Современные проблемы географии

Спутники  и датчики

Дистанционное зондирование в видимом диапазоне основано на наблюдении яркости рассеянного и отраженного океаном солнечного света. Такую съемку ведут с помощью оптических камер и сканеров: из российских – это многозональные сканеры МСУ-М, МСУ-СК и МСУ-Э на спутниках «Ресурс-О» и «Метеор», «Океан»; из зарубежных – сканеры спутников NOAA, Landsat, Spot, IRS и многих других, а также специально созданные для изучения цвета океана системы CZCS (Coastal Zone Color Scaner) спутников Nimbus и SeaWiFS (Sea viewing Wide Field Sensor - сканер цвета моря) спутника SeaStar.

Зондирование  в тепловом инфракрасном диапазоне  для определения температуры  поверхности океана основано на измерении  собственного теплового излучения  поверхности океана. Наиболее известен сканирующий радиометр AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) на спутниках серии NOAA – его данные получили повсеместное признание и используются во всем мире; другой известный аналог – радиометр серииATSR (Along Track Scanning Radiometer) на европейских спутниках ERS и Envisat.

Пассивное зондирование в микроволновом радиодиапазоне, который в отечественной литературе называют СВЧ-диапазоном, основано на регистрации собственного СВЧ и радиотеплового излучения океана (системы океан-атмосфера); активное (радиолокация) зондирование – на излучении со спутника и приеме отраженного/рассеянного морской поверхностью радиосигнала. Среди данных пассивных СВЧ-радиометров накоплены значительные массивы данных радиометров SSMR спутников Nimbus и SSM/I, спутников DMSP. С помощью пассивных радиометров можно получить информацию о температуре поверхности океана, сплоченности и толщине морских льдов и даже солености, а также влагозапасе облаков, интенсивности осадков, скорости ветра. Основным средством активного зондирования стали радиолокаторы бокового обзора с реальной антенной (РЛСБО) и антенной с синтезированной апертурой (РСА или SAR). Наибольший вклад в исследование океана внесли SAR на спутниках Seasat, ERS-1, ERS-2, Radarsat и Envisat, среди российских – РЛСБОна спутниках серии «Океан» и РСА на спутнике «Алмаз». На принципе активной локации работают также радиоальтиметры (для измерения уровня океана и высоты волн) спутников Topex/Poseidon, Jason и др., и скаттерометры (для измерения поля приповерхностного ветра) NSCAT, QuikScat и др. Большинство перечисленных датчиков позволяют вести глобальный мониторинг Мирового океана и их данные доступны через Интернет практически в реальном времени.

Влияние атмосферы

Работоспособность датчиков оптического диапазона (видимого и теплового инфракрасного) в  значительной степени ограничена погодными условиями (в первую очередь наличием облачности), состоянием атмосферы и освещенностью. Датчики радиодиапазона SAR, РЛСБО, СВЧ-радиометры, альтиметры и скаттерометры могут работать независимо от облачности и освещенности. В настоящее время исследования океана радиолокационными методами являются одним из активно развивающихся направлений спутниковой океанографии.

Наверх

На страницу 2 занятия     |    На главную страницу семинара

Поля и явления Мирового океана, исследуемые дистанционными методами  

 

Поля  и явления Мирового океана	Параметры и характеристики	Датчик / Спутник
Температура поверхности океана	Температура поверхности  океана	ИК-радиометры, спектрорадиометры AVHRR/NOAA, ATSR/ERS-1-2, AATSR/Envisat, MODIS/Terra, Aqua  и др.
Соленость на поверхности океана	Соленость	СВЧ-радиометры в разработке
Морские течения, динамика  водных масс	Скорость и  направлениетечения, морфологическая  структура	Тепловые ИК-радиометрыAVHRR/NOAA, радиолокаторы РСА и радиовысотомеры в разработке
Уровень моря	Аномалии поля уровня, колебания уровня	Радиовысотомеры ALT/Topex-Poseidon, RA/ERS-1-2 и др.
Состояние поверхности моря, волнение	Длина, высота и  направление распространения волн	Радиолокаторы РСА, СВЧ-радиометры, альтиметры SAR/ERS-1-2 и Envisat, SSM/I/DMSP, ALT/Topex-Poseidon, RA/ERS-1-2
Приводный ветер	Скорость и  направление ветра	Скаттерометры и СВЧ-радиометры SCAT/ERS-1-2, NSCAT/ADEOS, QuickSCAT/SEAWIND, SSM/I/DMSP и др.
Цвет  воды, биопродуктивность	Цвет воды, концентрация хлорофилла фитопланктона, концентрация взвеси	Многозональные  сканеры и камеры CZCS/Nimbus, SeaWiFS/SeaStar, MERIS/Envisat, MODIS/Terra, Aqua, ADEOS и др.
Морские льды	Распространение,  положение кромки, толщина, возраст, сплоченность, скорость и направление дрейфа льдов и т.п.	Радиолокаторы РСА, СВЧ-радиометры, радиовысотомеры, сканирующие системы оптического  диапазона Radarsat, Envisat, SSM/I DMSP, MODIS/Terra, Aqua, AVHRR/NOAA и др.
Рельеф  дна	Формы рельефа  дна мелководного шельфа, морфология дна Мирового океана	Многозональные  камеры и сканеры, радиовысотомеры ScaSat, ERS, EnviSat
Мезо/мелкомасштабные  явления на морской поверхности	Параметры явлений	Радиолокаторы SAR, РСА Алмаз, ERS-1-2, Radarsat, Envisat и др.

Наверх

На страницу 2 занятия     |     На главную страницу семинара

 

Температура и соленость поверхности океана представляют собой важнейшие характеристики морской воды. Для динамической океанографии важно знать распределение плотности, определяющей движение водных масс, а плотность морской воды есть функция ее температуры и солености. Для измерения температуры водной поверхности из космоса применяют инфракрасные радиометры, работающие на метеорологических и океанологических спутниках, по данным которых регулярно создаются глобальные и региональные карты температур морской поверхности (Подробнее), а для измерения солености в настоящее время разрабатывается аппаратура на базе микроволновых радиометров (Подробнее). 

 

Морские течения – это перемещение водных масс, характеризующееся направлением и скоростью.

Основные силы (причины), вызывающие морские течения, подразделяются на внешние и внутренние. К внешним силам относятся ветер, атмосферное давление, приливообразующие силы Луны и Солнца; к внутренним – силы, возникающие вследствие неравномерного распределения по горизонтали плотности водных масс.

Кроме внешних  и внутренних сил, вызывающих морские  течения, сразу же после возникновения  движения вод проявляются вторичные  силы, к которым относятся отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса) и сила трения, замедляющая всякое движение.

На направление  течения оказывают влияние также  конфигурация берегов и рельеф дна. Под полем течений понимается распределение суммарного вектора  скорости течения на акватории Мирового океана.

«Увидеть» течения  на космических снимках оказалось возможным благодаря регистрации температур поверхности инфракрасными радиометрами – по таким снимкам определяют ширину струи, меандры, сопровождающие течение вихри (ринги), грибовидные течения. Для количественных измерений поля течений из космоса, определения направления и скорости движения воды в настоящее время применяются интерферометрические системы на основе радиолокаторов с синтезированной апертурой. (Подробнее)

Наверх

Уровень моря

Под уровнем моря понимается положение поверхности воды по высоте в данном месте и в данный момент времени, а под полем уровня - распределение значений уровня в пространстве.

Основными причинами, вызывающими колебания уровня, в  особенности у побережий океанов  и морей, являются: приливы и отливы, ветровой нагон и сгон воды, изменение атмосферного давления, течения, сейши, изменение плотности воды. Сезонные колебания уровня многих морей связаны с температурным расширением-сжатием водой массы, а глобальные климатические изменения вызывают многолетние колебания уровня Мирового океана, изучение которых сейчас особенно актуально и ведется с помощью радиоальтиметров. (Подробнее) 

 

 

 Состояние поверхности моря, волнение

Под полем волнения понимают распределение элементов поверхностных волн (высоты и длины волны). Преобладающими на поверхности океанов и морей являются ветровые и приливо-отливные волны. Вызывая шероховатость морской поверхности, волны отображаются на радиолокационных снимках. Радиоальтиметры позволяют определять высоту волн, а СВЧ-радиометры – силу волнения. (Подробнее) 

 

Приводный ветер - скорость и направление ветра у поверхности воды - может быть измерен только над океаном СВЧ-радиометрами и скаттерометрами. Они обеспечивают ежедневные глобальные карты ветров. (Подробнее)

Наверх

Цвет воды, биопродуктивность

Поле  цвета океана  -  пространственное распределение оптических характеристик морской воды (избирательного поглощения и рассеяния солнечного света). Цвет воды зависит от концентрации пигмента хлорофилла (фитопланктона) и взвесей, поэтому определение цвета используется для изучения биопродуктивности океана и загрязнения вод. Цветовые характеристики воды получают многозональными сканерами с каналами в голубой и зеленой зонах спектра – CZCS, SeaWiFS. (Подробнее) 

 

Морские льды образуются в высоких широтах и представляют серьезную проблему для судоходства. Их распространение фиксируется съемочными системами оптического диапазона, а для изучения типа и возраста льдов, их толщины, сплоченности, динамики используются активные (SAR) и пассивные системы радиодиапазона. (Подробнее) 

 

Рельеф дна

Подводный рельеф мелководий, изучение которого особенно важно в связи с освоением  шельфа, фиксируется съемочными системами оптического диапазона лашь в прозрачных водах и до небольших глубин. Топография дна мелководных зон отображается также в структурах волнения, фиксируемых радиолокационными снимками. Рельеф дна Мирового океана обусловливает пространственные вариации уровня поверхности океана и изучается по данным радиоальтиметрии. (Подробнее) 

 

Основные физические поля океана и приводной атмосферы  возмущают различные мезо/мелкомасштабные естественные и искусственные явления в океане - нефтяное загрязнение и органические пленки,атмосферные явления, - которые, в свою очередь, локально перераспределяют характеристики полей Мирового океана. Они отображаются на радиолокационных снимках. 

Глобальная система  наблюдений за океаном (ГСНО) 
(2005 г.)

• Введение
• Цели и задачи
• Польза от ГСНО
• Международно-правовая основа
• Стратегия развития ГСНО
• Пилотные (экспериментальные) проекты ГСНО
• Региональные проекты ГСНО
• Существующие системы наблюдений в Мировом океане
• Управление данными и информацией ГСНО
• Связь с международными научными программами
• Участие стран-членов в ГСНО
• Международный механизм планирования и управления ГСНО
• Участие России в ГСНО
• Рабочая группа НОК России по ГСНО

 

Введение

Вопрос о создании международной оперативной океанографической  службы начал обсуждаться в Межправительственной океанографической комиссии (МОК) ЮНЕСКО в середине 60-х годов прошлого века. Прототипом такой системы была Объединенная глобальная система океанических служб (ОГСОС), созданная в 1969 году. Развитие ОГСОС, как оперативной океанографической службы, осуществлялось в тесном сотрудничестве с ВМО, имеющей большой опыт в создании Глобальной службы погоды и морской метеорологической системы обслуживания. Первоначальная деятельность ОГСОС была связана с организацией регулярных наблюдений за вертикальным распределением температуры и солености в верхнем слое океана, на основе использования исследовательских, торговых и рыбопромысловых судов. Однако уже в планах развития ОГСОС предусматривалось не только развитие наблюдательной системы, но и систем сбора, обработки и анализа данных для подготовки продукции, представляющей практический интерес для многих пользователей. Важным фактором в развитии системы ОГСОС явился технологический прогресс в развитии систем наблюдений (особенно спутников и автоматических систем), систем обмена данными (Интернет) и электронно-вычислительных машин высокой мощности( в частности Персональных компьютеров). Важнейшим научным фактором развития глобальной системы наблюдений в океане явились крупномасштабные международные научные программы, такие как Программа исследований глобальных атмосферных процессов (ПИГАП) и Всемирная программа исследований климата). И безусловно экономической основой развития такой программы явился возросший интерес международного сообщества к ресурсам Мирового океана, понимании роли океана в глобальных изменениях климата и окружающей среды, проблеме загрязнения морской среды, управлению прибрежными зонами и прогнозам опасных явлений природы, таких как цунами и штормовые нагоны.

Предложение по созданию глобальной системы наблюдений за океаном были выдвинуты Комитетом МОК по океаническим процессам и климату в конце 1980-х годов. В марте 1988г. 21-я сессия Исполнительного совета МОК создала группу экспертов для подготовки предложений по созданию такой системы. В 1990г. Вторая Всемирная Климатическая Конференция (Женева, 1990г.). приняла рекомендации по созданию Глобальной системы наблюдений за климатом и Глобальной системы наблюдений за океаном. В 1991 году Ассамблея МОК на своей 16-й сессии приняла решение о начале развития Глобальной системы наблюдений за океаном как одной из основных задач Комиссии (Резолюция XVI-8). В 1992г. Конференция ООН по окружающей среде и развитию поддерживает идею создания ГСНО (Повестка дня 21 века, глава 17, раздел Е). Первая сессия Комитета МОК по ГСНО состоялась в Париже в феврале 1993г. ВМО и МСНС заявили о намерении сотрудничать с МОК в создании ГСНО.