDOM) Dno w obszarach płytkowodnych Bliska podczerwień – zróżnicowanie sygnału na lądzie – praktycznie brak sygnału z wody → łatwo można określić granicę pomiędzy morzem i lądem Wykorzystanie tylko w dzień Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

3 26 marca 2017

4 Podczerwień termalna i radiometry mikrofalowe
Pomiar naturalnego promieniowania – bezpośredni pomiar temperatury Temperatura to jeden z podstawowych parametrów stanu – jej pomiar z poziomu satelitarnego wymaga dokładnego zdefiniowania co tak naprawdę jest mierzone Podczerwień termalna – warstwa naskórkowa Zakres mikrofalowy – 50% informacja o temperaturze warstwy naskórkowej – dalsze 50% zależy od kształtu powierzchni i od stałej dielektrycznej (np. pomiar zasolenia) Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

5 Promieniowanie mikrofalowe czujniki aktywne
Informacja o kształcie (szorstkości) powierzchni morza Skaterometry (prędkość i kierunek wiatru przywodnego) Radary obrazujące (SAR) – duża rozdzielczość przestrzenna (do kilku metrów), pomiar widma falowania, fal wewnętrznych, rozlewów olejowych, wirów i frontów oceanicznych Informacja o poziomie i nachyleniu powierzchni morza altymetry Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

6 Inne formy obserwacji zdalnych oceanu
Obserwacje z poziomu samolotu Radary naziemne Niskoczęstotliwościowe 3-30 MHz Wysokoczęstotliwościowe (HF) Echosondy Sondy wielowiązkowe Sonary Radary naziemne – obserwacje pod dużym kątem, duża rozdzielczość przestrzenna Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

7 Składniki systemu obserwacji zdalnych
Problemy Opcje Platforma Typ, moc, udźwig Wielo lub jednozadaniowa Urządzenie wynoszące Dedykowane lub „przy okazji” Typ orbity Okołopolarna lub geostacjonarna; heliosynchroniczna lub nie Czujnik Typ czujnika Aktywny lub pasywny Okno spektralne VIS, IR lub mikrofale Rodzaj próbkowania Punktowe lub obrazowanie Transmisja danych Typ kodowania danych Cyfrowe lub analogowe Trasowanie (routing) danych Transmisja bezpośrednia, zapis i transmisja, transmisja pośrednia Dostępność danych Bezpośredni lub kodowany Baza naziemna Stacje odbioru danych - Przetwarzanie wstępne Kontrola jakości, kalibracja, dowiązanie geograficzne Dalsze przetwarzanie Wielkości fizyczne mierzone bezpośrednio i pochodne Walidacja Archiwizacja Dystrybucja danych Polityka udostępniania Wykorzystanie danych Interpretacja i analiza Weryfikacja względem danych in situ, Wykorzystanie w nauce Poszerzenie wiedzy o środowisku Wykorzystanie komercyjne Sprzedaż danych Wykorzystanie operacyjne Monitoring oceanu, do tworzenia prognoz Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

8 Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4
Satelity Wymagania materiałowe Brak grawitacji Odporność na przeciążenie w czasie startu Odporność na promieniowanie kosmiczne i mikrometeoryty Aktywność słoneczna (2011, 2022, 2033 …) Zmienne pole magnetyczne Ziemi Zasilanie (baterie słoneczne) Kontrola termiczna: system chłodzenia i ogrzewania Kontrola położenia: rotacja – kontrola przy pomocy manipulacji rozkładem masy wewnątrz satelity lub przez wykorzystanie ziemskiego pola magnetycznego System łączności Duża stabilność w stosunku do samolotów Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

9 Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4
Satelity Wielozadaniowość Duże i drogie (np.: Envisat – 8211 kg; 2610 5 m) Czas przygotowania do misji ~ 10 lat Jedność czasu i miejsca pomiaru różnych parametrów W przypadku awarii duże straty materialne i zakłócenie planowanego trybu obserwacji; przykłady: SeaSat, ADEOS Jednozadaniowość Małe i tanie (np.: Jason-1, masa: ~100 kg) Czas przygotowania do misji ~ 2 lata Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

10 Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4
Satelity Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

11 Baza naziemna Poziomy przetworzenia danych
Opis produktu Przykłady Surowe dane bezpośrednio z satelity w standardowej, binarnej postaci 1 Dane we współrzędnych czujnika. Kalibracja czujników na pokładzie satelity Temperatura radiacyjna. Radiacja oddolna zarejestrowana na pokładzie satelity 1.5 (1A, 1B) W wyjątkowych przypadkach dane poprawione o korekcję atmosferyczną 2 Skorygowane ze względu na wpływ atmosfery i skalibrowane parametry stanu morza; dowiązane geograficznie ale udostępniane we współrzędnych obrazu Radiacja opuszczająca powierzchnię morza, SST, koncentracja chlorofilu 3 Obrazy kompozytowe zmiennych środowiska w postaci map; Uśrednione w czasie i przestrzeni i z kilku nalotów produkty poziomu 2; określone z jednego czujnika mogą zawierać braki danych Mapy SST z danego okresu Mapy chlorofilu Mapy odchyleń poziomu morza Kierunek i prędkość wiatru Wysokość fali znacznej 4 Obrazy (mapy) w czasie i przestrzeni ; braki danych z poziomu 3 wypełnione na drodze analizy lub danych in situ . Mogą zawierać dane, z różnych czujników Analiza zmienności globalnej temperatury powierzchni morza Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

12 Schemat przetwarzania danych
Level 0 Dane surowe Punkty kontrolne na Ziemi Kalibracja na pokładzie Model kalibracji GPS Kalibracja czujnika Kalibracja przed umieszczeniem na orbicie Model orbity - efemerydy Sygnał skalibrowany Sensor attitude data Kalibracja zastępcza Dowiązanie geograficzne Level 1 Dane spektralne Lokalizacja każdego piksela Detekcja chmur Inne źródła danych o atmosferze Korekcja atmosferyczna [Level 1A] Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

13 Schemat przetwarzania danych
Sygnał elektromagnetyczny opuszczający powierzchnię morza Dane skalibrowane in situ Dodatkowe dane z innych czujników Kalibracja geofizyczna Model geofizyczny Level 2 Dowiązane dane oceanograficzne Walidacja danych Dane z kilku rejestracji jednego czujnika Kompozycja czaso-przestrzenna Level 3 Dane globalne w regularnej siatce Modele Dane level 3 z różnych czujników Analizy Zastosowania naukowe i operacyjne Dane in situ Analizowane globalne dane w regularnej siatce Level 4 26 marca 2017

14 Bazy danych i ich udostępnianie
Postęp w nośnikach i komunikacji Polityka udostępniania Wolny dostęp – NASA Częściowe ograniczenia – ESA, NASDA Pełna komercja (wyjątki: nauka, przesunięcie czasowe) Zróżnicowanie cen W zależności od odbiorcy Rewolucja internetowa Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

15 Skala zjawisk oceanicznych
Zmienność Czas życia Skala przestrzenna czasowa przestrzenna Procesy dynamiczne Wiry oceaniczne 1 rok 500 km 100 lat 5000 km Prądy równikowe 10 dni 50 km 10 lat 3000 km Prądy zachodnich brzegów oceanu 2 dni 10 km 2000 km Oceaniczne wiry mezoskalowe 5 dni 1000 km Fronty oceaniczne 2 km Fronty krawędzi szelfu Cyrkulacja mórz szelfowych 1 dzień 6 mies. Prądy pływowe mórz szelfowych 1 km Rozlewy rzeczne 3 godz. 500 m 1 mies. 100 km Cyrkulacja estuariowa 2 godz. 50 m Dynamika mikrowarstwy powierzchniowej 10 s 1 mm 1 godz. Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

16 Skala zjawisk oceanicznych
Zmienność Czas życia Skala przestrzenna czasowa przestrzenna Procesy biologiczne Zakwity fitoplanktonu w otwartym oceanie 2 dni 1 km 3 mies. 1000 km Zakwity fitoplanktonu w wodach przybrzeżnych 6 godz. 200 m 1 mies. 200 km Procesy generowane siłami zewnętrznymi Procesy sezonowe 50 km 5 lat 10000 km Zjawiska monsunowe 1 tydzień 10 km 8000 km Termoklina dobowa - ocean 1 godz. 5 km 5 dni Termoklina dobowa - szelf 2 km Pływy oceaniczne 1 rok Pływy mórz szelfowych 2 godz. Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

17 Skala zjawisk oceanicznych
Zmienność Czas życia Skala przestrzenna czasowa przestrzenna Fale bieżące (propagating waves) Równikowe fale Kelvina 1 dzień 25 km 1 rok 5000 km Fale Rossby’ego 10 dni 10 lat Pływy wewnętrzne 3 godz. 10 km 3 mies. 1000 km Fale wewnętrzne 5 min 100 m 15 dni Rozkołys (swell waves) 10 s 10000 km Fale brzegowe 5 s 50 m 200 km Procesy antropogeniczne Zrzuty ścieków 1 godz. 20 m 1 mies. 100 km Rozlewy olejowe 2 godz. 500 km Procesy plażowe 5 dni 5 m Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

18 Skala zjawisk oceanicznych
Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

19 Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4
Skala przestrzenna zjawisk – od 1 mm do 1000 km Skala czasowa – od 1 s do lat Przykłady: Wiry oceaniczne: próbkowanie co najmniej 1 raz w miesiącu na stacjach co 500 km Prąd Zatokowy: co najmniej 1 raz dziennie na stacjach co 10 km Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017

20 Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4
Format danych Typ pliku Rozszerzenie Bitów/piksel kompresja Inne informacje Prosty, binarny dat, bin, out niezdefiniowane brak Bitmapa bmp 8, 16, 24 Najprostszy format dla Microsoft Windows Graphic interchange format gif 8 ~50% Bez straty informacji (loss-less) Tagged image file format tiff lub tif do 10% Bez straty informacji Portable network graphics png do 35% Postulowany zamiast gif i tif Joint picture expert group jpg lub jpeg Zmienne; mniej niż w oryginale do 97% Duża utrata informacji; tworzy obraz dostosowany do właściwości ludzkiego oka Hierarchical data format hdf Elastyczne sposoby zapisu mogące zawierać w jednym pliku wiele obrazów oraz pełny opis informacji o rodzaju , charakterze, sposobie zapisu informacji i samą informację Network common data format cdf Zastosowanie technik satelitarnych …, wykład 4 26 marca 2017