Файл: Лабораторный практикум В. Ф. Говердовский, А. В. Дикинис.pdf

2.  При ясном небе нисходящий поток длинноволновой радиа­

ции у земной поверхности Fj(0), называемый противоизлучением 

атмосферы, а также полный поток длинноволновой радиации F-ф 

называемый эффективным излучением

F ^  = F a(0) = F m - F m

(6-40)

можно приближенно оценить по значениям температуры и влаж­
ности у земной поверхности.  Энергетическая  освещенность  под­

стилающей земной поверхности встречным излучением атмосфе­

ры (противоизлучением) измеряется непосредственно или опреде­
ляется по формуле:

FA= о Т4а(0,61+0,05 

у [ ё

), 

(6.41)

где 

ТА-

 температура воздуха (К) на высоте 2 м над земной поверх­

ностью; 

е -

 парциальное давление (гПа) водяного пара на этой же 

высоте.

Поглощенная  и  отраженная  земной  поверхностью  части 

встречного излучения определяются соотношениями:

F An 

= е 

- F a   И 

F

Аотр = (1 - s)Fa. 

(6.42)

3.  Эффективное излучение земной поверхности рассчитывается 

по уравнению:

F3$ = Ft(0)-eFA 

или 

F^=E[CT74o-CT74A(0,61 + 0,05>/e)]. 

(6.44)

Величина эффективного  излучения,  взятая  со  знаком минус, 

представляет собой длинноволновый баланс 

Вя  :

5д = а д  = е  F

a

-FT(0). 

(6.45)

В расчетной практике часто принимают 

Т0=  ТА

 и используют 

приближенную формулу:

F*3$ =80 7\(0,39 +, 0,05 

4 е

 ). 

(6.46)

При наличии облачности эффективное излучение определяет­

ся выражением:

•Р э ф  о б л =   F -зф ясно( 1  

-  

cN),

( 6 . 4 7 )

166

где 

F

 Эф ясно - эффективное излучение при ясном небе; 

N

 - количе­

ство облаков (в баллах), 

с

 = 0,76 - эмпирический облачный коэф­

фициент (может изменяться в пределах от 0,50 до 0,82). Индиви­

дуализируя  коэффициент 

с

  для  облаков  разных ярусов,  можно 

воспользоваться более точным соотношением

^o6h = ^scho(1 - 0,076 

пн-

 0,052 

пс-

 0,022 

пв),

(6.48)

где и„, 

пс,  пв

 - соответственно количество облаков нижнего, сред­

него и верхнего яруса (в баллах).

4.  Радиационный  баланс  подстилающей  земной  поверхности, 

называемый  ещё  остаточной радиацией, характеризуется соотно­

шением

В п = RB(

 0) = 

(S' + D ) - ( l - A ) ~

 ^эф, 

(6.49)

где 

S'

 - прямая солнечная радиация на горизонтальную поверх­

ность; 

D  —

 рассеянная солнечная радиация; 

А

 - альбедо земной по­

верхности; ^эф - эффективное излучение земной поверхности.

5.  Радиационный баланс атмосферы определяется соотношением

В  

А

 = Л а(°°) = ^эф + 

Qn~  Uao,

(6.50)

где 

Q„ -

 суммарная радиация, поглощенная вертикальным столбом 

атмосферы,  имеющим  единичное  сечение  и простирающимся  от 
земной поверхности до верхней границы атмосферы; 

UK -

 длинно­

волновое  излучение  Земли  и  атмосферы,  выходящее через  верх­
нюю  границу  указанного  столба  атмосферы  в  космическое  про­

странство (уходящее излучение).

6.  Радиационный  баланс  системы  Земля-атмосфера рассчиты­

вают по формуле:

B c = Rc(z) = ( S ' + D ) - ( \ - A )  + Q „ - U „ .

(6.51)

167

I I I .   П РИ Е М  И  П Е Р В И Ч Н А Я  О Б Р А Б О Т К А  

И Н Ф О Р М А Ц И И  М Е Т Е О РО Л О ГИ Ч Е С К И Х  

С П УТН И К О В  З Е М Л И  (М С З )

Основным источником информации, которая может быть по­

лучена при дистанционном зондировании Земли из космоса, явля­

ется поле излучения земной поверхности и атмосферы, поскольку 

никакие  другие  характеристики  не  могут  быть  непосредственно 

измерены  со  спутника.  Только  измерение  аппаратурой  МСЗ  ин­

тенсивности  этого  поля  лежит  в  основе  получения  космических 

изображений Земли, а также различной дискретной информации о 

состоянии естественных объектов, образований, процессов и явле­
ний, наблюдаемых в географической оболочке.

В современной аэрокосмической технике широко применяют­

ся методы (телевизионные, сканерные, радиолокационные, лидар- 
ные), использующие принцип сканирования по местности и/или по 
спектру излучения.

Принцип сканирования по местности заключается в последовав 

тельном просмотре отдельных элементов земной поверхности поперек 

траектории полета. Воспринятое объективом аппаратуры излучение 
через  специальные  фильтры,  разделяющие его  на требуемые под­

диапазоны, фокусируется на детекторах, преобразуется в электриче­

ские сигналы, а затем либо запоминается на борту спутника (режим 

запоминания информации), либо сразу по радиоканалам транслиру­

ется на Землю (режим непосредственной передачи информации).

Специальные калибровочные сигналы (от эталонных излучате­

лей, из открытого космоса и др.), замешиваемые в научную инфор­
мацию, позволяют формировать изображение или поэлементно из­
мерять распределение спектральных интенсивностей излучения ес­
тественных образований и объектов. Высота полета носителя и угол 
сканирования (отклонение луча визирования) относительно верти­
кали определяют ширину полосы обзора земной поверхности.

Сканирование по  спектру электромагнитного  излучения осу­

ществляется управляемыми фильтрами.

Данные аэрокосмических измерений могут быть доставлены по 

радиоканалам на Землю двумя принципиально различными спосо­

бами: или в виде изображений, или в форме электрических сигналов.

168

Орбита  спутника  определяется  наклонением,  средней  высотой, 

эксцентриситетом и долготой восходящего узла. Для ИСЗ метеороло­

гического и ресурсного назначения требуется, чтобы орбита была око- 

лополярной, солнечно-синхронной и близкой к круговой (в этом слу­

чае получаемые одной и той же аппаратурой изображения будут иметь 

одинаковые масштабы и разрешение).  Соотношение между высотой 

орбиты и полосой обзора чаще всего выбирается таким, чтобы через 

определенное количество суток проекция орбиты на земной поверхно­
сти совпадала с начальной, а за прошедший период был осмотрен весь 

земной шар. Выведенный на такую орбиту спутник проходит над од­

ними и теми же географическими районами в одно и то же местное сол­
нечное время, то есть при примерно одинаковых условиях освещения.

Особый интерес для решения задач дистанционного зондирова­

ния представляет использование не просто кратной орбиты, а такой, 

при которой спутниковая трасса с заданной периодичностью прохо­

дит через определенный географический район (контрольный, тесто­

вый полигон и т. п.), где одновременно проводятся комплексные (на­
земные,  самолетные,  судовые  и  пр.)  подспутниковые  наблюдения. 

Такие  исследования  необходимы  для  разработки  единых  методов 

интерпретации и использования данных спутниковых наблюдений.

Для обеспечения более оперативного обзора всей земной поверх­

ности или более частого наблюдения одних и тех же географических 

районов, создаются космические системы из нескольких спутников.

Практическая  ценность  космических  снимков  существенно 

зависит от первичной обработки и, в первую очередь, от времен­

ной и географической привязки, которые выполняются в опреде­
ленной последовательности сразу после приема информации.:

Временная  привязка  снимков  осуществляется  по  минутным 

меткам бортового единого времени (БЕВ), отмечаемым на косми­

ческих снимках.

Для  привязки  снимка к местности необходимо  знать точное 

время,  когда  была  экспонирована,  по  крайней  мере,  одна  точка 

(или строка) изображения. Время экспонирования остальных уча­

стков снимка и соответствующие им географические координаты 
могут быть рассчитаны с учетом элементов орбиты, характеристик 

спутниковой бортовой и приемной наземной аппаратуры.

Чаще  всего  географическая  привязка  снимка  заключается 

в  наложении  определенным  образом  на изображение координат­

169

ной  сетки  (палетки),  рассчитанной  заранее  для  некоторых  стан­

дартных орбит (например, долготы восходящих узлов которых от­
личаются на  1°).  Уточнение географической привязки в пределах 

некоторой невязки  (одного градуса)  осуществляется  за счет сме­

щения изображения относительно края сетки (по минутным мет­
кам и контурам наземных естественных объектов).

На  персональных  станциях  приема  данных  дистанционного 

зондирования Земли из чкосмоса географическая привязка осуще­

ствляется  по  специальной  программе,  реализуемой  с  помощью 
компьютера,  путем  расчета  меридианов  и  параллелей  отснятой 

территории  с  последующим  впечатыванием  (замешиванием)  их 

в космический снимок (например, программа Geolocation, выпол­

няющая  функции географической  привязки  космических  изобра­

жений в приемных станциях «Скан Экс»),

Между  спутником  и  любым  пунктом  в  его  зоне  видимости 

может быть установлена прямая радиосвязь, а между двумя пунк­

тами,  находящимися  в  зоне видимости одного  и того же ИСЗ - 

связь через данный спутник.

Для получения радиосигналов, поступающих со спутников, рабо­

тающих в режиме непосредственной (оперативной) передачи инфор­

мации, используется специальная наземная аппаратура с направленной 
антенной. Антенна должна быть наведена на спутник, чтобы получить 

максимально возможный по мощности (амплитуде) сигнал при мини­

мальном уровне шума. Процесс управления антенной, наведенной на 

движущийся ИСЗ, называется слежением. Для слежения требуется ин­

формация о пространственном положении спутника в зоне радиовиди­

мости. Необходимыми данными для этого являются азимут спутника и 

его высота над линией горизонта наземного пункта приема информа­

ции, время входа (и выхода) спутника в зону радиовидимости. Ком­

плекс этих данных определяет содержание целеуказаний на прием ин­

формации от спутника в режиме непосредственной передачи.

Эфемериды* спутников для расчета целеуказаний сообщаются 

в телеграммах соответствующих служб, передаваемых по линиям 

связи в виде сводок, закодированных специальным кодом.

*  Эфемериды - астрономические  сведения,  указывающие  заранее  вычисленные 

положения  (координаты)  небесных  тел  для  ряда  последовательных  моментов 
равномерно текущего времени (эфемеридного времени).

170