В Реальном Времени Методика Исследования В Инфракрасном Спектре Со Спутника Местности Старожиловского Района
В Реальном Времени Методика Исследования В Инфракрасном Спектре Со Спутника Местности Старожиловского Района
В СССР работы в этом направлении ведутся в районе действующих вулканов Камчатки. Уже получены ИК-изображения некоторых вулканов (Мутновский, Горелый, Авача, Толбачик и др.). При этом параллельно с ИК-съемкой осуществлялась обычная аэрофотосъемка. Совместная интерпретация их результатов позволила получить важные сведения о строении действующих вулканических очагов, недоступных для наземных наблюдений. Хорошие результаты дает ИК-съемка при гидрогеологических исследованиях. На ИК-изображениях по изменению тепловых контрастов земной поверхности можно выделять места повышенной влажности, связанные с наличием подземных вод. Особенно помогают ИК-методы при поисках грунтовых вод в пустынных и полупустынных зонах. С помощью ИК-съемки можно изучать также температурные аномалии водных бассейнов.
Геологическая интерпретация радарного изображения основывается на анализе структурных очертаний, тона, текстуры. Характер и полнота, геологической информации зависят от «выраженности» геологии в рельефе, степени эрозии, от влажности и характера распределения растительности. Детальное изучение особенностей радарного изображения показывает, что независимо от сложности геологического строения района наиболее достоверно дешифрируются структурные линии и линии разрывов, выраженные в рельефе местности. Ценность этой информации не вызывает сомнений, ибо элементы микрорельефа и рельеф вообще, как правило, отражают характер внутренней структуры геологических образований. На первом этапе дешифрирования нарушения, определяемые только по линейным формам рельефа, спрямленным участкам речных долин или линейному расположению растительности, выделяются как предположительные. И лишь последующий анализ геолого-геофизических данных может дать окончательную характеристику этих линейных фотоаномалий. По результатам дешифрирования радарного изображения составляются предварительно геологические, геоморфологические и другие карты. Опыт работы советских и зарубежных исследователей показывает, что радиолокационная съемка позволяет получить ценную информацию о строении Земли (рис. 15). При этом радиолокационные снимки дают детальное изображение рельефа, структурный план изучаемого региона и отражают изменение физических характеристик подстилающей поверхности (плотность, пористость, электропроводимость, магнитная восприимчивость). В настоящее время радарная съемка применяется при геологическом картировании, в геоморфологии, гидрогеологии и в географии.
Проведение ИК-съемки с летательных аппаратов накладывает ограничения на применение ИК-методов. Эти ограничения связаны с поглощением и рассеиванием ИК-излучения атмосферой. При прохождении инфракрасного излучения через атмосферу наблюдается избирательное поглощение его газами и водяным паром. Сильнее всего оно поглощается парами воды, углекислым газом и озоном. Однако в атмосфере для ИК-излучения есть несколько зон относительно слабого поглощения. Это так называемые «окна пропускания» ИК-излучения. Прозрачность их зависит от высоты над уровнем моря и содержания в атмосфере водяных паров. С увеличением высоты плотность воздуха и количество в нем различных примесей уменьшаются, возрастает прозрачность атмосферы и увеличивается ширина «окон пропускания». ИК-изображение земной поверхности можно получить только в том диапазоне, который соответствует полосе прозрачности атмосферы (рис. 13).
Опыт изучения природных образований на основе спектральных яркостей показывает, что надежное опознавание отдельных объектов требует съемки в узких зонах спектра. В этом случае обеспечивается необходимый контраст с окружающим фоном, причем количество диапазонов, необходимых для решения тех или иных задач, может варьировать. Например, Для опознавания растительного покрова нужно соотношение 2 и 3 коэффициентов спектральной яркости. При спутниковых экспериментах используются многоспектральные устройства, имеющие 4-6 интервалов наблюдения в видимом диапазоне, 3-4 интервала — в ближнем ИК-диапазоне, 2-4 интервала — в ИК-тепловом диапазоне, 3-5 каналов — в радиодиапазоне. Обработка полученных спектральных характеристик проводится с помощью ЭВМ.
Основные температурные аномалии на поверхности нашей планеты вызваны двумя природными тепловыми источниками — Солнцем и эндогенным теплом Земли. Тепловой поток от ее ядра и внутренних оболочек не зависит от внешних факторов. Температурные аномалии, вызванные этим тепловым потоком в зонах высокой вулканической активности и интенсивной гидротермальной деятельности, достигают десятков и сотен градусов.
В Реальном Времени Методика Исследования В Инфракрасном Спектре Со Спутника Местности Старожиловского Района
Благодаря тому, что была применена широкоугольная схема Ричи—Кретьена и поле зрения телескопа достигало 1°, в фокальной плоскости удалось разместить более 60 ИК-детекторов из легированного кремния и германия и восемь оптических фотоприемников для регистрации звезд, а также необходимые светофильтры и предварительные усилители. Приемники установили так, чтобы при орбитальном движении звездные изображения пересекали их в поперечном направлении. Каждый из них, что тоже специфично, для длинноволновых инструментов, был установлен в полости с золочеными отражающими стенками. Каждая из спектральных полос, в которых должен был наблюдать IRAS, «вырезалась» многослойными интерференционными фильтрами, а в диапазонах 60 И 100 мкм еще и дополнительными поглощающими кристаллическими материалами и рассеивающими порошковыми фильтрами, ослаблявшими коротковолновую часть спектра. Эти полосы выбирались так, чтобы регистрировать определенные источники ИК-излучения, например, атмосферы холодных звезд или сильно нагретой околозвездной пыли (2000 К), планет и межпланетной пыли (273 К) и холодного межзвездного вещества. Забегая вперед, можно сказать, что в последней группе, как впоследствии поможет выяснить IRAS, оказалось излучение многочисленных галактик, в которых основная масса межзвездной пыли находится при еще более низкой температуре, например, 22 К в Млечном Пути, но это уже результат другого спутника — СОВЕ.
Следующим за IRAS стал спутник СОВЕ, получивший прекрасные результаты, от обработки которых сейчас ожидают очень многого (Земля и Вселенная, 1993, № 2, с. 18). На СОВЕ для охлаждения приборов использовали такой же, как на IRAS, гелиевый криостат, и запущен он был в 1989 г. на аналогичную орбиту. Угловое разрешение телескопов СОВЕ значительно ниже, чем у его предшественника, поэтому импульсные сигналы от внешних источников излучения были недостаточно короткими для их надежной регистрации на фоне температурных дрейфов, изменяющихся вне боковых засветок Солнцем, Землей другими тепловыми помехами. Поэтому СОВЕ придали постоянное вращение вокруг своей оси (с периодом около 50 с), направленной в местный зенит, и каждому внешнему источнику или неоднородности фона на выходе приемников соответствовал легко отличимый периодический сигнал.
Сюрприз преподнесла одна из близких и, казалось бы, хорошо изученных звезд — α Лиры, Вега. У этой горячей звезды спектрального класса А0, многие годы из-за простоты спектра служившей спектрофотометрическим стандартом, неожиданно был обнаружен ИК-избыток над продолжением спектра самой звезды, который по аналогии с другими, более далекими звездами, был объяснен присутствием вблизи Веги твердого вещества. Угловой размер облака этих частиц был оценен в 20″, а цветовая температура излучения указывает на радиус их орбит около 80 а.е. При возрасте звезды 300 млн лет, определенном для главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга—Рессела, отсутствуют мелкие пылинки, и должны преобладать крупные тела размером более 1 мм.
Настоящий же расцвет ИК-астрономии начался с запуском спутника IRAS (Infrared Astronomical Satellite), разработанного учеными США, Голландии и Англии (Земля и Вселенная, 1983, № 5, с. 29.— Ред.). 26 января 1983 г. американская ракета-носитель «Дельта» доставила его на солнечно-синхронную околоземную орбиту с периодом 1 ч 43 мин.
Первые космические эксперименты с криогенным охлаждением ИК-приемников проводились в ходе исследования земной атмосферы в Физическом институте им. П. Н. Лебедева с борта спутников «Космос» и орбитальных станций «Салют-4» и «Салют-6». За рубежом криогенные, т. е. охлаждаемые сжиженным газом, телескопы, созданные на основе опыта астрономических наблюдений в горах, на самолетах и аэростатах, «полетели» сначала на высотных ракетах. Хотя такие исследования отличались коротким временем работы и имели другие неудобства, они были довольно просты, поскольку в них легко решалась проблема удержания жидкого гелия, обычно охлаждающего телескопы. Дело в том, что в невесомости он способен вытекать из криостата, в который заключен инструмент, во всех направлениях, а на ракете, благодаря ее вращению вокруг вертикальной оси, он удерживается центробежной силой в нижней части сосуда, т. е. вдали от горловины.
Из приведенных характеристик для каждого из классов подстилающих поверхностей видно, что для их различия не достаточно только видимого диапазона длин волн. Он не является столь определяющим, как средний ИК. Например, как в ближнем, так и в среднем ИК-диапазоне отражательная способность чистой и мутной воды небольшая, поэтому ее легко отличить от любого типа почвы или растительного покрова.
Методы съемки разделяются на фотографические, телевизионные, сканерные и радиолокационные [53,49,26,27,64,6]. В настоящее время наибольшее развитие получили именно сканерные системы. Фотографическая и сканерная съемка, в свою очередь, выполняется в спектрозональном, панхроматическом и многозональном вариантах. Панхроматическая съемка — съемка, выполненная в широком диапазоне спектра (во всем видимом диапазоне). Спектрозональная съемка — фотографирование местности с воздуха одновременно в нескольких зонах спектра электромагнитных волн. Многозональная съемка — фотографирование местности одновременно несколькими фотокамерами или многоканальными блоками, имеющими идентичные светотехнические характеристики объективов, в различных спектральных диапазонах. Для выделения спектральных зон перед объективами устанавливаются узкополосные (иногда интерференционные) светофильтры, подобранные под характеристики светочувствительных материалов[74].
Совокупность многозональных снимков значительно более информативна, чем снимки в одном спектральном диапазоне. Серия зональных снимков позволяет использовать в качестве дешифровочного признака спектральный образ изучаемых объектов, предоставляя возможность формализовать спектральную яркость объектов
Одним из первых метод отражательной способности применил к изучению различного рода объектов Г.И. Покровский в 1928-1929 г, позже большое внимание этому вопросу уделяли Н.А. Архангельская, В.Л. Андроников, Е.Л.Кринов, Д.С. Орлов, Б.В. Виноградов, Н.А. Михайлова, П.П. Федченко, К.Я. Кондратьев и М.Е. Баумгарднер.
Простой способ определения (RED-NIR) почвенной линии: создайте график распределения (scatterplot) красного и инфракрасного канала изображения. Рекомендуется назначить красному каналу ось X и -инфракрасному каналу — ось Y. В нижней правой части графика должна быть относительно линейная часть. Прямая линия, которая наилучшим образом описывает эту часть графика и есть почвенная линия. Вы можете выбрать несколько точек описывающих эту границу и определить линию методом наименьших квадратов.
На частоте 137МГц в аналоговом формате (APT) передается картинка с разрешением 4км/пиксель, состоящая из двух ИК-каналов, полученная в результате геометрической коррекции перспективных искажений и уменьшения масштаба. На частоте 1,7ГГц уже используется цифровой формат HRPT (High Resolution Picture Transmission) (в NOAA – манчестерский код, а в Metop – код Рида-Соломона и алгоритм Витерби) – разрешение 1км/пиксель, на частоте 8ГГц тоже используется цифровой код для передачи данных с максимальным разрешением 250м/пиксель.
Сейчас у всех нас есть возможность конструктивно работать в параллель государству. Нужно открывать новые приемные станции, разрабатывать, изготавливать и устанавливать новое оборудование, писать новые программы для расширения охвата земной поверхности. На днях мы договорились о сотрудничестве с энтузиастом из Японии, у которого тоже есть собственная приемная станция, теперь мы получаем его исходные данные, обрабатываем их и публикуем снимки от Байкала до Камчатки. Среди пользователей нашего сайта появилось много жителей Дальнего Востока. Таким образом, покрытие фото-данных расширилось от Лиссабона до Владивостока и даже дальше. Сейчас абсолютно всё: изготовление оборудования, эксплуатация, обслуживание помещения приемной станции, работа оператора никем и ничем не финансируется – все делается за свой счет. Мы делаем это бесплатно и открыто. Для поддержания и устойчивого развития проекта нужны заинтересованные люди и финансирование.
На данный момент пользователь может выбрать одну из трёх форм отображения (слоёв) карты – схематический, спутниковый, и гибридный (спутниковый с надписями). Кроме спутникового просмотра, сервис Yandex.Карты позволяет просматривать панорамы улиц и фото, измерять расстояние от одного объекта до другого (кнопка «Линейка»), прокладывать оптимальные маршруты к нужной точке. Функционал сервиса может заблаговременно информировать водителей о возникших пробках и ДТП (служба «Яндекс.Пробки»).
Наиболее ярко проявляются возможности ИК-съемки при изучении районов активной современной вулканической и гидротермальной деятельности. В этом случае аномальные, высокотемпературные источники тепла находятся на поверхности, и ИК-изображение передаст картину распределения теплового поля в момент съемки. На ИК-снимках обнаруживаются тепловые аномалии (обычно в виде светлых пятен), определяющие положение кратера вулкана, выходы термальных вод и газов.
Чтобы посмотреть свой дом с помощью «Яндекс.Карты» перейдите на ресурс, вбейте в строке поиска сверху свой адрес, и нажмите ввод. Для перехода в режим просмотра улиц кликните внизу экрана на кнопку с биноклем (панорамы улиц и фотографии). А затем выберите одну из улиц, отмеченную синим цветом (вы перейдёте в режим просмотра улицы в данной точке, и сможете насладиться колоритом данных мест).
Инфракрасная (тепловая) съемка
Карты, составленные по космическим снимкам, отличаются более современными и достоверными очертаниями картографируемых объектов, оптимально взаимосвязаны и отображают явления, которые в отсутствии таких снимков вообще не могли быть картографированы (например глубинные разломы на геологических картах или распространение кратеров на Луне).
Заканчивая рассмотрение снимков в зависимости от выбранного спектрального диапазона, следует отметить, что вся информация, поступающая из космоса в виде снимков, примерно на 80% состоит из изображений, полученных в видимом и ближнем инфракрасном съемочном диапазоне.
Отбор материалов космической съемки для этого набора проведен более направленно. В нем помещены изображения, полученные разными камерами, а также телеизображения, сделанные со спутников серии «Метеор». Отобранные снимки представляют почти все природные зоны бывшего СССР.
На космических снимках наглядное отражение находит сложившаяся система землепользования. При ее дешифрировании основное внимание уделено сельскохозяйственному использованию земель с традиционным подразделением на пашни и естественные кормовые угодья (пастбища и сенокосы). Элементом новизны по сравнению со школьными картографическими произведениями является разделение пастбищ по сезонам выпаса скота, а также показ селитебных и нарушенных земель, которые хорошо распознаются на космических снимках.
6. Комплект плакатов «Природные зоны на космических снимках». Предназначен для широкого использования при изучении географии в школе. На каждом плакате центральное место отведено космическому снимку участка природной зоны. Размер снимка — 50 х 60 см, масштаб — от 1:200 000 до 1:250 000.
Ракетные войска стратегического назначения
В результате исследований измерена величина потока рентгеновского излучения Солнца в области короче 10A°, составляющая 1-4.10 -4 эрга/см 2 сек., определена эффективная- температура солнечной короны, составляющая около 1,5.10 60 , обнаружено некоторое возрастание потока излучения во время хромосферных вспышек. Установлено, что поток излучения при закрытии солнечного диска Луной уменьшается в 10-15 раз, пропорционально остающейся открытой части солнечной короны. Установлено наличие потоков медленных электронов на высоте 200-300 км, спускающихся до широт около 30° и наличие аномалии в южной области Атлантического океана.
Журнал американского Института радиоинженеров (Proceeding of the IRE) в февральском номере 1959 г. писал: «Запуск первых спутников застал научную общественность всего мира (за возможным исключением Советов) в состоянии полной неподготовленности к эффективному их использованию для систематического изучения ионосферы».
3. С целью детального изучения гео и гелиофизических явлений (вспышки на Солнце, магнитные бури и др.) и практического решения проблемы радиационной безопасности полетов в межпланетном пространстве необходимо проведение запусков объектов со специальной аппаратурой, с учетом непрерывного «патрулирования» космического пространства.
По первой задаче, несмотря на малость общего времени работы телеметрии, получены весьма интересные результаты. Во время третьего сеанса связи с ловушками зарегистрирован мощный корпускулярный поток, вызвавший сильную магнитную бурю на Земле. Вторая задача не могла быть решена из-за потери связи с АМС.
а) измеренные значения отличаются от теоретически вычислениях во внешней радиационной зоне в проделах 150γ В дополнение к эксперименту на первой космической ракете, выполненному во время слабого возмущения мирового характера, установлено существование источника магнитного поля во внешней радиационной зоне;
В Реальном Времени Методика Исследования В Инфракрасном Спектре Со Спутника Местности Старожиловского Района
При этом при высоком качестве изображения фотографические снимки выполняются не систематически. Лишь в отдельных случаях возможно получение повторных снимков на одну и ту же территорию. Из-за эпизодичности съемок и трудностей, связанных с облачностью, регулярное покрытие территории таким видом съемки пока не обеспечивается, поэтому широкое распространение получила телевизионная съемка. К ее преимуществам по сравнению с обычной фотографией относится также получение сигналов в форме удобной для их автоматизированной фиксации на Земле, хранения и обработки на ЭВМ. В этом случае не требуется возвращать на Землю кассеты с фотопленкой.
Программа полетов космических кораблей ʼʼСоюзʼʼ вначале мало внимания уделяла фотографированию Земли, но с конца 1969 ᴦ. была сильно расширена. Охват территории не ограничивался приэкваториальными районами, но все-таки был не очень широким. Представляет интерес проведение подспутниковых экспериментов по синхронизации космических съемок с самолетными и экспедиционными. Многозональные фотографии были получены в 1973 ᴦ. при фотографировании девятиобъективной камерой. С корабля ʼʼСоюз-7ʼʼ (1969 ᴦ.) проведено спектрографирование земной поверхности, т. е. получение и регистрация спектральных отражательных характеристик объектов.
В целях популяризации материалов космической съемки в ряде стран выпускают хорошо иллюстрированные альбомы и атласы цветных снимков, полученных с советских и американских космических летательных аппаратов. Среди них опубликованная в СССР монография ʼʼПланета Земля из космосаʼʼ (1987), совместное советско-американское издание ʼʼНаш дом — Земляʼʼ (1988), отечественные альбомы по методике дешифрирования многозональных аэрокосмических снимков (1982, 1988), вышедший в США атлас Северной Америки (1987), изданные в ФРГ альбомы снимков земной поверхности (1981), в Венгрии — национальный фотоатлас и многие другие.
Первая телевизионная съемка Земли выполнялась с американских метеорологических спутников ʼʼTirosʼʼ с начала 60-х гᴦ. В нашей стране первые телевизионные съемки Земли осуществлены со спутников ʼʼКосмосʼʼ. Так, работа двух из них (ʼʼКосмос-144ʼʼ и ʼʼКосмос-156ʼʼ) позволила создать метеорологическую систему, впоследствии разросшуюся в специальную службу погоды (система ʼʼМетеорʼʼ).
Следует сказать, что объектом телевизионной съемки служит не только Земля, но и целый ряд других планет или космических тел. Можно вспомнить съемки Луны станцией ʼʼЛунаʼʼ, ʼʼSurveyorʼʼ, ʼʼRangerʼʼ, Венеры — ʼʼВенераʼʼ; Марса, Венеры, Меркурия — с аппаратов ʼʼMarinerʼʼ, ʼʼVikingʼʼ; съемки кометы Галлея и др.
ASTER – единственный инструмент высокого разрешения на борту Terra. Он служит как бы увеличительным стеклом для других инструментов, что особенно важно для изучения динамики, взаимной калибровки съемочных систем, проверки алгоритмов обработки данных, а также для изучения процессов на поверхности Земли. В отличие от других систем на борту Terra, ASTER ведет наблюдения не постоянно, а в среднем 8 минут на каждой орбите. Пиковая скорость передачи данных составляет 89.2 Мбит/с.
Серьезные изменения экологической обстановки на Земле (глобальное потепление, поднятие уровня моря, обезлесение, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, обеднение биоразнообразия) обусловили все возрастающий в последние годы интерес к экологической обстановке на нашей планете. Исследуются взаимосвязи между процессами, происходящими на Земле, разрабатываются модели, способные объяснить нынешние и предсказать будущие изменения.
ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer — усовершенствованный космический радиометр теплового излучения и отражения) — это одна из пяти съемочных систем на борту спутника Terra, сочетающая широкий спектральный охват и высокое пространственное разрешение в видимом, ближнем инфракрасном (БИК), среднем инфракрасном (СрИК) и тепловом инфракрасном диапазоне. Ожидается, что данные ASTER внесут вклад в исследование глобальных изменений, включая изучение динамики растительности и экосистем, мониторинг природных катастроф, геологические, почвенные, климатологические, гидрологические исследования, изучение изменений земельного покрова.
Абсолютная радиометрическая точность по спектральным зонам составляет 4% для видимого и ближнего инфракрасного диапазона, и 1-3 К для теплового диапазона, в зависимости от температуры. Зоны видимого и БИК диапазона предназначены для измерения характеристик снежного покрова, воды, растительности и степени окисления поверхности объектов. Зоны СрИК диапазона оптимальны для распознавания минералов, в особенности гидратированных минералов в глинистых почвах. Зоны теплового диапазона предназначены для регистрации температуры земной поверхности и дешифрирования основных типов горных пород. Пространственный охват снимков составляет 60 х 60 км.
Моделирование процессов требует регулярного получения и анализа объективных данных о разных компонентах окружающей среды. Такие данные должны покрывать всю поверхность Земли, накапливаться в течение длительного периода и охватывать широкий спектр излучения.
Многоплановое применение материалов космической съемки наиболее эффективно в сис — теме мониторинга природной среды . Сформировавшиеся к настоящему времени службы мо — ниторинга рассматриваются как геоинформационные системы слежения , изучения , контроля и прогноза изменений природной среды . Основными источниками информации в таких системах служат периодическая разномасштабная аэрокосмическая съемка Земли в сочетании со ста — ционарными наземными наблюдениями .
и внедрена в производство технология применения материалов космических съемок земной по — верхности при прогнозах погоды , в геологии — при определении районов поиска полезных иско — паемых , в гляциологии — при прогнозах ледовой обстановки в арктических морях в нави — гационный период , в ландшафтоведении — при оценке пригодности конкретных видов ис —
Опыты использования снимков , полученных с воздушных шаров , дали небольшие резуль — таты , но уже первые самолетные съемки совершили революцию . Регулярно аэросъемки в нашей стране выполняются с 30- х гг ., и к настоящему времени накоплен полувековой фонд снимков , полностью покрывающих страну , для многих районов с многократным перекрытием , что особенно важно для изучения динамики географических объектов . Основной заказчик и по — требитель этой информации – Главное управление геодезии и картографии , его аэрогеодези — ческие предприятия , использующие аэрофотосъемку для топографического картографиро — вания страны . Кроме него , следует назвать ведомства , ответственные за исследования ре — сурсов страны , в системе которых созданы специальные подразделения « Аэрогеология », « Леспроект », « Сельхозаэросъемка ». Через эти подразделения аэросъемочная информация становится доступной географу — исследователю .
творный период применения материалов космической съемки в научных и практических целях во многих странах мира . Были сделаны новые географические открытия , обнаружены место — рождения различных полезных ископаемых и т . д . Во многие науки о Земле прочно вошел этот метод исследований , позволивший существенно расширить возможности традиционных гео —
Наиболее широко дистанционная съемка применяется в физической географии . В гео — морфологии эффективно применение космических методов при проведении морфо — структурного и морфоскульптурного анализа и картографирования рельефа , его многолетней динамики , при — родных и антропогенных процессов рельефообразования . В гидрологии по дистанционным изо — бражениям изучают морфологические и морфометрические характеристики водных объектов , прослеживают гидрологический режим водных объектов , проводят моделирование стока , кар — тографирование гидрологической сети .
ОСВОЕНИЕ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА В СССР ПО МАТЕРИАЛАМ ПЕЧАТ ~ir АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Космических «пассажиров» на Земле, непосредственно у места при земления, встречала передвижная лаборатория. Она представляет собой сложный комплекс технических средств, которые обеспечивают срочное получение биологических материалов, их фиксацию и консервацию для последующего изучения и анализа в различных лабораториях Советского Союза, а также для передачи их специалистам других стран.
Радиофизические методы могут быть активными и пассивными. Ак тивный метод основан на изучении рассеянного поля радиоволн, излучае мых специальным радиопередатчиком. В СВЧ-диапазоне наибольшее рас пространение получил радиолокационный метод, при помощи которого можно изучать процессы отражения и рассеяния радиоволн, а по ним судить о физических свойствах поверхностных слоев грунта и его геомет рических параметрах (размерах, высоте неоднородностей и т. п.). При локации на метровых и декаметровых волнах можно преодолеть эффект поглощения радиоволн грунтом и заглянуть под поверхность Земли на глубины до нескольких десятков и даже сотен метров. Таким образом, открывается возможность регистрировать на этих глубинах неоднородно сти и обнаруживать полезные ископаемые неглубокого залегания.
Осуществляемая в Советском Союзе программа исследований в около земном космическом пространстве с помощью автоматических средств базируется на использовании космических аппаратов серии «Космос». Пят надцать лет назад — 16 марта 1962 г. стартовал первый спутник этой се рии. Все последующие запуски «Космосов» продемонстрировали последо вательность, систематичность и широту научного поиска, характеризую щие советскую программу космических исследований. На базе опыта, полученного при реализации программы на спутниках серии «Космос», создавались программы исследований на спутниках серии «Интеркосмос»
Спутники серии «Космос» уже дали науке столько интересных фактов, открытий, что рассказать о них хотя бы в перечислительном порядке просто невозможно. Мы приведем лишь несколько примеров из области внеатмосферной астрономии, само рождение которой обязано космиче ской технике.
Таким образом, полярные сияния — одно из наиболее ярких проявле ний единого комплекса электромагнитных и плазменных процессов в маг нитосфере. В настоящее время установлено, что подобные процессы, но в значительно больших масштабах, происходят и вблизи Юпитера, играют важную роль в развитии солнечных вспышек. Отсюда понятно, почему проблема суббурь представляет исключительный интерес как с точки зре ния фундаментальных исследований, так и для практических целей.
Эта задача является традиционной и здесь преследовалась в основном практическая цель: понять, каково реальное качество восстановления ТПО по измерениям в ИК диапазоне с геостационарных спутников? Если это качество является удовлетворительным, то появляется возможность заметно увеличить количество информации о ТПО, если принять во внимание, что измерения с геостационарных спутников ведутся каждые 30 мин (17, «https://sinp.com.ua»).
Этого недостатка лишены измерения с геостационарных спутников. Измерения с существующей ныне системы геостационарных спутников осуществляются глобально в широтном поясе от 60 °C.ш. до 60°ю.ш. с большим разрешением по времени (каждые 30 минут). В этом смысле они обладают несомненным преимуществом с точки зрения численного анализа в определенный синоптический срок. К сожалению, на большинстве современных геостационарных спутников отсутствует многоспектральная аппаратура, а разрешающая способность измерений уступает разрешающей способности измерений с полярноорбитальных спутников.
Разнородные на первый взгляд задачи анализа облаков и ТПО на самом деле весьма близки в методологическом плане: используется один и тот же источник спутниковой информации, имеется одна и та же задача разделения сигналов, поступающих от облачности и подстилающей поверхности. Технологически это может решаться в рамках единого алгоритма получения сведений о температуре поверхности океана и верхней границы облаков. Именно в связи с такой методологической близостью процедур получения спутниковой информации в диссертации рассмотрены методики анализа, как облачности, так и ТПО.
Тем не менее диагностика поля облачности имеет существенное значение для мониторинга климатической системы Земли, а также для многих прикладных целей, поэтому интерес к этой проблеме не ослабевает и к настоящему времени предложено довольно много методик анализа облачного покрова с использованием спутниковых измерений в видимом и инфракрасном (ИК) участках спектра, поскольку только измерения со спутников могут дать информацию об облачности в глобальном масштабе.
В предлагаемой диссертации, состоящей из 6 глав, последовательно излагаются вопросы, связанные с численным анализом облачности (методика анализа и результаты ее проверки) и анализом температуры поверхности океана (также методика анализа и результаты ее испытания). Основные выводы, полученные в результате работы над диссертацией, изложены в заключении.
В состав полезного груза спутника «НОАА» входят приборы, предназначенные для измерения обратного рассеивания ультрафиолетового излучения Солнца и альбедо Земли. Эти приборы используются для измерений содержания озона, падающего и отраженного излучений планеты.
Информация, собранная с помощью усовершенствованных приборов этих спутников, обрабатывается и хранится на борту для передачи через станции КДА в центральный пункт обработки в г. Сьютленд, шт. Мэриленд. Данные также передаются в реальном масштабе времени на удаленные станции, расположенные по всему миру.
В СССР один из спутников серии «Космос» является метеорологическим спутником с высотой орбиты 900 км, наклонением орбиты к экватору 81,3°. В последние десять лет эксплуатационным метеорологическим космическим аппаратом в СССР стал спутник «Метеор». Два или три спутника этой серии находятся на орбите одновременно. Спутники «Метеор» собирают информацию о состоянии атмосферы, тепловом излучении Земли, потоках заряженных частиц. Метеоданные с борта спутников могут непосредственно принимать более пятидесяти метеостанций на территории СССР. Полезный груз спутника в основном состоит из оптико-механического телевизионного оборудования, работающего в видимой области спектра. Кроме того, имеется сканирующая инфракрасная аппаратура для получения данных о содержании влаги в атмосфере и вертикальном профиле температур. Предупреждения о внезапных изменениях погоды по объединенным данным с метеорологических радиолокационных станций и спутников передаются по радио из Москвы, Ленинграда и других центров, а специальная служба сообщает эту информацию на суда и самолеты.
Когда сильные ураганы «Давид» и «Фредерик» обрушились на Карибское море и двигались на восток и к побережью Мексиканского залива в августе — сентябре 1979 г., сотни тысяч жизней были спасены благодаря тому, что на орбитах находились метеорологические спутники. Данные, полученные с этих спутников, позволили метеорологам определять направление движения ураганов с большой точностью и своевременно оповещать местное население об их приближении. В комплекс спутников, осуществлявших наблюдения в то время, входили геостационарные спутники, функционирующие в соответствии с программой глобальных атмосферных исследований (ГАРП) 1978—1979 гг., направленной на изучение глобальных процессов, приводящих к изменениям погоды и климата, и, таким образом, способствующей деятельности Всемирной службы погоды, которая ежесуточно проводит более 40 000 наблюдений. 147 стран — членов Всемирной метеорологической организации и Международного совета научных объединений принимали участие в этом самом крупном совместном эксперименте, который включал наблюдения и измерения с борта судов, самолетов, буев, шаров-зондов, метеорологических ракет и спутников для слежения за движением воздуха и влаги над каждым районом земной поверхности. Целью исследований было определение практических пределов предсказания погоды и, исходя из этого, технического облика соответствующей системы всемирного обзора. Спутники, работающие в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, регулярно передавали дневные и ночные изображения облачного покрова Земли. Эти изображения позволили метеорологам опознавать, отслеживать и регистрировать сильные бури, состояние снежных покровов, температуры морской поверхности и атмосферы, ураганы и тайфуны. Пять геостационарных спутников международной системы (см. диаграмму внизу) включали три американских спутника «СМС»/«ГОЭС», один спутник «Метеосат», изготовленный в Европе, и один японский геостационарный метеорологический спутник «ГМС», изготовленный в США. На рисунке справа показано относительное расположение этих спутников и границы областей измерений при различных углах обзора: при 10°— области связи; при 20°— области информации об облачности; при 30°— измерения скорости ветра с точностью 5 м/с; при 40°— измерения скорости ветра с точностью 2,5 м/с.
На основе изображений, полученных со спутников «СМС»/«ГОЭС», подготавливаются фотографические материалы и оформляются результаты машинной обработки. Уникальным свойством информации с геостационарных спутников является возможность получать с записи ряда изображений (в видимом и инфракрасном диапазонах) кинокадры полного диска Земли за некоторый промежуток времени. Используя ручную и машинную технологию, на изображениях прослеживают перемещения зон облачности с целью определения скорости и направления ветров.
Метеорологические исследования атмосферы в СССР
Уже довольно давно началась разработка разнообразных косвенных (наземных) методов изучения верхних слоев атмосферы. Косвенные методы позволили получить о них обширные сведения, но это были все-таки косвенные результаты, полученные путем обработки наблюдений на основе теорий, справедливость которых не всегда или не во всех отношениях была доказана. Естественно поэтому, что уже давно появилось стремление получить сведения о верхней атмосфере путем прямых измерений интересующих нас величин. В связи с этим уместно вспомнить, что еще в конце прошлого столетия великий русский ученый К. Э. Циолковский выдвинул идею исследования верхней атмосферы с помощью ракет. Однако лишь 50 лет спустя развитие ракетной техники позволило осуществить эту идею.
Для изучения и прогноза метеорологических явлений в атмосфере исключительно важно представлять себе трехмерную картину изучаемых процессов. Поэтому существенную роль в исследовательской работе и практике метеорологического обслуживания имеют вертикальные зондирования атмосферы с целью измерения атмосферного давления, скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха и других характеристик на различных высотах. Изобретение аэростатов позволило впервые приступить к осуществлению задачи вертикального зондирования атмосферы. России принадлежат первые в истории науки исследования в этом направлении: 30 июня 1804 г. Я. Д. Захаров предпринял специальный подъем на аэростате с целью изучения атмосферы. Много сделал для пропаганды аэрологических исследований Д. И. Менделеев. Естественно, однако, что использование пилотируемых аэростатов не позволяло наладить массовых наблюдений и существенно повысить потолок зондирований. Для решения такой задачи необходима была разработка автоматической аппаратуры малого веса, запускаемой с помощью небольших шаров. Это было сделано под руководством выдающегося советского метеоролога П. А. Молчанова; 30 января 1930 г. состоялся запуск первого в мире радиозонда, получившего его имя. С тех пор возникла обширная мировая сеть станций аэрологических радиозондирований и значительно усовершенствована аппаратура радиозондов. В настоящее время работа службы погоды была бы совершенно немыслимой без использования результатов массовых аэрологических зондирований, включающих сведения об атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха, скорости и направлении ветра на различных высотах.
Как уже отмечалось, наибольшее внимание в ракетных исследованиях уделялось измерению температуры, давления, химического и ионного состава атмосферы, для чего широко использовались два метода. Один из них осуществлялся путем измерений на ракете, получившей название метеорологической. При другом методе измерения производились на отделяемом от ракеты контейнере. Широкое распространение получили мощные высотные геофизические ракеты.
Изучение нижних слоев атмосферы — так называемой тропосферы, простирающейся в среднем до высоты порядка 10 км, началось в нашей стране уже давно: первые научные наблюдения за состоянием атмосферы были организованы в России в 1722 г., а вскоре появилась и небольшая сеть метеорологических станций. Лишь спустя примерно 50 лет была предпринята попытка создать систему метеорологических станций в Западной Европе.
Как уже говорилось, сейчас на земном шаре существуют тысячи метеорологических станций, которые ведут систематические наблюдения за изменением погоды. Большое число аэрологических станций осуществляет вертикальные зондирования атмосферы до высот около 20 — 30 км. Получаемые этими станциями наблюдения используются для составления синоптических карт, которые служат основным средством предсказания погоды. Необходимо учесть, однако, что около 80% поверхности земного шара занято океанами и морями, а значительная часть суши малодоступна (полярные области, пустыни и др.). Эта большая часть земной поверхности освещена в метеорологическом отношении весьма скудно — эпизодическими наблюдениями с кораблей, немногочисленными арктическими и высокогорными метеорологическими станциями. Таким образом, несмотря на сравнительно густую сеть метеорологических станций в населенных областях земного шара, синоптическая карта земной поверхности содержит большое число протяженных белых пятен, которые должны заполняться по интуиции синоптика, составляющего прогноз погоды.
Космическая съемка с оптических и радарных спутников
Инициатором внедрения аэрометодов в геолого-географических исследованиях в Советском Союзе следует считать академика А. Е. Ферсмана, который еще в 1927 году, выступая в печатном виде, придавал большое значение роли самолетов в географических исследованиях. С 1931 года были созданы различные научные и производственные организации, специализирующиеся на изучении и применении результатов аэросъемок в различных геологических работах. Разработаны методические пособия и рекомендации, опубликованы монографии, учебники и справочники, которые обобщают опыт использования аэросъемок для решения прикладных геологических задач.
В 1950-х годах, наряду с общим развитием определенных типов воздушных методов, используемых в геологии, также наблюдалась их значительная изоляция. Авиационные геофизические работы выделялись в совершенно самостоятельной форме, среди которых основное место принадлежит аэромагнитным и аэрорадиометрическим съемкам.
Специалисты по спутниковым системам приема информации, анализируя первые снимки, в первую очередь подчеркивают их исключительную важность для страны. Важность создания такой системы в России нельзя недооценивать — это значительный шаг вперед по сравнению с космическими системами предыдущего поколения, без которых невозможно дальнейшее развитие систем наблюдения Земли из космоса. Заслуги разработчиков аппарата из самарского ЦСКБ «Прогресс» достойны самых высоких оценок. Конечно, невозможно ожидать невозможного от принципиально нового спутника.
Используя дистанционные исследования, мы изучаем физическое поле Земли на расстоянии, чтобы получить информацию о строении земной коры. Физической основой дистанционных методов исследования является излучение или отражение электромагнитных волн природными объектами. В геологических исследованиях, проводимых с самолетов, космических кораблей и спутников, используются методы дистанционного зондирования, которые используют видимый и ближний инфракрасный диапазоны электромагнитного спектра, а также специальные виды исследований. К последним относятся методы с использованием области электромагнитного спектра, невидимой человеческому глазу, и методы, основанные на изучении геофизических параметров Земли.
Определенный интерес для использования в ГИС представляют изображения со спутников серии Resource-O и Ocean. Эти спутники оснащены сканерами MSU-SK (5 диапазонов съемки, пространственное разрешение 160 м) и MSU-E (три диапазона съемки, пространственное разрешение 40-45 м).
Дистанционные методы исследования в геологии
Хотя мы всегда наблюдаем, чтобы собирать информацию, термин «наблюдение», используемый для описания психологического исследования, означает обычно, что как минимум проводятся наблюдения за поведением объекта в конкретное время или в контексте определенных событий. Но наблюдение выступает и специальным методическим приемом со своими особенностями, и тогда мы можем говорить о нем как о специальном методе в той или иной научной дисциплине. «Великое преимущество наблюдения состоит в том, что оно. выявляет в объекте его бесчисленные свойства и взаимосвязи. Наблюдение дает целостный и естественный образ, а не набор точек. Чем проще метод наблюдения и чем менее мы полагаемся на средства увеличения и выделения отдельных деталей, тем шире поле исследования и тем более естественным образом оно сохраняется неповрежденным» 1 .
пишет, что «из всех знаковых средств, из всех механизмов человеческого общения, первенствующее значение принадлежит, конечно, речи» 1 . Внимательно вслушиваясь в речь незнакомого собеседника, наблюдая его в разных коммуникативных ситуациях, мы можем составить портрет языковой личности . Речь человека несет в себе информацию о самых различных чертах личности говорящего. «Человек говорящий» предстает в виде многогранного, многопланового объекта исследования, неповторимость которого определяется уникальной комбинацией социально-психологических характеристик.
Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучение околоземного и межпланетного космического пространства, выявилось весьма высокая эффективность использования околоземного космоса и космических технологий в интересах многих наук о Земле: география, гидрология, геохимия, геология, океанология, геодезия, гидрология, землеведение.
Дистанционное зондирование в тепловой инфракрасной области спектра — более сложная задача, чем в видимой и ближней инфракрасной областях. Это обусловлено тем, что в тепловой области измерения чувствительны к температуре, которая характеризуется следующими свойствами для соответствующих природных объектов:
- а) те, кто правильно оценивает самих себя; эти люди обладают высоким интеллектом и чувством человечности;
- б) те, кто правильно оценивает своих друзей и знакомых; эти люди менее общительны, чем предыдущие, но обладают более артистичной натурой;
- в) те, кто лучше оценивает незнакомых людей; эти люди умны, художественно одарены, но не вполне приспособлены к социальной жизни.
