Использование методов скаттерометрии для мониторинга морской поверхности (Скаттерометр-L) Постановщик(-и):
Смирнов М.Т., к.ф.-м.н., в.н.с ФИРЭ им. В.А Котельникова РАН Экспедиции будут определены после разработки научной аппаратуры, начало реализации эксперимента планируется в 2019-2020 г.г. Область исследования - водная поверхность морей и океанов, поверхность суши.
Информация о скоростях и направлении ветра над океанами имеет первостепенное значение при изучении взаимодействия океана и атмосферы, циркуляции океанических вод и их влияния на погоду и климат Земли. Измерения скорости приводного ветра могут быть усвоены в числовых моделях прогноза погоды в глобальном и региональном масштабах, тем самым расширяя и улучшая возможности предсказания погодных явлений различного масштаба.
Спутниковые скаттерометры среди приборов дистанционного зондирования в настоящее время позволяют наиболее точно, часто и с высоким пространственным разрешением проводить измерения скорости приводного ветра, как в безоблачных условиях, так и при наличии облаков.
Помимо параметров ветра скаттерометрические измерения по рассеивающим характеристикам поверхности суши позволяют получить информацию о её состоянии (параметры ледяного и снежного покровов, влажность почв и др.).
Целью проведения КЭ «Скаттерометр-L» является разработка методов скаттерометрии в дециметровом диапазоне электромагнитных волн для определения скорости и направления ветра и водных течений, параметров ледяного и снежного покровов, влажности почвы.
Краткое описание эксперимента
Физическая основа метода определения параметров приводного ветра над океанами, характеристик поверхности суши с помощью скаттерометров базируется на измерениях рассеивающих характеристик морской поверхности и суши. Скаттерометр это СВЧ радиолокационный инструмент, разработанный специально для сбора точных, многократных измерений сечения обратного рассеяния поверхности океана. Оценки скорости приводного ветра и связанных величин, таких как горизонтальная компонента ветрового напряжения (wind stress), могут быть получены путем комбинации нескольких совмещенных по пространству и времени измерений обратного рассеяния полученных при различной геометрии наблюдения.
Эксперимент будет выполняться при помощи специально разработанной научной аппаратуры «Скатт-L». Она представляет собой 12-ти канальную приемо-передающую систему, которая должна принимать излучение в полосе частот 1,255 – 1,265 ГГц при средней частоте около 1,260 ГГц (длина волны λ ~ 24 см) и формировать 12-ти лучевую веерообразную диаграмму направленности, принимающую отраженный сигнал с различных направлений. Электрические оси антенн направлены под углом 30о относительно надира. Плоскость лучей антенны перпендикулярна направлению полета РС МКС. Схема предполагаемой геометрии наблюдений представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Геометрия космических наблюдений.
Научную аппаратуру «Скаттерометр-L» предполагается установить на РС МКС вне гермоотсека, а блок управления - в гермоотсеке.
Для отработки методик восстановления параметров подстилающей поверхности суши и океанов наблюдения будут проводиться по всей поверхности земного шара.. Синхронные калибровочные измерения будут осуществляться по Югу западносибирской равнины (Алтайский край, Новосибирская, Омская области) - 50-00 – 54-00 с. ш., 72-00 – 85-00 в.д., акватории Черного моря протяженностью до 500 км, прилегающей к океанографической платформе вблизи пос. Кацивели у южного побережья Крыма (44-23 с.ш., 33-58 в.д.).
Использование результатов эксперимента на Земле
Ожидаемые результаты скаттерометрических наблюдений могут использоваться при проведении комплексных исследований Мирового океана и подстилающей поверхности радиофизическими методами с помощью космических и наземных измерительных средств. В случае успешной реализации КЭ «Скаттерометр-L» появится возможность получения новых научных результатов и использования их при решении фундаментальных и прикладных задач. Использование результатов эксперимента для освоения космоса
Разработанные методы и технологии доставки, монтажа и эксплуатации научной аппаратуры на МКС могут быть использованы в будущих космических экспериментах, а также для сборки перспективных космических станций. В ходе проведения космического эксперимента «Скаттерометр-L» планируется получить следующие результаты:
создан скаттерометр дециметрового диапазона;
разработаны методики и алгоритмы определения скорости и направления ветра по данным скаттерометра;
разработаны методики и алгоритмы картирования и оценки состояния льдов;
выполнен анализ погрешностей измерений и разработка методов учета мешающих факторов;
разработаны методы калибровки скаттерометрических данных;
осуществлена валидация результатов измерений с использованием подспутниковых экспериментов и данных наземных измерений.
построены карты скорости и направления ветра в глобальном и региональном масштабах;
построены карты границ и состояния льдов;
построены карты снежных покровов и гидрологического состояния суши.
Публикации - публикации в процессе подготовки. |