ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ.
- Проводились работы по созданию методики использования данных о суточной динамике температуры подстилающей поверхности для оценки пожароопасности лесов. Для этого была разработана модель, позволяющая оценить потенциальные возможности методики на основе сравнения результатов моделирования и реальных данных, поступающих с метеорологических спутников серии NOAA. Показано, что подобная методика может быть использована для оценки зон выпадения осадков. Эта информация на сегодняшний день является ключевой при оценке пожароопасности по данным спутникового дистанционного зондирования.
- Совместно с ИСЗФ СО РАН проводились работы по оценке точностей методик определения лесных гарей по данным спутников NOAA на основе совместных обработок данных, поступающих со спутников серии NOAA и со спутников серии РЕСУРС.
- Радиолокационные исследования океана:
С помощью радиолокационной съемки с ИСЗ ERS-2 летом 1997 и 1998 г. проведены экспериментальные исследования рыбопромысловых районов Норвежского моря. Сопоставление судовых данных, ИК-съемки с ИСЗ NOAA и радиолокационной съемки показало, что имеется корреляция между ИК и РЛИ, связанная с вариациями интенсивности ветрового волнения сантиметрового диапазона из-за изменения разницы температур вода – воздух. Сравнение данных 1997 и 1998 г. показало, что конфигурация рингов во фронтальной зоне Норвежского течения в целом носит устойчивый характер от года к году в один и тот же сезон при сходных метеоусловиях.
Обнаружена корреляция между структурами течений и фронтальных разделов на изображениях РСА, ИК-радиометра (при безоблачной погоде) и по данным in situ. Установлено, что при скоростях ветра менее 1-2 м/с и более 7 м/с на РЛИ отсутствуют неоднородности, связанные с течениями. По радиолокационным данным обнаружена тенденция к концентрации первичной продукции преимущественно на периферии циклонических и в центре антициклонических круговоротов во фронтальной области Северо-Атлантического течения.
В 1998 году начата работа в рамках проекта РФФИ № 98-02-16217, направленного на выявление и адекватное описание неизвестного ранее нерезонансного механизма рассеяния электромагнитных волн взволнованной поверхностью океана на основе теоретической интерпретации накопленных в ходе предыдущих экспериментов данных радиолокационного зондирования океана. Полученные результаты вносят вклад в решение фундаментальной проблемы статистической радиофизики, заключающейся в дальнейшем развитии теории рассеяния электромагнитных волн шероховатой поверхностью применительно к задачам дистанционных аэрокосмических исследований океана.
Проведенные исследования включали в себя:
-- поляризационный анализ данных дистанционного зондирования океана с целью разделения вкладов резонансного и нерезонансного рассеяния;
-- оценку сечений обратного рассеяния, обусловленных резонансным и нерезонансным механизмами;
-- построение элементов электродинамических моделей рассеяния на немалых и непологих неровностях.
Выявлено, что нерезонансный механизм рассеяния связан с существованием крутых высоких неровностей водной поверхности, в частности, с микрообрушениями крутых гравитационных поверхностных волн при их взаимодействии с полем течений внутренних волн в океане. Проведенный теоретический анализ накопленных результатов двухполяризационных радиолокационных измерений подвели к возможности построения согласованной статистико-электродинамической модели рассеяния на высоких и крутых неровностях. Модель строится на основе методов геометрической теории дифракции с учетом эффекта усиления обратного рассеяния.
На основе анализа модуляций радиолокационного сигнала морской поверхностью, возмущенной полем ветра в зоне повышенной волновой активности атмосферы, выявлены особенности тонкой структуры поля приводного ветра вблизи границы холодного атмосферного фронта. Продемонстрирована возможность восстановления скорости и направления ветра по значениям радиолокационного сигнала на двух поляризациях. Наблюдаемая картина интерпретирована в рамках представлений о внутренних волнах, генерируемых при движении холодного атмосферного фронта. Показано, что изображения, получаемые при помощи радиолокаторов бокового обзора авиационного и космического базирования, могут существенно дополнить и расширить возможности наблюдения и изучения внутренних гравитационных волн в атмосфере над океаном, позволяя определять их пространственно-временную эволюцию, что недоступно наземным средствам наблюдения.
В рамках гранта РФФИ № 98-05-64489 в 1998 году начата работа исследованию хорошо наблюдаемых по поверхностным проявлениям эффектов столкновения солитонов внутренних волн, которые приводят к характерным искажениям (искривлениям, разрывам и т.п.) волновых фронтов. Рассмотрены три случая взаимодействий:
- Случай «солитонно-подобных» взаимодействий, при котором цуги внутренних волн не испытывают видимых изменений в процессе взаимодействия, кроме фазового сдвига передних фронтов.
- Случай «эластичного взаимодействия», при котором оба цуга испытывают значительные изменения, выражающиеся в разрушении передних фронтов, обрушении и образовании новой единой волновой структуры.
- Случай «неэластичного столкновения», при котором более сильный цуг внутренних волн полностью разрушает более слабый.
Было показано, что радиолокаторы самолетного и космического базирования могут служить надежным средством изучения качественных характеристик нелинейного взаимодействия внутренних волн в океане.
- Микроволновые радиометрические исследования океана:
Выполненны лабораторные эксперименты в которых исследовалось влияние потока тепла и интенсивности подповерхностной турбуленности на температуру поверхностного скин слоя для чачтоты 60 ГГц . Сопоставление с аналогичными результатами, полученными в Лаборатории исследования окружающей среды (г. Боулдер, США) на частоте 325 ГГц, позволило сделать вывод о толщине вязкого подслоя, в котором поток тепла поддерживается механизмом молекулярной теплопроводности.
Выполнен анализ поляризационных радиометрических измерений с дирuжабля во время эксперимента COPE’95. Данные позволиили востановить спектры кривизны гравитационно-капиллярных волн в интервале волновых чисел 0.1-10 рад/см и среднеквадратичный уклон крупномасштабного волнения. Решение обратной задачи базируется на теории «критических явлении» в тепловом излучении шероховатой поверхности, исследование которых проводилась под руководством В.С. Эткина начиная с 1978 года. Анализ данных позволил сделать вывод о наличии максимума в спектре кривизны, положение которого смещено относительно волнового числа соответствующего минимуму фазовой скорости. Максимум спектра кривизны совпадает с положением максима в инкременте роста поверхностных волн, который определяется решением уравнения Орра-Зомерфельда для реалистичных профилей скорости в воздухе и воде. Полученные данные позволили оценить адекватность различных моделей спектров ГКВ. Был сделан вывод, что поляпизационные радиометричес4ие измерения на различных углах наблюдения являются наиболее простым и эффективным подходом для иследования коротких волн на поверхности океана. Метод может применятся с неподвижных платформ, исследовательских судов, садолетов или спутников.
В соответствии с программами работ по грантам РФФИ 98-02-16217б 98-02-16218 и 97-02-17275 проведены экспериментальные исследования микроволнового излучения и рассеяния водной поверхности. Работы были выполнены на Московком море в соответствии с грантом 98-02-31004, предусматривающим проведение комплексных экспериментальных работ по исследованию акустических и радиогидрофизических характеристик взволнованной водной поверхности.
Для проведения экспериментальных исследований использовался следующий состав микроволновой аппаратуры:
- Радиолокационная станция секторного обзора (длина волны 3 см) с цифровым интерфейсом.
- СВЧ-радиометры, скаттерометры и радиометры -поляриметры (длина волн от 0.8 см до 8см).
- Авторизированный комплекс измерения метеопараметров.
- Высокочастотный акустический гидролокатор.
В ходе эксперимента исследовались зависимости сечений обратного рассеяния и радиояркостных контрастов на различных поляризациях в условиях воздействия ветра и осадков различной интенсивности. Полученные данные позволили дать оценку применимости различных моделей, объясняющих процессы формирования собственного и рассеянного СВЧ излучения водной поверхности, возмущаемой одновременно ветром и осадком.
- Создание базы данных радиолокационных и оптических изображений океана
В 1998 г. продолжалась работа по созданию базы данных аэрокосмических изображений с доступом по сети Интернет или Интранет. Принципиальной особенностью базы данных этого типа является реализация принципов базы изображений с выборкой в зависимости от пропускной способности сетевого канала и возможностей видеосистемы рабочей станции полноразмерного кадра изображения с различной степенью детализации. Степень детализации и описание кадра устанавливается заранее пользователем в процессе заполнения бланка запроса, поступающего на сервер. Аналогичные принципы применяются в специализированных базах изображений, разрабатываемых в настоящее время группой исследователей в Университете Беркли, Калифорния, США.
- Разработана концепция развития дистанционного зондирования Земли на базе группировки малых КА.