XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Сегодня специализированные спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) являются основным средством глобального наблюдения. Среди приборов, установленных на борту этих спутников, микроволновые радиометры играют важную роль в мониторинге океанов и атмосферы. Это связано с тем, что яркостная температура подстилающей поверхности служит большим источником информации, поскольку зависит от её физической температуры и излучательной способности, определяемой диэлектрическими свойствами и геометрией поверхности. В то же время в микроволновом диапазоне характеристики пропускания атмосферы меняются весьма значительно, в зависимости от частоты, от малой степени затухания в так называемых «окнах прозрачности» до практически полного поглощения в линиях таких атмосферных составляющих, как кислород и водяной пар. Достоинством микроволновой радиометрии является её использование для зондирования подстилающей поверхности и получения важнейшей информации об атмосфере независимо от наличия облачности и внешнего подсвета, что выгодно отличает её от аппаратуры видимого и инфракрасного диапазона [1].

Усовершенствованный микроволновый сканирующий радиометр AMSR2

Усовершенствованный микроволновый сканирующий радиометр AMSR2 (Advanced Microwave Scanning Radiometer 2), являющийся основным инструментом Японского спутника GCOM-W1 (Global Change Observation Mission 1st–Water), предназначен для измерения параметров окружающей среды, требуемых для изучения круговорота воды в природе.

AMSR2 принимает излучение на 7 частотах ν = 6,9, 7,3, 18,7, 23,8, 36,5 и 89,0 ГГц на вертикальной (в) и горизонтальной (г) поляризациях и позволяет оценивать важнейшие характеристики энергетического и гидрологического циклов Земли, включая паросодержание атмосферы V, водозапас облаков Q, интенсивность осадков, скорость приводного ветра W, температуру поверхности океана (ТПО), параметры ледяного и снежного покрова и растительности. Антенна AMSR2 вращается со скоростью 40 оборотов в минуту и принимает излучение Земли под постоянным углом визирования 55⁰ в полосе обзора шириной 1450 км (эффективная полоса 1600 км). Антенна диаметром 2 м обеспечивает получение данных с разрешением от 35 × 62 км на ν = 6,9 ГГц до 3 × 5 км на ν = 89,0 ГГц [2].

Исследование аномалий яркостной температуры по спутниковым снимкам микроволнового радиометра AMSR2

Спутниковая информация с микроволнового радиометра AMSR2 доступна в открытом доступе в сети Интернет (https://www.eorc.jaxa.jp/AMSR/viewer/index_j.html). В рамках поиска и последующего анализа спутниковых снимков была обнаружена зона повышенной яркостной температуры на территории, которая в свою очередь вызывает интерес в настоящий период времени.

Рис. 1. Спутниковый снимок с ASMR2 за 20 декабря 2022 года.

На рис. 1 представлен спутниковый снимок с радиометра ASMR2, отражающий информацию о яркостной температуре на частоте 6,9 ГГц горизонтальной поляризации. Как видно по снимку, севернее Азовского моря наблюдается повышенная яркостная температура около 300K. Так как на данной территории в настоящее время проводится СВО (Специальная военная операция), для исследования этой аномалии были получены спутниковые снимки в ключевые даты - 23 и 24 февраля 2022 года (рис. 2).

.

Рис. 2. Спутниковые снимки с ASMR2 за 23 (слева) и 24 (справа) февраля 2022 года.

Сравнив приведённые выше снимки, можно сделать вывод, что аномалия с повышенной яркостной температурой на данной территории появилась ровно в тот же день, когда началась СВО – 24 февраля 2022 г.

Для анализа яркостной температуры был построен график изменения яркостной температуры со временем (рис. 4) в точке на территории аномалии (50,6 с.ш. 38,4 в.д.), обозначенной красной на рис. 3.

Рис. 3. Спутниковый снимок с ASMR2 за 24 февраля 2022 года с выбранной точкой для построения графика.

Рис. 4. График изменения яркостной температуры на частоте 6.9 ГГц для точки с координатами 50,6 с.ш. 38,4 в.д за период с 30 января по 1 мая 2022 года.

Из графика следует, что средняя яркостная температура для данной точки равна примерно 235К, тогда как 24 февраля 2022 года она достигла 304К.

В течении периода с 24 февраля 2022 года по 1 февраля 2023 года обнаруженная зона повышенной яркостной температуры немного переместилась на юг, что можно наблюдать на рис. 5.

Рис. 5. Спутниковый снимок с ASMR2 за 1 февраля 2023 года с той же точкой с координатами 50,6 с.ш. 38,4 в.д.

Чтобы наглядно посмотреть, как менялась яркостная температура в течение года с февраля 2022 по февраль 2023 была взята точка в центре зоны повышенной яркостной температуры на снимке за 1 февраля 2023 года (49,2 с.ш. 38.5 в.д.) и построен по ней соответствующий график (рис. 6).

Рис. 6. График изменения яркостной температуры на частоте 6.9 ГГц для точки с координатами 49,2 с.ш. 38,5 в.д. за период с 1 февраля 2022 по 1 февраля 2023.

Также было проведено сравнение изменения яркостной температуры в течении предыдущего года до проведения СВО (рис. 7).

Рис. 7. График яркостной температуры на частоте 6.9 ГГц для точки с координатами 49,2 с.ш. 38,5 в.д. за период с 1 февраля 2021 по 1 февраля 2022.

На графике (рис. 6) отчётливо видны многочисленные перепады и скачки яркостной температуры, которые часто превышают 300K, тогда как в предыдущий год (рис. 7) в этой же самой точке яркостная температура имела более плавный ход и не превышала значения 300K. Исходя из этих графиков и приведённых снимков выше, можно сделать вывод, что изменение значений яркостной температуры в данной местности связано с проводимой операцией.

 

Заключение

Спутники дистанционного зондирования Земли, а именно микроволновой радиометр ASMR2 действительно служат обширным источником информации о подстилающей поверхности, так как с его помощью можно получить данные о её яркостной температуре и исходя из неё делать выводы о процессах, которые происходят на той или иной территории связанные не только с влиянием атмосферы, но и с влиянием человека и его деятельности. То есть не только спутники, работающие в видимом диапазоне с высоким пространственным разрешением, могут отлеживать такие события как СВО, но и сугубо метеорологические спутники с низким пространственным разрешением - микроволновые радиометры позволяют получать данные и отлеживать такие процессы. Проведённое исследование на основе спутниковых снимков ASMR2 выявило связь повышенной яркостной температуры на территории, расположенной севернее Азовского моря, с проводимой СВО. В дальнейшем представляется интересным выявить конкретную причину, которая могла бы вызвать столь большое количество скачков яркостной температуры в течении 2022-2023 годов.

Список литературы

Ю.Б. Хапин, А.В. Кузьмин, А.Г. Семин, Е.А. Шарков Микроволновый радиометр-спектрометр с предельными характеристиками для изучения Земли из космоса в диапазоне 6…220 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2013. - №4. - С. 64–75.

Л.М. Митник, М.Л. Митник, Е.В. Заболотских Спутник Японии GCOM-W1: моделирование, калибровка и первые результаты восстановления параметров океана и атмосферы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2013. - №3. - С. 135–141.

Интернет-ресурс AMSR Earth Environment Viewer (AMSR Viewer) URL: https://www.eorc.jaxa.jp/AMSR/viewer/index.html.

Код для цитирования: Скопировать