Территория, которую покрывает спутник в течение дня
DESCRIPTION
- PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/1.jpg)
![Page 2: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/2.jpg)
В работе обсуждаются возможности спектрорадиометра MODIS спутника EOS AM1 (Terra) при проведении мониторинга полного количества водяного пара, аэрозольной оптической толщины атмосферы (АОТ), представлены первые результаты измерений, полученные в Отделе космического мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций Алтайского государственного университета и ГУ по делам ГО и ЧС Алтайского края в операционном режиме.
MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) – 36-канальный спектрорадиометр, регистрирующий излучение в диапазоне длин волн (0,414,4) мкм с разрешением на местности в надире 250 м (каналы 1 и 2), 500 м (каналы 3-7) и 1000 м (каналы 8-36), позволяет проводить ежедневно измерения полного количества водяного пара (ИК-диапазон), аэрозольной толщины атмосферы над участками поверхности суши, свободными от облачности, на длинах волн =0,47 мкм и =0,66 мкм.
![Page 3: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/3.jpg)
Территория, которую покрывает спутник в Территория, которую покрывает спутник в течение днятечение дня
Характеристика каналов Характеристика каналов MODIS MODIS и и их назначениеих назначение::А А – – атмосферные исследованияатмосферные исследования;;ПП ПП – – исследования свойствисследования свойств подстилающей поверхностиподстилающей поверхности;;О – О – исследование свойств исследование свойств поверхностиповерхности океанов океанов;;ОЗ – измерение озонаОЗ – измерение озона;;ПЖ – мониторинг лесных пожаровПЖ – мониторинг лесных пожаров..
![Page 4: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/4.jpg)
Данные MODIS, используемые в работе, принимались станцией ЕОСкан ИТЦ «СканЭкс» Отдела космического мониторинга в Барнауле (5321 СШ, 8347 ВД). Калибровка, геолокация и выделение пикселей, свободных от облачности, осуществлялась с использованием пакетов программ: • IMAPP
http://simss.ssec.wisc.edu/~gumley/IMAPP/IMAPP.html,
• PGE02 и PGE03
http://directreadout.gsfs.nasa.gov/download_technology/inst_algoritms.cfm.
![Page 5: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/5.jpg)
1. Распространение солнечного излучения в системе ”атмосфера + подстилающая поверхность Земли”
Плотность потока солнечной энергии ),,,( vsL [Вт/(м2ср ·мкм)], достигающая
спектрорадиометр спутника на верхней границе атмосферы, в случае ортотропной подстилающей поверхности может быть представлено в виде
)(),,,(1
),,,()(),(),(),,,(),,,( 0
0
s
FTTLL
vss
vsssvsvsvs
(1)
),,,(0 vsL – вклад в показание спектрорадиометра, обусловленный отражением солнечного
излучения от атмосферы, ),( sT – функция пропускания (прямая + диффузная компоненты) атмосферы излучения с
длиной волны в направлении падающего излучения на участке Солнце – поверхность Земли, ),( vT – полная функция пропускания атмосферы в направлении наблюдения на участке
трассы поверхность Земли – спектрорадиометр спутника, )(0 F – поток солнечного излучения, падающий на верхнюю границу атмосферы,
),,,( vss – коэффициент отражения радиации с длиной волны поверхностью Земли, когда атмосфера над поверхностью отсутствует,
)(s – коэффициент отражения света атмосферой в случае, когда изотропное излучение входит в атмосферу через нижнюю границу. s – косинус зенитного угла Солнца (s=coss), v – косинус зенитного угла спутника (v=cosv), азимутальный угол спутника относительно Солнца.
![Page 6: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/6.jpg)
Поскольку спектрорадиометр MODIS проводит измерения плотности потока солнечной энергии, падающей на верхнюю границу атмосферы
[ )(0F s/], то в (1) удобно перейти к безразмерным величинам:
sF
vsL
vs0
),,,(),,,(* (2)
и
sF
vsL
vs0
),,,(0),,,(0
(3)
Тогда для спектрального коэффициента отражения системы ”атмосфера
+ подстилающая поверхность Земли” ρ*, измеряемого спутником на верхней границе атмосферы, получаем следующее выражение:
)(),,,(1
),,,(),(),(),,,(0),,,(*
svss
vssvTsTvsvs
(4)
![Page 7: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/7.jpg)
2. Алгоритм определения количества водяного пара в атмосфере
Пять каналов MODIS 2, 5, 17, 18, 19 (0,865, 1,240, 0,905, 0,935, 0,940 мкм) из ближнего ИК - диапазона предназначены для измерения содержания водяного пара в атмосфере. Метод измерения водяного пара, предложенный в (Gao B.C. et al. // J. Geophys. Res., 1990, v. 95, p. 3549; Kaufman Y.J. et al. // J. Geophys. Res., 1997, v. 102 № D14, p. 17051.) и использованный в данной работе, основывается на детектировании поглощения водяным паром солнечного излучения при его распростронений по трассе Солнце – подстилающая поверхность Земли – спектрорадиометр. Общее количество водяного пара в вертикальном столбе атмосферы определяется из сопоставления отношений измеренных интенсивностей в каналах поглошения (17, 18, 19) и каналах из окон прозрачности (2, 5) с данными справочных таблиц PGE04.
Положение и ширина пяти каналов близкого ИК диапазона
Номер канал Границы канала (мкм)
Ширина канала (мкм)
Центр канала (мкм) Разрешение (м)
2 0,841 – 0,876 0,035 0,865 250
5 1,230 – 1,250 0,020 1,240 500
17 0,890 – 0,920 0,030 0,905 1000
18 0,931 – 0,941 0,010 0,936 1000
19 0,915 – 0,965 0,050 0,940 1000
)(),,,(1
),,,(),(),(),,,(),,,(* 0
s
TT
vss
vssvsvsvs
)()()(* ssvT , (5)
),(),()( vssv TTT
![Page 8: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/8.jpg)
,865 мкм (канал 2 MODIS, канал из окна прозрачности) Tsv(0.865)1
ρ*(0,865)=s(0,865). (6) ,905 мкм (17 канал MODIS, канал поглощения)
ρ*(0,905)=Tsv(0,905) s(0,905). (7)
а) Если s(0,905)s(0,865)
Деля уравнение (7) на (6), получаем выражение для функции пропускания на трассе Солнце – поверхность Земли – спектрорадиометр спутника:
.)865,0(
)905,0()905,0(
*
*
svT (8)
Из (8) следует следующий алгоритм измерения общего количества водяного пара в атмосфере над
рассматриваемым пикселем изображения, свободным от облачности, с космической платформы EOS AM-1 (Terra):
спектрорадиометром MODIS измеряются коэффициенты яркости атмосферы в каналах 2 (ρ*(0,865)) и 17 (ρ*(0,905));
по формуле (8) вычисляется функция пропускания Tsv для заданной геометрии освещения и наблюдения;
с использованием справочных таблиц по зависимости функции пропускания Tsv от количества водяного пара на трассе Солнце – Земля - спутник определяется W(µs, µv).
количество водяного пара в вертикальном столбе атмосферы W(0.905) находится с использованием соотношения:
,),(
),()905,0(
vs
vs
M
WW
где .11
),(vs
vsM
![Page 9: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/9.jpg)
3. Алгоритм определения аэрозольной 3. Алгоритм определения аэрозольной оптической толщины атмосферыоптической толщины атмосферы
или
При (тёмные поверхности)
Kaufman Y. J. et. al. // J. Geophys. Res., 1997, v. 102, № D14, p.17051
Remer L. A. et. al. // J. Geophys. Res., 1998, v. 103, № D12, p.13859
King M. D. et. al. // Bull. Amer. Meteor. Society, 1999, v. 80, №11, p. 2229
![Page 10: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/10.jpg)
Этап Этап 11.. Поиск тёмных пикселов в анализируемой области изображения поверхности суши 10 км х 10 км и определение КСЯ поверхности
Если
, то ,
Этап Этап 22.. Оценка аэрозольной оптической толщины
,
для области 10 x 10 км с использованием континентальной
модели аэрозоля
![Page 11: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/11.jpg)
Этап Этап 33.. Определение модели аэрозоляОпределение модели аэрозоля
аридная модель;
«городская» модель или модель аэрозоля при сжигании биомассы («дымовая»);
смешанная модель («городская» +«дымовая» + аридная).
![Page 12: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/12.jpg)
Этап Этап 44.. Определение оптической толщины Определение оптической толщины τταα(λ)(λ) для для
установленной на этапе установленной на этапе 33 модели аэрозоля. модели аэрозоля.
![Page 13: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/13.jpg)
Индикатриса рассеянияИндикатриса рассеяния
![Page 14: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/14.jpg)
Полное количество водяного пара в атмосфере Полное количество водяного пара в атмосфере WW(см). (см). Сопоставление данных Сопоставление данных MODISMODIS с данными станции сети с данными станции сети AERONET AERONET (Москва, Томск, Красноярск, Далан – Дзадгат). (Москва, Томск, Красноярск, Далан – Дзадгат). Октябрь 2003 г. Октябрь 2003 г.
W(с
м),
MO
DIS
0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.000.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
W(см), AERONET
![Page 15: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/15.jpg)
АОТ (0,470 мкм). Сопоставление данных АОТ (0,470 мкм). Сопоставление данных MODISMODIS с с данными станций сети данными станций сети AERONET AERONET (Москва, Томск, (Москва, Томск, Красноярск, Далан – Дзадгат). Октябрь 2003 г.Красноярск, Далан – Дзадгат). Октябрь 2003 г.
AO
T
MO
DIS
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.000.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
AOT AERONET
![Page 16: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/16.jpg)
Δτ = ± 0,05 ± 0,2 АОТ
Vermote E.F., El Saleous N, Justice C. Atmospheric correction of the MODIS data in the visible to middle infrared: First results // Remote Sens. Environ, 2002.
![Page 17: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/17.jpg)
Полное количество водяного пара в атмосфере (см). Октябрь Полное количество водяного пара в атмосфере (см). Октябрь 2003 г.2003 г.
![Page 18: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/18.jpg)
АОТ (0,550 мкм). Октябрь 2003 г.АОТ (0,550 мкм). Октябрь 2003 г.
![Page 19: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/19.jpg)
Массовая концентрация аэрозоля (10Массовая концентрация аэрозоля (10-6 -6 г/смг/см22) в атмосфере. Октябрь ) в атмосфере. Октябрь 2003 г.2003 г.
![Page 20: Территория, которую покрывает спутник в течение дня](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062500/56815491550346895dc2a167/html5/thumbnails/20.jpg)
44. Выводы. Выводы• Представлены результаты измерения полного количества водяного пара, оптической толщины (АОТ) атмосферы в диапазоне длин волн 0.47 – 0.66 мкм и массовой концентрации аэрозоля (МКА) над свободными от облачности участками поверхности суши, полученые с использованием данных MODIS/Terra в операционном режиме.
• Сопоставление полученых данных АОТ с данными станций сети AERONET (Москва, Томск, Красноярск, Далан – Дзадгат) показали, что различия не превышают .
• Представлены данные по пространственному распределению АОТ и МКА в атмосфере в октябре 2003 г. Установлена высокая концентрация аэрозоля на севере Западной Сибири в зоне (56÷65) СШ, (67÷84) ВД.
Работа поддержана проектом ИО 615 программы «Интеграция».