Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Teledetekcja mikrofalowa pasywna Adam Krężel Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański.

Podobne prezentacje


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

1 Teledetekcja mikrofalowa pasywna Adam Krężel Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański

2 Podstawy fizyczne (1) Sygnał bardzo słaby ale niezakłócony przez chmury i aerozole Emisja promieniowania w zakresie mikrofalowym zależy od kształtu i właściwości dielektrycznych powierzchni Wielkość emisji opisuje prawo Plancka: 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

3 Podstawy fizyczne (2) W przypadku promieniowania mikrofalowego: hf/kT«1 exp(hf/kT) 1+hf/kT Przybliżenie Rayleigha-Jeansa 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

4 Antena mikrofalowa (1) Charakter kierunkowy Odbiór promieniowania tylko w jednej płaszczyźnie polaryzacji A e G(θ,φ) – zysk antenowy G(θ,φ) – znormalizowana, kierunkowa charakterystyka odbioru A e – efektywna powierzchnia anteny: 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

5 Antena mikrofalowa (2) Całkowita moc rejestrowana przez antenę mikrofalową w przedziale f+Δf Jeśli powierzchnia emitera położonego w kierunku (θ, ) w stosunku do anteny ma temperaturę T(θ, ) to: założono szerokość pasma Δf wystarczająco małą aby można było przyjąć pewne średnie wartości λ, T, ε i G i opuścić całkowanie po f 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

6 Antena mikrofalowa (3) Temperatura radiacyjna emitera T B (θ, )=ε( θ, )T(θ, ). Jeśli T B nie zmienia się w zależności od kierunku (θ, ) to moc rejestrowana przez antenę: W rzeczywistości T B zmienia się ze zmianą kierunku obserwacji i ostatecznie wyrażenie powyższe zapisuje się zamieniając T B przez T A, wielkość zwaną temperaturą antenową Jeśli temperatura obiektu jest stała w obrębie całej obserwowanej powierzchni wtedy T B =T A, w przeciwnym razie zależność między nimi ma postać 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

7 Atmosfera Rys. 6. Robinson (1985) 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

8 Rozdzielczość Wielkość najmniejszego obszaru, w obrębie którego powstaje sygnał rejestrowany przez antenę na pokładzie satelity (rozmiar piksela), zależy od: rozmiaru anteny (D - średnica anteny), wysokości orbity (h) długości fali radarowej (λ) Przy częstotliwości 1 Ghz (30 cm): wysokości orbity h=1000 km i średnicy anteny 6 m, otrzymamy wielkość piksela d=50 km, dla f=1.5 Ghz (19 cm), h=500 km i D=100 m wartość d wyniesie 1 km 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

9 Emisyjność (1) Prawo zachowania energii wymaga aby suma emisyjności powierzchni i reflektancji była równa 1 (ε+R=1). Czyli: Zakładając T A = 50 K otrzymamy dla lądu i morza: 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

10 Emisyjność (2) Emisyjność danego obiektu, może zależeć od wielu różnych czynników. Emisyjność powierzchni wody rośnie ze wzrostem prędkości wiatru czyli wietrzne rejony będą cieplejsze od tych, nad którymi prędkość wiatru jest mniejsza. Wartości emisyjności silnie zależą także od częstotliwości fali radarowej (rys.). W przypadku kiedy jest ona poniżej 4 GHz zależą także od zasolenia. 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

11 Temperatura i zasolenie 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

12 Zasolenie Temperatura radiacyjna powierzchni oceanu w zakresie niskich częstotliwości ( GHz) jest funkcją temperatury powierzchni morza (SST) i jego zasolenia (SSS) W przedziale zmienności PSU zależność T b (SSS) ma dla danej temperatury charakter liniowy: największa jest przy wysokich wartościach SST (0.7K/PSU przy 30°C), a mniejsza przy niskich (0.3K/PSU przy 0°C) 13 stycznia 2014 Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7 12 Ta prosta zależność jest komplikowana przez kilka czynników –falowanie wiatrowe ~0-5 K –emisję przestrzeni kosmicznej ~2-8 K –emisję atmosfery ~ K –emisję pary wodnej i wody ciekłej –rotację Faradaya przy przejściu przez jonosferę Algorytm SSS: Określenie T b powierzchni morza poprawione o efekt jonosfery Uwzględnienie szorstkości powierzchni morza Obliczenie SSS na postawie skorygowanej wartości T b

13 Zasolenie (SMOS) SMOS (ESA) Mikrofalowy, pasywny interferometr 2D (pasmo L (21 cm, 1.4 GHz) Mikrofalowy radiometr obrazujący z anteną syntetyzowaną MIRAS (Microwave Imaging Radiometer using Aperture Synthesis) Orbita 763 km heliosynchroniczna, dawn/dusk, godz. 6 czasu lokalnego, wstępująca Data startu: listopad 2009 Powtarzalność 3 dni, rozdzielczość przestrzenna 43 km Produkty: miesięczne i roczne mapy globalnego zasolenia o dokładności 0.2 PSU i rozdzielczości przestrzennej 150 km 13 stycznia SMOS - Soil Moisture and Ocean Salinity

14 13 stycznia 2014 Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7 14 Zasolenie (SMOS)

15 Zasolenie (Aquarius) 13 stycznia 2014 Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7 15 Aquarius (NASA) Mikrofalowy radiometr pasywny (pasmo L, 1.4 GHz) L-Band skaterometr pracujący na częstotliwości 1.2 GHz, o antenie rzeczywistej i 2.5-metrowej composite reflector antenna Tryb pracy: aktywny/pasywny w paśmie L, typ push-broom wykorzystujący 3-wiązkową antenę Orbita 657 km, heliosynchroniczna, dawn/dusk, godz. 6 czasu lokalnego, wstępująca Data startu : czerwiec 2011 Produkty: tygodniowe, miesięczne i roczne globalne mapy zasolenia z dokładnością 0.2 PSU i rozdzielczości przestrzennej 150 km

16 Zasolenie 13 stycznia 2014 Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7 16

17 Temperatura powierzchni morza (SST) jest określana na podstawie danych rejestrowanych w kanałąch 6 GHz i 10 GHz o polaryzacji pionowej, przy dodatkowym wykorzystaniu kanałów spektralnych: 37 GHz V i H, 23 V, 6H i 10H. Procedura obejmuje: a)korekcję kąta padania b)korekcję atmosferyczną związaną z obecnością w niej pary wodnej i wody tworzącej chmury c)poprawkę na wiatr d)identyfikację lądu e)usunięcie danych z obszarów bezpośredniego odbicia promieniowania słonecznego f)poprawkę na zasolenie g)usunięcie danych z obszarów pokrytych lodem h)konwersję do SST i)określenie średniej kroczacej SST Dokładność określenia SST ocenia się na °C w porównaniu z danym z boi pomiarowych 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

18 SMMR (SeaSat, Nimbus 7 ), SSM/I (DMSP) Algorytm do określania koncentracji lodu jednorocznego - C F i wieloletniego - C M wykorzystuje kanały i 37 GHz w obu polaryzacjach: 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

19 SSM/I - lód stycznia 2014

20 20

21 Prędkość wiatru przywodnego 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

22 SSM/I - Aktualnie: F13, F14 i F15 SSM/I (Special Sensor Microwave Imager) kanał spektralny efektywne pole widzenia [km] wzdłuż w poprzek trasy przelotu (H,V) (V) (H,V) (H,V) ) prędkość wiatru przywodnego: 3-25 m/s (2m/s) 2) koncentracja lodu morskiego: 0-100% (12%) 3) wiek lodu: jedno lub wieloletni 4) zasięg lodu: do 12.5 km 5) opady: 0-25 mm/godz (5 mm/godz) 6) wodność chmur: 0-6 kg/m 2 (0.1 kg/m 2 ) 7) woda w atmosferze: 0-6 kg/m 2 (0.1 kg/m 2 ) 8) wilgotność gleby 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

23 AMSR-E AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer) umieszczony na orbicie 4 maja 2002, na pokładzie satelity Aqua. Właścicielem radiometru jest NASDA (National Space Development Agency of Japan) Urządzenie przeznaczone jest do pomiaru następujących parametrów: –Temperatury powierzchni morza (SST), –Prędkości wiatru, –Zawartości pary wodnej w atmosferze, –Zawartości wody w chmurach, –Wielkości opadów. Podstawową zaletą AMSR-E jest zdolność do wykonywania pomiarów bez względu na obecność chmur tzn. dostarczania ciągłych informacji o polach SST i prędkości wiatru nad powierzchnią morza 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

24 AMSR-E - Daily and Time Composite Data Dane są przetwarzane do regularnej siatki zgodnie z czasem pomiaru i udostępniane z informacją o tym czasie podaną w czasie uniwersalnym (UTC), określanym też jako Greenwich Mean Time (GMT), Zulu Time (Z), Universal Time (UT) i World Time. Rozpowszechniane też są w postaci dziennych i uśrednianych w innych okresach rozkładów: –Dzienne - w siatce o rozdzielczości 0.25 stopnia w postaci dwóch map reprezentujących przeloty wstępujące i zstępujące, a w wysokich szerokościach nałożone na siebie dane –3-dniowe średnie –Tygodniowe średnie – z tygodnia kończącego się w sobotę –Miesięczne średnie – powstałe z uśrednienia wszystkich danych zarejestrowanych w miesiącu 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

25 AMSR-E - Geophysical Data Products Temperatura powierzchni morza (SST) temperatura warstwy naskórkowej o miąższości ok. 1 mm z pominięciem obszarów bezpośredniego odbicia słonecznego, deszczu, lodu i miejsc gdzie prędkość wiatru przywodnego była > 20 m/s) Prędkość wiatru przywodnego (WSPD) prędkość wiatru 10 m nad powierzchnią morza, określana na podstawie szorstkości powierzchni morza z pominięciem obszarów bezpośredniego odbicia słonecznego, deszczu i lodu morskiego Zawartość pary wodnej w atmosferze (VAPOR) całkowita zawartość pary wodnej w pionowej kolumnie atmosfery z pominięciem obszarów intensywnego deszczu Zawartość wody w chmurach (CLOUD) całkowita zawartość wody w chmurach z pominięciem chmur zbudowanych z wody w stanie stałym (śnieg i lód) Deszcz (RAIN) intensywność opadów z pominięciem tworzonych przez wodę w stanie stałym (śnieg, lód) 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

26 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

27 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

28 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

29 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

30 13 stycznia Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 7

31 AMSR-E – lód 31

32 13 stycznia

33 SatelitaInstrumentCzas działania Częstotliwość [GHz] Szerokość ścieżki [km] Rozdzielczość [km] Szerokość pasma [MHz] Czułość [K] Nimbus-7 SeaSat SMMR x95 91x59 55x41 44x30 27x DMSPSSM/I SSMIS x45 60x40 38x30 16x MOS-1MSR ERS-1 ERS-2 ATSR/M Nadir nadir 22 TRMMTMI , 19.4, 21.3, 37, ADEOS-IIAMSR x43 14x8 6x AquaAMSR-E x43 51x30 27x16 31x18 14x8 6x NPOESS (Polar orbiting Operational Satellite System) CMIS (Conical Scanning Microwave Imager/Sou nder) , 18, 37 (9 kanałów od 50 do 60 GHz, 40 kanałów 1.5 kHz wokół 60 GHz 33


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

Podobne prezentacje


Reklamy Google