Третья всероссийская открытая конференция
«Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 14-17 ноября 2005 г.
Сборник тезисов конференции
Проект самолетного микроволнового радиометрического сканера
Кузьмин А.В., Поспелов М.Н., Хапин Ю.Б.
Институт космических исследований РАН
117997, Москва, ул. Профсоюзная 84/32
E-mail: Alexey.Kuzmin@asp.iki.rssi.ru, тел.: (095) 333-43-02
Предлагаемый проект направлен на использование новых технологий микроволновой поляриметрии и спектрометрии для разработки прототипа перспективного космического комплекса наблюдений поверхности океана и атмосферы. Такие технологии позволят осуществлять глобальный мониторинг параметров поверхностных волн, скорости и направления приводного ветра, определять потоки тепла, влаги и импульса на границе атмосферы и океана, существенно повысить точность определения интегрального содержания водяного пара и водозапаса облачности в атмосфере. Результатом выполнения проекта будет создание самолетного радиометрического комплекса как прототипа космического прибора нового поколения.
Проведенные исследования в рамках грантов РФФИ и поисковых научно-исследовательских работ позволили сделать следующие основные выводы. Воздействие ветра на морскую поверхность меняет ее излучательную способность и находит отражение в поляризационных параметрах (параметрах Стокса) собственного теплового микроволнового излучения. Существующий уровень развития техники микроволновой радиометрии позволяет создавать поляриметры с флуктуационной чувствительностью порядка десятков милликельвин, что позволяет ставить вопрос о дистанционном измерении с их помощью из космоса скорости и направления ветра над морской поверхностью с точностью порядка 1 м/с и 10 градусов. Обнаруженные в ИКИ РАН резонансные эффекты в тепловом радиоизлучении взволнованной водной поверхности позволяют решать обратную задачу определения параметров спектра волнения по измеренным характеристикам излучения.
Перспективным также является подход к определению интегрального содержания водяного пара в атмосфере на основе спектрометрических измерений в линии поглощения водяного пара 22,235 ГГц. Такие измерения позволят повысить точность восстановления влагосодержания над океаном, а также восстанавливать интегральное влагосодержание атмосферы над сушей, что при одночастотном зондировании было невозможно.
Огромное достоинство космических дистанционных методов состоит в том, что они позволяют находить интегральные характеристики энерго- и массо-обмена между океаном и атмосферой, и тем самым устанавливать климатические тенденции при накоплении экспериментальных данных.
Результаты модельных расчетов радиояркостных контрастов позволяют обоснованно подойти к выбору диапазона частот и углов зондирования перспективного спутникового поляриметрического комплекса, предназначенного для дистанционного измерения вектора скорости ветра над океаном, характеристик ветрового волнения, а также интегрального содержания водяного пара в атмосфере и водозапаса облачности.
В результате выполнения проекта будет создан радиометрический комплекс дистанционного зондирования системы океан-атмосфера, приспособленный для установки на летательном аппарате (самолет, вертолет, дирижабль).
Основные параметры радтометрического сканера:
- диаметр основного зеркала 0,4-0,6 м;
- частота 6,8; 10,65; 18,7; 20-24 (3 спектральных канала), 36,5 и 89,0 ГГц;
- количество каналов 19;
- поляризация: горизонтальная на частотах 20...24 ГГц;
- горизонтальная и вертикальная на частотах 6,8 и 89 ГГц;
- горизонтальная, вертикальная и под углом ±45 град. на частотах 18,7; 10,65 и 36,5 ГГц;
- сканирование - коническое с периодом 1 с;
- угол падения луча на поверхность 45 град;
- погрешность измерения радиояркостной температуры составляет 1,0 К.
Существенные отличия от отечественных и зарубежных аналогов заключаются в возможности проведения поляризационных измерений, что позволяет восстанавливать скорость и направление приповерхностного ветра, а также в наличии спектрометрических каналов в линии резонансного поглощения водяного пара 22,235 ГГц, которые позволяют восстанавливать интегральное влагосодержание атмосферы над произвольным типом подстилающей поверхности.
Исследования проведены при поддержке INTAS (проект № 03-51-4789) и РФФИ (проект № 05-05-64451).

Вопросы создания и использования приборов и систем для спутникового мониторинга состояния окружающей среды 87