System obserwacji zdalnych

System obserwacji zdalnych Adam Krężel Instytut Oceanografii Uniwersytet Gdański

Promieniowanie widzialne • Kolor – przez analogię do widzenia kolorowego • Różnice • widzenie kolorowe: trzy barwy • radiometr (koloru: dowolna liczba kanałów (barw spektralnych)) • Modyfikacja widma przez składniki wody morskiej • Fitoplankton: barwniki (pigmenty biorące udział w procesie produkcji pierwotnej) • Substancje zawieszone • Rozpuszczona materia organiczna (CDOM) • Dno w obszarach płytkowodnych • Bliska podczerwień – zróżnicowanie sygnału na lądzie – praktycznie brak sygnału z wody → łatwo można określić granicę pomiędzy morzem i lądem • Wykorzystanie tylko w dzień Satelitarne systemy …, wykład 4

Podczerwień termalna i radiometry mikrofalowe • Pomiar naturalnego promieniowania – bezpośredni pomiar temperatury • Temperatura to jeden z podstawowych parametrów stanu – jej pomiar z poziomu satelitarnego wymaga dokładnego zdefiniowania co tak naprawdę jest mierzone • Podczerwień termalna – warstwa naskórkowa • Zakres mikrofalowy – 50% informacja o temperaturze warstwy naskórkowej – dalsze 50% zależy od kształtu powierzchni i od stałej dielektrycznej (np. pomiar zasolenia Satelitarne systemy …, wykład 4

Promieniowanie mikrofaloweczujniki aktywne • Informacja o kształcie (szorstkości powierzchni morza) • Skaterometry (prędkość i kierunek wiatru przywodnego) • Radary obrazujące (SAR – duża rozdzielczość przestrzenna (do kilku metrów), pomiar widma falowania, fal wewnętrznych, rozlewów olejowych, wirów i frontów oceanicznych • Informacja o poziomie i nachyleniu powierzchni morza • altymetry Satelitarne systemy …, wykład 4

Inne formy obserwacji zdalnych oceanu • Obserwacje z poziomu samolotu • Radary naziemne • Niskoczęstotliwościowe 3-30 MHz • Wysokoczęstotliwościowe (HF) • Echosondy • Sondy wielowiązkowe • Sonary Satelitarne systemy …, wykład 4

Składniki systemu obserwacji zdalnych Satelitarne systemy …, wykład 4

Satelity • Wymagania materiałowe • Brak grawitacji • Odporność na przeciążenie w czasie startu • Odporność na promieniowanie kosmiczne i mikrometeoryty • Aktywność słoneczna (2011, 2022, 2033 …) • Zmienne pole magnetyczne Ziemi • Zasilanie (baterie słoneczne) • Kontrola termiczna: system chłodzenia i ogrzewania • Kontrola położenia: rotacja – kontrola przy pomocy manipulacji rozkładem masy wewnątrz satelity lub przez wykorzystanie ziemskiego pola magnetycznego • System łączności Satelitarne systemy …, wykład 4

Satelity Wielozadaniowość • Duże i drogie (np.: Envisat – 8211 kg; 2610 5 m • Czas przygotowania do misji ~ 10 lat • Jedność czasu i miejsca pomiaru różnych parametrów • W przypadku awarii duże straty materialne i zakłócenie planowanego trybu obserwacji; przykłady: SeaSat, ADEOS Jednozadaniowość • Małe i tanie (np.: Jason-1, masa: ~100 kg • Czas przygotowania do misji ~ 2 lata Satelitarne systemy …, wykład 4

Satelity Satelitarne systemy …, wykład 4

Komitety i organizacje Satelitarne systemy …, wykład 4

Baza naziemnaPoziomy przetworzenia danych Satelitarne systemy …, wykład 4

Schemat przetwarzania danych Level 0 Dane surowe Punkty kontrolne na Ziemi Kalibracja na pokładzie GPS Model kalibracji Kalibracja czujnika Model orbity - efemerydy Kalibracja przed umieszczeniem na orbicie Sygnał skalibrowany Sensor attitude data Kalibracja zastępcza Dowiązanie geograficzne Level 1 Dane spektralne Lokalizacja każdego piksela Detekcja chmur Inne źródła danych o atmosferze Korekcja atmosferyczna [Level 1A] Satelitarne systemy …, wykład 4

Schemat przetwarzania danych Sygnał elektromagnetyczny opuszczający powierzchnię morza Dane skalibrowane in situ Dodatkowe dane z innych czujników Kalibracja geofizyczna Model geofizyczny Level 2 Dowiązane dane oceanograficzne Walidacja danych Dane z kilku rejestracji jednego czujnika Kompozycja czaso-przestrzenna Dane globalne w regularnej siatce Level 3 Modele Dane level 3 z różnych czujników Analizy Zastosowania naukowe i operacyjne Dane in situ Analizowane globalne dane w regularnej siatce Level 4

Bazy danych i ich udostępnianie • Postęp w nośnikach i komunikacji • Polityka udostępniania • Wolny dostęp – NASA • Częściowe ograniczenia – ESA, NASDA • Pełna komercja (wyjątki: nauka, przesunięcie czasowe • Zróżnicowanie cen • W zależności od odbiorcy • Rewolucja internetowa Satelitarne systemy …, wykład 4

Skala zjawisk oceanicznych Satelitarne systemy …, wykład 4

Satelitarne systemy …, wykład 4

Skala zjawisk oceanicznych Satelitarne systemy …, wykład 4

Skala zjawisk oceanicznych • Skala przestrzenna zjawisk – od 1 mm do 1000 km • Skala czasowa – od 1 s do lat • Przykłady: • Wiry oceaniczne: próbkowanie co najmniej 1 raz w miesiącu na stacjach co 500 km • Prąd Zatokowy: co najmniej 1 raz dziennie na stacjach co 10 km Satelitarne systemy …, wykład 4

Format danych Satelitarne systemy …, wykład 4

System obserwacji zdalnych