< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Дистанційне зондування опадів

Допплерівський лідар

Принцип дії лідара наведено у розділі 4.4.3. При опромінюванні дощових краплин або сніжинок, що рухаються зі швидкістю, світлом певної довжини хвилі відбувається розсіювання світла, причому частота (довжина хвилі) розсіяного світла залежить від швидкості руху об'єкта. В основі такої зміни частоти лежить ефект Допплера

У реальній ситуації дистанційного зондування об'єктів навколишнього середовища допплерівський лідар опромінює ансамбль частинок, що рухаються з різною швидкістю. Для оцінювання сигналу, що реєструється приймачем допплерівського лідара, зручно користуватися поняттям допплерівський спектр [Посудін, 2000]:

(8.3)

де відповідає потужності випромінювання в інтервалі частот від до . З урахуванням зв'язку між і швидкістю руху краплини υοη останнє рівняння можна переписати як:

(8.4)

На рис. 8.14 наведено типовий допплерівський спектр та його основні параметри, а також вплив факторів навколишнього середовища (дощу і снігу) на характер цього спектра.

Типові допплерівські спектри

Рис. 8.14. Типові допплерівські спектри: а. Параметри допплерівського спектра: – середній рівень шуму; – потужність сигналу;– спектральна напівширина; – середній допплерівський зсув; – спектральна густина потужності; б. Допплерівські спектри, отримані для краплин дощу; в. Допплерівські спектри, отримані для снігопаду [Посудін, 20001.

Допплерівський радіолокатор

Серед засобів дистанційного зондування параметрів опадів слід відзначити допплерівський радіолокатор або радар (з англ. RADARRAdio detection And hanging), який дозволяє оцінити швидкість руху дощових краплин, або поляриметричний допплерівській локатор; останній генерує радіочастотні імпульси, які мають горизонтальну та вертикальну поляризацію (рис. 8.15).

Принцип дії поляриметричного радіолокатора

Рис. 8.15. Принцип дії поляриметричного радіолокатора

Імпульси з горизонтальною площею поляризації надають інформацію щодо горизонтальних розмірів хмар (краплини води та кристали льоду) та опадів (дощові краплини, частинки снігу або льоду, град), тоді як з вертикальною площею поляризації визначають вертикальні розміри частинок хмар або опадів. Оскільки відбиті від цих частинок радіочастотні імпульси складним чином залежать від розмірів, форми та густини частинок, можна одержати інформацію щодо швидкості поширення частинок, їх густини, локалізації тощо.

Перевагами поляриметричного радара є висока просторова та часова роздільна здатність; спостереження проводяться у реальному часі. Недоліком можна вважати необхідність калібрування сигналів.

Супутники

Застосування супутників дає можливість здійснювати аналіз та прогнозування опадів. З цією метою використовують супутники, що рухаються на геостаціонарних орбітах, тобто по колу над екватором. До них належать GOES-8, GOES-10, GMS-5, Metsat-6, та Metsat-7, або низькоорбітальні супутники, такі як TRMM, NOAA-15, -16, -17, DMSP F13, F14, F15.

Слід відзначити супутник Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) спільного виробництва США та Японії, призначений для моніторингу опадів у тропіках.

Цей супутник обладнаний радіолокатором для детектування опадів, який надає інформацію щодо інтенсивності та типу опадів, масштабів штормів, висоти, на якій відбувається перехід від снігу до дощу; системою побудови зображень, що дозволяє оцінювати кількість водяної пари в атмосфері та хмарах, інтенсивність опадів в атмосфері; радіометром видимої та інфрачервоної області, який застосовується для вимірювання яскравості та температури віддалених об'єктів; сенсором блискавок та хмар, який дає можливість попередити про початок або спадання грозових штормів; системою реєстрації випромінювань земної поверхні та хмар. Така супутникова система дає можливість аналізувати глобальні опади протягом року, надавати візуальні зображення опадів із космосу та застосовувати отримані дані для побудови кліматичних моделей.

Роздільна здатність TRMM на земній поверхні становить близько 5 км; ширина смуги сканування дорівнює 247 км. Супутник дає можливість оцінювати вертикальний профіль дощу чи снігопаду на висотах до 20 км та визначати інтенсивність слабких дощів до 0,7 мм/год.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >