THE RESULTS OF BRIGHTNESS TEMPERATURE MEASUREMENTS AT THE TERRITORY OF BURYATIA MADE WITH SPACE RADIOMETR SMOS

Full Text

Микроволновое дистанционное зондирование Земли является эффективным инструментом изучения процессов, происходящих на земной поверхности, вследствие охвата обширных территорий, в том числе труднодоступных, независимости от погодных условий и освещенности поверхности. В последние годы на космической орбите находится космический аппарат SMOS Европейского космического агентства (ESA) c микроволновым радиометром MIRAS [1], работающий в полосе частот 1 400-1 427 МГц и выполняющий миссию глобального определения влажности почвы и солености океана. Разрешающая способность антенны SMOS на земной поверхности составляет 35-50 км, периодичность пролета над определенной точкой 1-3 дня. Алгоритмы определения влажности базируются на измерениях радиояркостной температуры Tb, которая связана с коэффициентом излучения χ и эффективной термодинамической температурой T соотношением [2] Tb =IT. (1) Коэффициент χ связан с известными коэффициентами отражения Френеля Rp (индексpзависит от вида поляризации) соотношением 2 χ = 1 - Rp I (2) В работе приведены некоторые результаты измерения радиояркостной температуры аппаратом SMOS на территории Бурятии в зависимости от угла обзора (падения) при различных поляризациях. Для сравнения также рассмотрены данные, полученные аппаратом SMOS в экваториальных водах. Представленные результаты получены в основном для рассмотрения соответствия полученных аппаратом SMOS результатов расчетным оценкам. Для получения космических снимков использовалась архив на портале ESA. Снимки загружались с помощью программного продукта EOLI-SA. Визуализация снимков осуществлялась с помощью программного инструмента BEAM (VISAT). Оба продукта разработаны для ESA и находятся в свободном доступе. В качестве примера приведена карта радиояркостной температуры, полученная 16.02.2013 г. (рис. 1). На снимке ясно выделяется поверхность озера Байкал, а также активные помехи на территории Китая, проявляющиеся в наличии очень ярких пятен. Для получения первичных оценок и сравнения были выбраны две точки: точка 1 на акватории Байкала (105,75° в. д., 51,90° с. ш.), точка 2 на территории, примыкающей к Байкалу (106,61° в. д., 52,14° с. ш.). Данная территория является равнинной, наверное, с наибольшими в Бурятии размерами порядка 30 км х 40 км. Отметим, что территория Бурятии имеет гористый рельеф с узкими долинами (шириной до 20 км) между хребтами. В качестве контрольной точки была выбрана точка 3 (124,09° в. д., -1,11° ю. ш.), находящаяся в Молуккском море. Рис. 1. Снимок 16.02.2013 Зависимости радиояркостных температур при горизонтальной и вертикальной поляризациях от угла падения для точки 1 приведены на рис. 2. В данном случае эти зависимости отображают радиояркостную температуру акватории оз. Байкал 15.07.2012 г. Здесь же показаны результаты расчета по формуле (1). Параметры расчета T, ε', ε" и h указаны в подписи к рисунку. Эти параметры здесь и для других точек подбирались таким образом, чтобы обеспечить наибольшее соответствие экспериментальных и расчетных результатов. 23 Вестник СибГАУ. № 5(51). 2013 Представленные данные показывают, что наблюдается заметное расхождение экспериментальных и расчетных результатов, особенно для горизонтальной поляризации. Хотя акватория оз. Байкал представляет собой однородную среду, по видимому, в связи с его сравнительно небольшими поперечными размерами (35-45 км), на яркостную температуру большое влияние оказывает более яркая прилегающая суша. Поэтому радиояркостная температура является некоторой эффективной величиной, которая не описывается расчетами для однородной среды. Зависимости, полученные для точки 2, приведены на рис. 3. В данном случае наблюдается лучшее соответствие расчетных и экспериментальных данных, особенно для горизонтальной поляризации. Для сравнения на рис. 4 показаны зависимости, полученные для контрольной точки 3, находящейся в экваториальных водах. Отметим, что все результаты относятся к одному и тому же снимку. Рассмотрение результатов для точки 3 показывает хорошее согласие теории и эксперимента. 50 Ί-1-1-1-1-1-1-1 0 10 20 30 40 50 60 70 >' гол падения, градусов Рис. 2. Поляризационно-угловые зависимости радиояркостной температуры оз. Байкал (точка 1; 15.07.2012 г.; расчет: T = 290 K; ε' = 80; ε" = 0,01; h = 0,005) 100 -I-1-,-1-1-1-1-1 О 10 20 ЗО 40 50 60 70 Угол падем·«, градусов Рис. 3. Поляризационно-угловые зависимости радиояркостной температуры почвы (точка 2; 15.07.2012 г.; расчет: T = 293 К; ε' = 9, ε" = 1, h = 0). Рис. 4. Поляризационно-угловые зависимости радиояркостной температуры моря (точка 3; 15.07.2012 г.; расчет: T = 283 К, ε' = 80, ε" = 30; h = 0). 24 Раздел 1. Радиолокационная поляриметрия и интерферометрия. Радиометрия земных покровов Результаты, полученные для этих же точек в зимний период, приведены на рис. 5-7. Здесь обращает на себя внимание несоответствие расчетных и экспериментальных данных в области больших углов падения для ледового покрова оз. Байкал. По-видимому, это объясняется тем, что ледовый покров оз. Байкал представляет собой слой толщиной около 1 м, лежащий на воде. Тогда как расчет сделан в предположении, что лед занимает все полупространство. Также отметим очень хорошее совпадение расчетных и экспериментальных результатов для точки 3. Из приведенных результатов можно сделать вывод, что результаты измерений радиояркостной тем пературы космическим радиометром SMOS/MIRAS являются достоверными. Отличие расчетных и экспериментальных данных объясняется неоднородной структурой земной поверхности и в связи с большими размерами пиксела, радиояркостная температура формируется как результат совместного действия разнородных составляющих этой поверхности. В связи со случайной в своей основе структурой почвы и ее покровов, представляется необходимым использование статистического подхода к определению радиояр-костной температуры почвы и, тем самым, к определению ее влажности [3]. Рис. 5. Поляризационно-угловые зависимости радиояркостной температуры оз. Байкал (точка 1; 16.02.2013г.; расчет: T = 175 К; ε' = 3,15; ε" = 0,01; h = 0). Рис. 6. Поляризационно-угловые зависимости радиояркостной температуры мерзлой почвы (точка 2, 16.02.2013 г.; расчет: T = 258 К; ε' = 3; ε" = 0,01; h = 0) Рис. 7. Поляризационно-угловые зависимости радиояркостной температуры моря (точка 3; 16.02.2013 г.; расчет: T = 293 К; ε' = 80; ε" = 30) 25

About the authors

P. N. Dagurov

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

Email: dpn@ipms.bscnet.ru
6 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

A. V. Dmitriev

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

6 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

A. V. Bazarov

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

6 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

S. B. Radnaeva

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

6 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

References

Supplementary files