Какие спутники используются для изучения прибрежных районов океанов и морей?

Дистанционное зондирование океанов и морей / А.Г. Костяной

Институт Океанологии, 31 Янв 2012, 19:45

Мы разговариваем с одним из ведущих специалистов в России в области спутниковой океанологии Андреем Геннадьевичем Костяным, доктором физико-математических наук, главным научным сотрудником Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии Наук, профессором Льежского Университета. Тема разговора – дистанционное зондирование океанов и морей.

Каковы методы изучения океанов и морей из космоса?

Спутниковые методы давно, широко и активно используются для мониторинга Мирового океана и в настоящее время играют важную роль в создаваемой Глобальной системе наблюдения за океаном. Глобальная система наблюдения в настоящее время включает около 10 тыс. наземных станций; 1 тыс. аэрологических станций; более 1 тыс. кораблей; 1200 дрейфующих буев; 200 заякоренных буев; 3 тыс. ныряющих буев «Арго» и примерно 3 тыс. коммерческих самолетов. В космическую группировку системы входит шесть геостационарных спутников, пять полярно-орбитальных спутников, пять оперативных спутников для исследования окружающей среды и еще около 50 различных спутников. Наиболее информативный метод решения задач дистанционного исследования поверхности Земли из космоса — использование и тематический анализ изображений, полученных приборными комплексами различных частотных диапазонов, установленных на космических аппаратах. Они оснащены приборами дистанционного зондирования (радиолокаторами, скаттерометрами, радиометрами и оптической техникой) и выведены на орбиты специально для получения разносторонней геофизической информации, необходимой для оценки состояния окружающей среды и для природо-ресурсных исследований.

Различные активные и пассивные сенсоры, работающие в видимой, инфракрасной и микроволновой областях электромагнитного спектра, используются для измерения четырех основных параметров океанов и морей: цвета, температуры, высоты и шероховатости морской поверхности. Зная эти параметры, можно решать разнообразные задачи:

1. Цветовые сканеры определяют спектральные свойства радиации, восходящей с водной поверхности, которая несет информацию о различных оптических характеристиках поверхностного слоя океана – прозрачности вод, концентрации взвешенного вещества, содержании хлорофилла, цветении вод и т.д. Оптический диапазон также позволяет наблюдать скопления и кромку льда, айсберги и при определенных условиях – нефтяные загрязнения.

2. Инфракрасные и микроволновые сенсоры используются для измерения температуры поверхности океана/моря (ТПО/ТПМ). В отличие от инфракрасных радиометров и оптических сканеров пассивные микроволновые сенсоры могут измерять поле ТПО в условиях сплошной облачности, правда с меньшей точностью и пространственным разрешением. Инфракрасные радиометры позволяют также наблюдать скопления и кромку льда. Микроволновая радиометрия позволяет определять соленость поверхностных вод, однако пока еще с точностью, недостаточной для большинства задач в океанографии.

3. Активные микроволновые сенсоры (альтиметры, скаттерометры, радары с синтезированной апертурой) используются для определения высоты морской поверхности, уровня океанов и морей, высоты волн, скорости приводного ветра, льда и нефтяных загрязнений.

Для решения каких задач используются данные дистанционного зондирования?

Область применения данных дистанционного зондирования, получаемых с различных спутников, исследующих моря и океаны, широка и далеко не исчерпывается приведенным ниже списком конкретных задач:

· оперативное картографирование и изучение температурного режима морей и океанов;

· оперативное картографирование и изучение ареалов распространения взвешенного вещества;

· анализ концентрации и распределения фитопланктона в целях определения биопродуктивности моря и цветения вод;

· отслеживание ледовой и снеговой обстановки на суше и на море;

· мониторинг уровня и динамики вод различных частей морей и океанов;

· мониторинг уровня, стока и дельт крупных рек;

· охрана окружающей среды;

· мониторинг экологического состояния территорий и акваторий в районах добычи, переработки, транспортировки нефти и газа, других полезных ископаемых;

· контроль береговых зон, наблюдение за судами, выявление и отслеживание нефтяных загрязнений;

· текущий контроль строительства объектов инфраструктуры транспортировки и добычи нефти и газа и оперативный мониторинг их состояния;

· изучение облачного покрова, мониторинг опасных атмосферных явлений, скорости ветра и высоты волн;

· мониторинг природных и антропогенных катастроф, лесных пожаров и наводнений.

Каковы преимущества и ограничения спутниковых методов?

Спутниковые методы исследования океана обладают рядом преимуществ по сравнению с морскими или авиационными средствами наблюдений. Среди них — глобальное покрытие земного шара, мгновенная съемка обширных акваторий, съемка акваторий сопредельных государств, наивысшая оперативность в получении данных, возможность ежедневного повтора наблюдений, высокое пространственное разрешение (от 1 км до 60 см), получение комплексных и мультисенсорных данных, возможность организации оперативного комплексного мониторинга в любой точке Мирового океана, использование одних и тех же спутниковых данных для решения вспомогательных и дополнительных задач на суше (пожары, наводнения, опустынивание, водные ресурсы), существенно низкая стоимость спутникового мониторинга по сравнению с морскими наблюдениями. Эти методы не лишены и некоторых ограничений и недостатков, которые хорошо известны специалистам.

Какие спутники используются для изучения прибрежных районов океанов и морей?

Спутниковый мониторинг прибрежных районов океана и внутренних морей — важнейший метод контроля их экологического состояния. Он основан на приеме цифровых данных с радиометров, сканеров, спектрометров, радаров, альтиметров, скаттерометров, установленных на различных спутниках (NOAA, Terra, Aqua, TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2, GFO, Envisat, Radarsat-1, Radarsat-2, ERS-2, QuikSCAT, Landsat-1–7, IRS, Kompsat-2, EROS-A, IKONOS, SPOT-1–5, QuickBird, Formosat-2 и многих других) и позволяющих получать информацию о поле температуры поверхности моря, взвеси, концентрации хлорофилла, других оптических характеристиках водной поверхности и суши, нефтяном загрязнении, а также об аномалиях уровня моря, изменчивости течений и скорости ветра с высоким пространственным и временным разрешением.

Более подробную информацию о действующих в настоящее время и планируемых к запуску спутниках можно найти, например, на интернет-сайтах: американского космического агентства NASA, европейского космического агентства ESA, канадского космического агентства CSA, а также на сайтах ряда других зарубежных и отечественных организаций, например, IOCCG, SPUTNIK, SOVZOND и др.