YFO0010 Sissejuhatus okeanograafiasse ja limnoloogiasse 4. Kaugseire põhimõtted

1. YFO0010 Sissejuhatus okeanograafiasse ja limnoloogiasse 4. Kaugseire põhimõtted

2. Kaugseire = info kogumine ja interpreteerimine elektromagnetilise kiirguse abil tulemust mõjutavad lisaks objektile: kiirguse levik atmosfääris, neeldumine, hajumine, peegeldumine, kiirgamine sõltuvalt sagedusest Passiivsed seadmed Kiirgus võib pärineda Päikeselt mis tuleb tagasi • maapinnalt • atmosfäärist • ookeanist Analüüsis kombineeritakse eri spektraalvahemike signaale eristamaks objekti foonist Võib samuti mõõta (emiteeritud) pikalainelist kiirgust mis pärineb Maa süsteemist Aktiivsed seadmed Kiirgavad ise signaale ja võtavad ka vastu esimesed näited: passiivne => fotoaparaat, fotogramm-meetria aktiivne => radar

3. Ookeanide ja merede kaugseire satelliitidelt 1. Veepinna värv, vees olevad ained (spektroradiomeetrid) passiivne, nähtav diapasoon, Päikesekiirgus 2. Veepinna temperatuur (pikalainelised radiomeetrid) passiivne, pikalaineline diapasoon, veepinna soojuskiirgus 3. Tuul ja lained (skatteromeetrid) aktiivne, mikrolaine radar 4. Veepinna kõrgus (altimeetrid) aktiivne, mikrolaine radar + täppispositsioneerimine • Kaasajal on orbiidil ca 4000 satelliiti • uuringud • kaitse • side • Global Positioning System (GPS)

4. Veepinna värv, vees olevad ained (spektroradiomeetrid) Seadmed: CZCS (Coastal Zone Color Scanner) pole enam kasutusel SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field of view Sensor) 8 spektraalriba, lahutus 1100-4500 m MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 36 spektraalriba, lahutus 250-1000 m SeaWiFS ja MODIS sensoritega satelliidid lendavad üle Eesti 3-4 korda päevas

5. Veepinna värvi kaugseire - kitsa vaateväljaga sensor registreerib kiirgust erinevatel lainepikkustel nähtavas ja lähedases IR diapasoonis - mõõtmiseks trajektooriga ristsihis on sensoril skaneerimise süsteem - digitaalne kujutis seotakse geograafiliste koordinaatidega - vastuvõetud signaali korrigeeritakse Päikese kõrguse suhtes - veepinna uurimisel tuleb rakendada atmosfääri korrektsiooni - veest tagasituleva signaali töötlemine ja interpreteerimine on eraldi “kunst” Ühe- ja paljupesaline sensorsüsteem

6. Peamised optilise signaali mõjutajad atmosfäärist hajunud kiirgus “häiriv” otsese Päikesekiirguse peegeldumine veepinnalt vees neeldunud kiirguse tagasihajumine => kasulik signaal, annab infot vee kohta veest tagasituleva kiirguse transformeerumine (neeldumine, hajumine) atmosfääris Veest tagasituleva signaali mõjutajad Otsene ja hajunud Päikesekiirgus neeldub ja hajub vee molekulides ning lahustunud ja hõljuvates ainetes Madalates selge veega alades peegeldub kiirgus tagasi merepõhjast Kolm peamist merevees (järvevees) määratavat komponenti - fütoplankton - hõljuvad (mineraal)ained - “kollane aine”: värvilised lahustunud orgaanilised ained, sh ka surnud vetikad Igal komponendil on temale iseloomulik veest tagasituleva kiirguse spekter

7. Fütoplankton • üherakulised taimsed veeorganismid • esinevad tuhanded liigid, erinev suurus, kuju, füsioloogia, liigiline koosseis ja arvukus muutuvad nii ajas kui ka ruumis • peamine pigment on Chl a (klorofüll), biomassi indikaator • esineb ka teisi pigmente • pigmentide koosseis varieerub koosluste ning rakkude füsioloogilise seisundiga • esineb teisi mikroorganisme - zooplankton, heterotroofsed bakterid, viirused, mille optilised omadused kohati kattuvad fütoplanktoniga • surnud orgaaniline aine (detriit) ei oma fütoplanktoniga sarnast spektrit ning ei mõjuta kaugseire tulemusi

8. Fütoplanktoni liike

9. Hõljuvad ained • madalates veekogudes põhjasettest lainete ja hoovuste poolt vette tõstetud materjal • jõgedes ja tõusu-mõõna aladel liikuva vee poolt veesambasse tõstetud (resuspendeeritud) settematerjal • süvendustööde ajal veesambasse sattunud materjal (oli hästi jälgitav Paldiski ja Muuga sadama süvendamistel ja ehitustöödel) • võib eristada erinevaid materjale (savi ja liiva erinevad liigid) • kõik mikroorganismid, mis optiliselt ei kattu fütoplanktoniga • interpreteerimiseks on vajalikud in situ mõõtmised

13. MODIS skaneeriv peegel MODIS Sea Surface Temperature (SST) MODIS Ocean Color MODIS optiline pink

14. Veepinna temperatuur (pikalainelised radiomeetrid) Seadmed: AVHRR (Very High Resolution Radiometer) 6 kanalit 0.58-12.50 μm, lahutus 1.09 km Põhineb aluspinna soojuskiirgusel, määratakse nn heledustemperatuur tulemust mõjutab atmosfääri veeaur

15. Põhimõte • iga absoluutsest nullist kõrgema temperatuuriga keha kiirgab • kiirgusvoog on määratud Stefan-Boltzmanni seadusega • lainepikkus, mille korral kiirgus on maksimaalne, on määratud Wien’i nihkeseadusega “praktiline” valem NB! Füüsikud-optikud ütlevad “pikalaineline” võrreldes nähtava kiirgusega, elektroonikud ütlevad “mikrolained” võrreldes raadiolainetega

17. Sobib eriti jää ja lume uuringuteks 12 kanalit ja 6 sagedust 6.9 kuni 89.0 GHz. Igal sagedusel mõõdetakse eraldi horisontaalselt ja vertikaalselt polariseeritud signaali. Lahutus 10 km

18. Tuul ja lained (skatteromeetrid) • NSCAT (August 1996-lühiajaline) • QuikSCAT (juuni 1999) • SeaWindson AdeosII (detsember 2002) aktiivne radari tüüpi sondeerimine mikrolainetega Põhimõtted • merelained on põhjustatud tuulest • lainekõrgus sõltub tuule kiirusest • laineharjad on risti tuule suunaga • mikrolainete hajumine veepinnalt sõltub pinna “karedusest, sh laine kõrgus ja suund

19. SeaWinds tehnilised andmed Radar: 13.4 GHz; 110 W impulss korduvusega 189 Hz Antenn: 1 m diameetriga pöörlev taldrik Mass: 200 kg Võimsus: 220 W Andmevoog: 40 kilobit/s Tuulevektori lahutus: 25 km

20. Troopilised tsüklonid Olaf ja Nancy

22. Veepinna kõrgus (altimeetrid) Milleks? • sulavad liustikud • ookeani temperatuur • tõus-mõõn • ookeani geostroofilised hoovused Põhimõtted • satelliidi orbiidi saab täpselt määrata laser-kaugusmõõtjaga ja GPS • veepinna kõrguse saab määrata mikrolaine radariga Radari sagedus 13.6 GHz Gloobuse mõõteperiood 10 päeva Veepinna kõrguse määramise täpsus 4-5 cm (Golfi hoovuses on veetasemete vahe 1-1.5 m)

24. NASA kontrolljaam Korsikal

25. 2002. aasta keskmine veepinna anomaalia