Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Teledetekcja mikrofalowa aktywna skaterometria Adam Krężel Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Teledetekcja mikrofalowa aktywna skaterometria Adam Krężel Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański."— Zapis prezentacji:

1 Teledetekcja mikrofalowa aktywna skaterometria Adam Krężel Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański

2 Idea Przy małych kątach transmisji wiązki występuje silne, zazwyczaj niepożądane echo od nierówności terenu w tym także fal na powierzchni morza Wielkość tego echa zależy od prędkości wiatru Rejestracja promieniowania radarowego rozproszonego od np. sfalowanej powierzchni morza aby na podstawie takich danych określać prędkość i być może kierunek wiatru. Urządzenia rejestrujące - skaterometr (ang. scatterometer). 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

3 Idea Pojęcie skaterometrii odnosi się do pomiarów przy użyciu radaru mikrofalowego rejestrującego stosunkowo długotrwający sygnał odbity od obszaru morza o dużej powierzchni. Wielkość amplitudy tego sygnału jest traktowana jako odpowiadająca określonej "szorstkości" powierzchni i na drodze empirycznej wiązana z wiatrem lub falowaniem jako przyczynami tej szorstkości. 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

4 Rozproszenie wsteczne (w kierunku źródła) fali radarowej padającej na niegładką powierzchnię morza pod kątem większym niż 20° ma miejsce kiedy spełniony zostaje warunek Bragga: Rozpraszanie Bragga pierwszego rzędu (n=1) dla częstotliwości mikrofalowych następuje na drobnych falkach (tzw. kapilarnych) generowanych przez tarcie wiatru o powierzchnię wody (rys). Poziom rozpraszania wstecznego pochodzącego od oddalonego obiektu (powierzchni morza) określa się terminem NRCS (ang. normalized radar cross-section) lub w skrócie σ 0. Można go wyrazić w postaci: Pt i Pr - moc transmitowana i rejestrowana przez radar, Rs - odległość do powierzchnia morza A, która generuje odbicie, Ls - współczynnik osłabiania promieniowania w atmosferze, G0 - maksymalny zysk antenowy, G/G0 - względny zysk antenowy w kierunku powierzchni A. 13 stycznia Warunek Bragga

5 Analiza danych skaterometru pokazała, że σ 0 rośnie z prędkością wiatru, maleje ze wzrostem kąta padania wiązki radarowej i zależy również od kierunku padania wiązki w stosunku do kierunku wiatru. Rysunek przedstawia przebieg zmienności σ 0 w zależności od prędkości wiatru i jego kierunku w stosunku do kąta padania wiązki radarowej o częstotliwości 5.3 GHz (pasmo C), odbieranej przez antenę o polaryzacji pionowej i przy kącie padania tej wiązki równym 35° Ostatecznie zależność pomiędzy σ 0 i prędkością wiatru ustala się na drodze empirycznej. 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych Dwuznaczność (ambiguity)

6 Np. zależność pomiędzy σ 0 i prędkością wiatru dla AMI (ang. advanced microwave instrument) pracującego na pokładzie satelity europejskiego ERS-1 ma postać: gdzie: a 0, a 1, a 2, γ - współczynniki empiryczne zależne od kąta padania wiązki, φ - kąt między kierunkiem fali i kierunkiem wiązki radarowej, U 10 - prędkość wiatru 10 m nad powierzchnią morza. 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych AMI

7 SASS Obserwacje zależności charakterystyk promieniowania mikrofalowego rozpraszanego przez sfalowaną powierzchnię morza od prędkości i kierunku wiatru generującego falowanie pokazały, że najbardziej optymalne warunki pomiaru uzyskuje się przy częstotliwości ok. 14 GHz i obserwacji pod kątem ok. 40°. Zostało to wykorzystane w konstrukcji skaterometrów satelitarnych. Pierwsze tego typu urządzenie testowane było w misji SKYLAB'a w 1973 r., a zdobyte tam doświadczenia wykorzystano w urządzeniu SASS (Seasat-A Satellite Scatterometer), którego kilkudziesięciodniowe pomiary w 1978 roku z pokładu Seasat'a były do momentu uruchomienia satelity ERS-1 jedynymi tego typu 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

8 SASS SASS był urządzeniem radarowym pracującym na częstotliwości 14.6 GHz. Wyposażony był w 4 anteny emitujące promieniowanie w kształcie wachlarzowatych wiązek parami pod kątem 45° (w przód od kierunku lotu) i 135° (wstecz). Wiązka o wymiarach 0.5° na 25° umożliwiała uzyskanie echa z dwóch ścieżek o szerokości 475 km. Dodatkowo skanowana była wąska (140 km) ścieżka prostopadle pod satelitą (w nadirze). Każdy fragment morza próbkowany był dwa razy, przed satelitą (pierwsza para anten) i za nim (druga para anten). 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

9 SASS 12 filtrów dopplerowskich dzieliło sygnał docierający do każdej anteny na dwanaście części odpowiadających "komórkom" o wymiarach ok ×16-20 km. Po uwzględnieniu jeszcze szeregu nie wymienionych tutaj poprawek otrzymywano 2 "obrazy" każdej komórki w odstępie od 1 do 3 min i kątach obserwacji różniących się od siebie o 90° 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

10 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

11 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych SASS

12 ERS-1 Skaterometr pracujący na satelitach europejskich ERS-1 i ERS-2 różnił się od SASS tym, że posiadał tylko 3 anteny rejestrujące rozpraszanie Bragga tylko po jednej stronie trasy przelotu satelity. Ustawione były one pod kątem 45° w przód i w tył oraz 90° względem trasy przelotu. Umożliwiało to skanowanie pasa o 500 km szerokości, 250 km na prawo od kierunku ruchu satelity. Filtry dopplerowskie umożliwiały podział skanowanego pasa na 19 komórek o szerokości 25 km każda. 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

13 Geometria anten SASS (SEASAT)– A NSCAT (ADEOS-1) – B SeaWinds (QuikSCAT) – C SCAT (ERS 1 i 2) – D ASCAT (Metop)– E 13 stycznia

14 13 stycznia ERS-1

15 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych ERS-1

16 Metop - ASCAT ASCAT (advanced scatterometer) na satelicie Metop (umieszczony na orbicie w październiku 2006 r.) – następca skaterometrów pracujących na pokładzie satelitów ERS-1 i ERS-2 ASCAT – radar o antenie rzeczywistej pracujący w paśmie C (5.255 Ghz ~5 cm) o wysokiej rozdzielczości i stabilności. Kierunek wiązek radarowych, częstotliwość i polaryzacja (VV) są identyczne jak w przypadku ERSów. Rozdzielczość przestrzenna (25 km) jest także taka sama jednak prędkość i kierunek wiatru będą mogły być określane w siatce co 12.5 km. ASCAT posiada antenę mikrofalową dedykowaną dla siebie, a nie dzieloną z SARem jak to było w przypadku ERSów i podwójną ścieżkę skanowania o szerokości 550 km co daje pokrycie niemal trzykrotnie większe niż w przypadku ERSów. Podwójna ścieżka jest skanowana przez 6 anten, po trzy z każdej strony. W celu poprawienia możliwości określania kierunku wiatru kąty spojrzenia anten zwiększono w przypadku środkowych z 25° do 54.5°, a pozostałych z 33.7° do 65.3°. Umożliwia uzyskanie w trybie operacyjnym informacji o prędkości wiatru w przedziale 4-24 m/s z dokładnością do 2 m/s i kierunku wiatru z dokładnością do 20° przy rozdzielczości 50 km. 13 stycznia

17 ADEOS - NSCAT Podobne urządzenie – NSCAT konstrukcji amerykańskiej zostało umieszczone na japońskim satelicie ADEOS i rozpoczęło pracę w sierpniu 1996 r. Umożliwiało pomiar prędkości wiatru w przedziale m/s z dokładnością do 2 m/s i dokładnością określania kierunku wiatru 20°. Szerokość ścieżki 1800 km pozwalała na skanowanie 90% powierzchni Ziemi w ciągu doby z rozdzielczością 50 km (wektor wiatru co 50 km). Anteny i baterie słoneczne miały imponujące rozmiary: odpowiednio 11 i 29 m. Przez 9 miesięcy NSCAT produkował wektorów wiatru przywodnego w ciągu doby. Przetwarzanie informacji od surowego sygnału trwało ok. 2 tygodnie. Niestety, na skutek awarii zasilania ADEOS zaprzestał pracy w maju Podobny los spotkał skaterometr na satelicie ADEOS 2 (z wirującą anteną) pracujący w paśmie Ku GHz Dane uzyskiwane dzięki NSCATom okazały się na tyle interesujące, że po ich awarii w trybie wyjątkowym uruchomiono kolejną misję skaterometryczną już w 1999 r. 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

18 QuikSCAT r. został umieszczony na orbicie heliosynchronicznej (wys. 803 km, nachylenie 98.6°) satelita amerykański QuikSCAT ze skaterometrem na pokładzie o parametrach bardzo zbliżonych do NSCATa Przy dwukrotnie lepszej rozdzielczości (25 km) QuikSCAT produkuje ok wektorów wiatru na dobę. Dane te są udostępniane w trybie operacyjnym w ciągu 3 godzin po zarejestrowaniu 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

19 QuikSCAT - pomiary Ścieżka o szerokości 1800 km zapewnia dziennie 90% pokrycia oceanu światowego Prędkość wiatru mierzona jest w zakresie od 3 do 20 m/s, z dokładnością 2 m/s; kierunek wiatru – z dokładnością 2º Rozdzielczość przestrzenna – 25 kilometrów 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

20 Oceansat 2 Oceansat-2 – satelita indyjski dedykowany do monitorowania koloru morza i wiatru przywodnego. Wyposażony w Ocean Colour Monitor (OCM) oraz skaterometr. Podstawowym zadaniem jest monitorowanie prędkości i kierunku wiatru obserwacje koncentracji chlorofilu, zakwitów fitoplanktonu i zawiesiny, a także aerozoli atmosferycznych. [1] [1] 13 stycznia 2014 Zastosowanie technik satelitarnych 20 OperatorIndian Space Research Organisation BusIRS MisjaOceanografia Data wystrzelenia23 Wrzesień 2009 Carrier rocketPSLV-C14 Launch siteSatish Dhawan Space Centre COSPAR IDOCEANS2 Masa960 kg (2,100 lb) Elementy orbity OrbitaKołowa - heliosynchroniczna Nachylenie o Wysokość720 km (450 mi) Okres99.31 min.

21 Pokrycie kuli ziemskiej siecią stacji pomiaru kierunku i prędkości wiatru Pole wiatru 13 stycznia

22 Pole wiatru - QuikSCAT Satelita QuikScat: aktualizacja 2 razy na dobę 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

23 Pole wiatru - QuikSCAT 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

24 Pole wiatru Oceansat-2 Winds 24

25 13 stycznia Pole wiatru METOP A i B - ASCAT

26 OSI SAF ASCAT-B Coastal descending 13 stycznia

27 13 stycznia

28 Pole wiatru Tajfun Ivan 13 stycznia

29 13 stycznia

30 13 stycznia

31 Pole wiatru Prognozowanie pogody Monitoring sztormów –identyfikacja, kierunek rozwoju, struktura i siła w samych tylko Stanach Zjednoczonych sztormy w XX wieku spowodowały śmierć blisko osób Wspomaganie wyboru tras statków handlowych Wspomaganie rozwoju przemysłu naftowego Minimalizacja efektów rozlewów olejowych Produkcja żywności –np. zbiory krewetek u wybrzeży Zatoki Meksykańskiej silnie zależą od siły i kierunku wiatru w strefie brzegowej 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych

32 Zjawiska lodowe 13 stycznia

33 13 stycznia

34 13 stycznia

35 13 stycznia Dryf lodu morskiego DaneAMSR-E (37 GHz, EOS-Aqua), SSM/I (85 GHz, DMSP F15), ASCAT (Metop-A)

36 13 stycznia Wykorzystane dane: SSM/I (DMSP F15), ASCAT (Metop-A), ECMWF do korekcji atmosferycznej Rodzaj lodu

37 13 stycznia 2014 Zastosowanie technik satelitarnych 37 SASS (Seasat-A) ESCAT (ERS-1/2) NSCAT (ADEOS-I) Seawinds (QuikSCAT/ADEOS- II) Okres działaniaLipiec - wrzesień 1978Styczeń Wrzesień 2011 Wrzesień 1996 – Czerwiec 1997 Lipiec Listopad 2009 Częstotliwość14.6 GHz (Ku band)5.3 GHz (C band)14.0 GHz (Ku band)13.4 GHz (Ku band) Orientacja anteny4 stałe3 stałe6 stałychObrotowy dysk o średnicy 1 m PolaryzacjaV-H, V-HTylko VV, V-H, VV-Outer/H-inner Rozdzielczość50/100 km25/50 km 25 x 6 km Szerokość ścieżki750 km500 km600 km1400 km/1800 km Kąt obserwacji0 - 70° ° ° ° Orbita wysokość nachylenie heliosynchroniczna 810 km 106° heliosynchroniczna 780 km 98.52° heliosynchroniczna 805 km 98.7° heliosynchroniczna 803 km 98.6° Pokrycie w ciągu dobyZmienne< 41%78%92% Skaterometry satelitarne


Pobierz ppt "Teledetekcja mikrofalowa aktywna skaterometria Adam Krężel Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański."

Podobne prezentacje


Reklamy Google