Спутниковые методы исследования океана

 

Рис. 6 Мониторинг приводного ветра скаттерометра SeaWind, установленного на спутнике "QuikSCAT" 2сентября 2010 [18]

 

2.5 Цвет воды, биопродуктивность

 

Поле цвета океана - пространственное распределение оптических характеристик морской воды (избирательного поглощения и рассеяния солнечного света). Цвет воды зависит от концентрации пигмента хлорофилла (фитопланктона) и взвесей, поэтому определение цвета используется для изучения биопродуктивности океана и загрязнения вод. Цветовые характеристики воды получают многозональными сканерами с каналами в голубой и зеленой зонах спектра - CZCS,SeaWiFS.

Рис 8. SeaWiFS вид на цветение фитопланктона на Мальвинских островах (фактический цвет воды)[15]

 

Рис.9 SeaWiFS вид на цветение фитопланктона на Мальвинских островах (концентрация хлорофилла) [15]

 

Основное применение данных о цвете океана - рыболовство. Данные о цвете океана совместно с данными о температуре поверхностного слоя воды (SST) используются для направления рыбаков и рыбацких судов в акватории, где может быть обнаружена рыба. Это основано на принципе цепи питания - изобилие фитопланктона приводит к изобилию зоопланктона, питающегося им, что в свою очередь приводит к изобилию рыбы, питающейся зоопланктоном. Так присутствие большого количества фитопланктона, измеряемое через изменения в цвете океана, выступает индикатором потенциального присутствия рыбы.[2]

Впервые данные о цвете океана были получены при помощи сканера цвета моря CZCS (Coastal Zone Color Scanner), который был установлен на спутнике Nimbus-7. Съёмка проводилась с 1978 по 1986 гг., сканер CZCS поставлял регулярные данные о цвете океана в 6 каналах видимой и ближней инфракрасной частях спектра с разрешением около 1 км

 

2.6 Морские льды

 

Сравнительно недавно единственным способом получения данных о ледовой обстановке были визуальные наблюдения с самолётов, кораблей и экспедиционных судов. Помимо ряда преимуществ, визуальным наблюдениям свойственны недостаточная точность определения характеристик и привязки к месту наблюдений, субъективность количественных оценок, малая обзорность, высокая стоимость, ограниченность во времени и пространстве. Поэтому с недавнего времени традиционные методы визуальных оценок перестали удовлетворять запросы науки и практики, и для авиаразведок стали применяться космические съёмки.

Уже с середины 1960-х годов по снимкам со спутников (ESSAT) в автоматическом режиме стали создавать фотокарты морских льдов для северного полушария, сочленяя снимки с отдельных витков, переводя их в картографическую проекцию, выполняя фильтрацию облачности на основе выбора минимальной яркости изображения за несколько дней и разделяя типы льдов разной сплоченности по яркости изображения. Однако облачность и зависимость от условий освещения в приполярных странах сдерживали развитие таких методов мониторинга льдов.

Различные по своим параметрам льды имеют различные радиофизические характеристики, динамический диапазон рассеянных сигналов от морских льдов может составлять 20-40 дБ. Основными характеристиками морских льдов, которые необходимы для решения практических задач, являются их сплочённость, положение кромки льдов (дрейфующих или припайных), дрейф (направление и скорость), возраст (толщина льдов) и ряд других второстепенных параметров (торосистость, наслоенность, разрушенность и т.п.). Ряд из них, такие как сплочённость, положение кромки и дрейф льдов достаточно легко определить, используя данные съёмок в видимом или радио- диапазоне, в то время как определение возрастных характеристик ледяного покрова является наиболее сложной задачей, успешно решаемой на основе регистрации собственного микроволнового излучения льдов, то есть при пассивной микроволновой радиометрической съёмке, которую, однако, пока удаётся выполнить лишь в очень грубым разрешением (6 км).

 

Рис. 10 Месячное изменение концентрации морских льдов в Антарктике за 1996 г. [8]

 

Другой возможный метод решения этой задачи - космическая радиолокация. Для некоторых видов льдов существует однозначная зависимость яркости изображения/радиолокационных контрастов и их возраста. Современные спутники позволяют получать изображения высокого и среднего разрешения в видимом, тепловом инфракрасном и радио- диапазонах, по которым могут быть оперативно составлены достаточно точные карты ледового покрова для большинства полярных районов. В настоящее время для оперативных наблюдений за ледовым покровом арктических морей применяют спектрорадиометры высокого и среднего разрешения (MODIS на спутниках Terra и Aqua), а также радиолокаторы с синтезированной апертурой SAR на спутниках ERS-2, Envisat и Radarsat и микроволновые радиометры (SSM/I на спутнике DMSP и AMRS-E на спутнике Aqua).[13]

 

2.7 Рельеф дна

 

Подводный рельеф мелководий, изучение которого особенно важно в связи с освоением шельфа, фиксируется съёмочными системами оптического диапазона лишь в прозрачных водах и до небольших глубин. Топография дна мелководных зон отображается также в структурах волнения, фиксируемых радиолокационными снимками. Рельеф дна Мирового океана обусловливает пространственные вариации уровня поверхности океана и изучается по данным радиоальтиметрии.

Например, лазерный альтиметр, установленный на спутнике Европейского космического агентства (ESA) CryoSat-2, может измерять гравитационное поле на поверхности вод океана. Крупные объекты океанического дна, например, хребты или вулканы, создают более сильное гравитационное поле, то есть, по данным гравитации можно с большой точностью рассчитать глубины и рельеф океана. Подобные измерения уже проводились с других спутников, например, с европейского GOCE, однако шаг его измерений составлял сотни километров, тогда как точность CryoSat-2 - около 5-10 километров

 

Рис. 11 Схема работы альтиметра, установленный на спутнике [7]

 

 

Глава 3 Архивы спутниковых данных и перспективы изучения океана из космоса

 

3.1 Архивы спутниковых данных

 

В последние годы с появлением доступных банков глобальной регулярной спутниковой информации и данных реанализа о поле температуры поверхности моря, уровне моря, концентрации хлорофилла, ледовом покрытии, атмосферном давлении, ветре, осадках, влажности, потоках тепла и других гидрометеорологических характеристиках (PODAAC JPL, UT/CSR, NCEP, GSFC NASA, DAAC GSFC), появилась возможность изучения не только сезонной, но и межгодовой изменчивости состояния акваторий морей и океанов, а также суши. Это особенно важно для изучения изменчивости регионального и глобального климата.

Профессиональные базы данных требуют специальной подготовки пользователей спутниковой информации в области специализированного программного обеспечения, знания и умения работать с различными форматами данных. Однако существует множество архивов спутниковой информации и изображений Земли, которые могут быть полезны и для неподготовленных специалистов.

 

3.2 Перспективы изучения океана из космоса

 

Планируемые наблюдения океанов и морей методами дистанционного зондирования и развитие спутниковых систем мониторинга чрезвычайно широки. США, Канада, Европа, Индия, Япония и другие страны ежегодно запускают спутники, предназначенные для сбора разнообразной информации о суше, океане и атмосфере. Спутники, которые завершили срок своей эксплуатации, заменяются на новые, с комплектами более совершенных приборов. Точность и разрешающая способность этих приборов постоянно растет, расширяется и набор параметров, характеризующих состояние окружающей среды, которые могут быть измерены из космоса. США и Европейское космическое агентство открывают для свободного доступа все больше спутниковой информации, платная спутниковая информация постепенно переводится в разряд бесплатной или цены на нее существенно снижаются. Все большее количество специалистов вовлекается в разработку и осуществление новых международных программ по дистанционному зондированию Земли.

океан космос зондирование спутник

Рис.12 Спутник "Sentinel-3", который будет запущен Европейским космическим агентством в 2013, предназначен для исследования уровня океана, температуры и цвета океана и суши в рамках программы "Глобальный мониторинг окружающей среды и безопасности" (Global Monitoring for Environment and Security (GMES)). [6]

Несмотря на бурный рост потребления спутниковой информации, наиболее эффективная система мониторинга Земли должна базироваться на комплексном использовании спутниковых, авиационных и наземных (морских) видов измерений, а также численного моделирования различных процессов, происходящих в окружающей среде. Поэтому совершенствование методов дистанционного зондирования Земли должно сопровождаться развитием и расширением наземных (морских) средств наблюдений и совершенствованием численных моделей.[10]

 

Заключение

 

Проанализировав данную курсовую работу, можно сделать вывод, что спутниковые методы наблюдения за морями и океанами играют важную роль в современных научных исследованиях. Они значительно упрощают сбор наблюдений за изменениями, происходящими в океане и атмосфере. Можно заметить, что спутниковое мониторинг очень перспективен, с каждым годом полученные данные все точнее и точнее, что дает положительный результат в изучении океана.

В ходе работы было выяснено, что при получении даны со спутников, их объем очень велик, и главная проблема в том, что не хватает специалистов которые могли бы эти данные обработать, что в свою очередь ведет к тому, что можно не заметить важные изменения происходящие в океане.

 

 

Список литературы

 

1. Большаков А.А. Космические методы в океанологии. − М.: Знание, 1982

2. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. - М.: Издательство А и Б, 1997

3. Океанографическая энциклопедия. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

4. http://asc-csa.gc.ca

5. http://aquarius.nasa.gov/

6. http://expo2012korea.ru

7. http://esa.int

8. http://geogr.msu.ru

9. http://www.global-climate-change.ru

10. http://ioccg.org/

11. http://iki.rssi.ru/

12. http://lib.rus.ec/

13. http://natuerlich.ru

14. http://nsidc.org/

15. http://oceanographers.ru

16.http://sputnik.infospace.ru/welcomer.htm

17. http://sovzond.ru

18. http://www.scp.byu.edu