Концепция устойчивого развития: новая социально-экономическая парадигма 23 город глазами эколога 31
|
Скачать 1.6 Mb.
|
1.3.3.Спутниковые методы исследования атмосферы Искусственные спутники Земли позволяют не только наблюдать из космоса поверхность суши, водоемов и облаков, но и определять средствами оптической спектроскопии концентрацию некоторых газов и аэрозоля. Естественные и антропогенные примеси вызывают локальное загрязнение территорий, но они могут разноситься потоками воздуха по всему земному шару. Например, выбросы в атмосферу Норильского горно-металлургического комбината заметны на Аляске и в Канаде, в Японии идут кислотные дожди из-за промышленных выбросов в Китае. Основную роль в выявлении глобального загрязнения атмосферы отводится спутниковым методам. Для оценивания содержания малых газов, СO2 и аэрозолей используются спутниковые спектрофотометры. Облака SO2 можно видеть на рис. 1.17, построенным по данным спутника TOMS/EP за 1 октября 1994 г. Здесь видны выбросы при извержении вулкана Ключевская сопка (отмечена крестом), выброс Норильского комбината (стрелка) и выбросы из Китая (внизу рисунка).  Рис. 1.17. Выбросы SO2 по спутниковым данным за 1 октября 1994 г. Спектрофотометры УФ и видимого диапазона регистрируют интенсивность рассеянного "назад" излучение Солнца. Спектрофотометры ИК диапазона регистрируют интенсивность прошедшего через атмосферу теплового излучения от поверхности Земли и облаков. Частицы аэрозолей, как правило, имеют несферическую форму; под действием воздушных потоков они ориентируются приблизительно в одном направлении, поэтому солнечный свет, рассеянный аэрозолями, имеет эллиптическую поляризацию. Измеряя характеристики поляризации рассеянного излучения, можно оценить концентрацию аэрозолей. На спутнике ADEOS (Япония) был установлен французский прибор POLDER, содержавший детекторы излучения, перед которыми вращались спектральные (на =0,443, =0,670 и = 0,865 мкм) и поляризационные фильтры на 3 значения угла поляризации. В качестве примера рассмотрим методику определения общего содержания озона O3 (ОСО) в атмосфере. Озон имеет интенсивные полосы поглощения в ультрафиолетовой области, которые используются для определения ОСО наземными и спутниковыми приборами. На поверхности Земли общее содержание озона в столбе атмосферы определяют, измеряя интенсивность ультрафиолетового излучения Солнца в узких интервалах на двух длинах волн с различным показателем поглощения озона, например при = 0,3 мкм и = 0,348 мкм. Использование двух близких длин волн позволяет исключить при последующих расчетах поглощение и рассеяние другими газами и аэрозолем. Еще более точно ОСО можно измерять, применяя не одну, а несколько пар длин волн. Спутниковые озонометры УФ диапазона регистрируют солнечное излучение, рассеянное назад молекулами озона. В приборе TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) для этой цели используются две пары длин волн: = 0, 3125 и = 0,3312 мкм, =0,3175 и = 0,3398 мкм, выделяемые монохроматором на дифракционной решетке. Озонометр TOMS (США) успешно работал на российском спутнике "Метеор-3"; этот прибор установлен также на специальном озонометрическом спутнике TOMS/EP (США) и японском спутнике ADEOS. Погрешность определения ОСО прибором TOMS около 1– 2 %, точность не хуже, чем при наземных измерениях. TOMS позволяет также определять концентрацию метана и двуокиси серы в атмосфере. Прибор HIRS спутника NOAA регистрирует восходящее излучение от Земли в полосе поглощения озона на = 9,59 мкм. Температура поверхности Земли и атмосферы определяется со спутника с хорошей точностью, плотность потока энергии от них может быть вычислена, разница измеренной и вычисленной плотности потока на =9,59 мкм дает общее содержание озона в столбе атмосферы. Однако на этой длине волны присутствует небольшое поглощение излучения водяным паром, и потому HIRS несколько завышает ОСО (в среднем, до 6 % ). На рис. 1.18 приведена карта озонового слоя над Сибирью и Средней Азией, полученная с помощью прибора HIRS  Рис. 1.18. Карта озонового слоя 25 апреля 1998 г. 11час. 25мин. по Гринвичу. Среднее ОСО 361, СКО 55 единиц Добсона (спутник NOAA-12). ОСО измеряют в единицах Добсона. Если собрать озон в столбе атмосферы и поместить при нормальном давлении и температуре, то получится слой в 3-4 мм. 100 единиц Добсона соответствуют слою в 1 мм. 1.4.2. Прием спутниковой информации С  танции для приема информации со спутников на Земле (их принято называть земными станциями) содержат антенну с опорно-поворотным устройством (ОПУ), радиоприемное устройство и средства обработки, хранения и отображения информации (рис. 1.22). Рис. 1.22. Станция для приема информации с природоведческих спутников Чаще всего используются зеркальные антенны с параболическим рефлектором. ОПУ служит для наведения антенны на спутник по командам компьютера, в который заложены орбитальные данные. В фокусе антенны установлен облучатель, сигнал с которого усиливается малошумящим усилителем (МШУ). Далее сигнал по кабелю поступает на приемник, цифровой сигнал с выхода приемника обрабатывается на компьютере. Наиболее дорогой частью станции является антенна с ОПУ. Чаще всего используются ОПУ с азимутально-угломестной подвеской антенны, позволяющие разворачивать её на ± 180º по горизонтали и на 090º по углу места, отсчитываемому от горизонта к зениту. Азимутально-угломестная подвеска обладает принципиальным недостатком: в области углов места, примыкающих к зениту, образуется "мертвая зона", в пределах которой невозможно обеспечить связь со спутником. Это объясняется тем, что с ростом угла места Ψ требуемая угловая скорость вращения антенны вокруг вертикальной оси возрастает, стремясь к бесконечности при Ψ → 90º. Поскольку реальная скорость поворота антенны конечная, то, начиная с некоторого значения угла места луч антенны отстанет от перемещения спутника, происходит срыв сопровождения. Таким образом, этот вид подвески не позволяет принимать изображения той местности, где находится станция, когда спутник близок к зениту, и эти изображения наиболее качественные. Для устранения "мертвой зоны" при прохождении спутника через зенит можно ввести в ОПУ третью ось. Однако конструкция ОПУ в этом случае резко усложнится. Выходом из положения может быть сохранение двухосного поворотного устройства, но с таким расположением ортогональных осей, чтобы "мертвая зона" находилась в наименее существенной для поддержания связи части небесной полусферы, например ближе к горизонту. При выборе конструкции антенны приходится учитывать различные факторы, в частности особенности распространения радиоволн на трассе Земля космос. Для передачи сигналов с природоведческих спутников чаще всего используются радиоволны дециметрового и сантиметрового диапазонов или соответственно частоты 300 МГц – 30 ГГц. В указанном обширном диапазоне частот отдельные полосы переуплотнены различными радиослужбами. Так, полоса частот 300 МГц – 10 ГГц интенсивно используется наземными радиостанциями. Здесь существует повышенный уровень взаимных помех, снижается качество радиосвязи. Радиоволны от спутника к земной станции проходят сквозь атмосферу Земли. Приходится учитывать влияние тропосферы (011 км) и ионосферы (выше 80 км). Распространение радиоволн в указанном интервале частот сопровождается небольшим затуханием в атмосферных газах и в осадках, изменяется поляризация волны, возникают дисперсионные искажения. Мощность сигнала в месте приема может быть оценена из следующих соображений. Если L расстояние между передатчиком и приемником, Рпер мощность передатчика, то при условии, что излучение энергии происходит равномерно по всем направлениям (изотропный излучатель), вся энергия распределяется по площади сферы радиуса L, равной 4πL2. Мощность, приходящаяся на 1 м2, т. е. плотность потока мощности, равна П=Рпер/4πL2. Реальная передача информации со спутника происходит только в нижнюю полусферу, в сторону Земли. Поэтому приведенное выражение следует умножить на коэффициент D ≥ 1, называемый коэффициентом направленного действия антенны (КНД). КНД это отношение плотности потока мощности, излучаемой антенной в направлении максимума её диаграммы направленности. Для уверенного приема сигналов без применения сложных способов помехоустойчивого кодирования требуется, чтобы мощность сигнала, по крайней мере, на порядок превосходила мощность шума. Источниками внешних шумов в микроволновом диапазоне могут быть различные наземные радиопередатчики, существуют шумы космического происхождения. Источником внутренних шумов радиоустройств в конечном итоге является дискретная природа электричества, так как электрический ток это поток дискретных частиц электронов. Типичная земная станция HRPT для приема информации со спутников NOAA, имеет параболическую антенну диаметром 1,21,5 м. Антенна поворачивается по командам с компьютера, в который заложены данные об орбите спутников. В фокусе антенны установлен облучатель, сигнал с которого усиливается МШУ, а несущая частота сигнала преобразуется в более низкую. МШУ имеет Тш = 60–80 К. Далее сигнал по кабелю поступает на приемник, который иногда оформлен в виде платы, вставляемой в персональный компьютер. Цифровой сигнал с выхода приемника распаковывается и обрабатывается на компьютерах. Обработка включает в себя секторизацию, т. е. "вырезание" из всего спутникового изображения интересующего участка, например размером 512х512 пикселов, лежащего вблизи надира. Далее осуществляются геометрическая коррекция изображения и топографическая привязка его к карте, а также коррекция атмосферных искажений. Секторизованное и скорректированное изображение готово для дальнейшей обработки, целью которой обычно является улучшение качества изображения, распознавание объектов на изображении, определение их координат и других геометрических характеристик. 1.4.3. Спутники для дистанционного зондирования Спутник NOAA (США). Метеорологические и природоведческие спутники NOAA имеют длину 4,18 м, диаметр 1,88 м, вес на орбите 1030 кг. Круговая орбита имеет высоту 870 км, 1 виток спутник совершает за 102 мин. Площадь солнечных батарей спутника 11,6 м2, мощность батарей не менее 1,6 кВт, но со временем батареи деградируют из-за воздействия космических лучей и микрометеоров. Для нормальной работы спутника необходимо не менее 515 Вт. В настоящее время на орбите функционирует несколько спутников. Сканер AVHRR спутника NOAA-14 с цилиндрическим сканированием имеет 8-дюймовую (20 см) оптическую систему Кассегрена, сканирование осуществляется путем вращения с частотой 6 об/с зеркала из бериллия. Угол сканирования 55, полоса обзора около 3000 км. Из-за кривизны Земли зона радиовидимости спутника с земной поверхности составляет ±3400 км, поэтому за один пролет спутника удается получить информацию с поверхности около 3000х7000 км. Общий вид спутника приведен на рис. 1.23.  Рис. 1.23. Спутник NOAA Спектральные каналы сканера приходятся на окна прозрачности атмосферы: 1) 0,58-0,68 мкм (красный участок спектра); 2) 0,725-1,0 мкм (ближний ИК); 3) 3,55–3,93 мкм (участок ИК диапазона, в который попадает излучение от лесных и других пожаров); 4) 10,3–11,3 мкм (канал для измерения температуры поверхности суши, воды и облаков); 5) 11,4–12,4 мкм (канал для измерения температуры поверхности суши, воды и облаков). На спутнике NOAA-15 установлен дополнительный канал на длину волны около 1,6 мкм для распознавания снега и льда. В 1-м и 2-м каналах в качестве детекторов излучения применяются кремниевые фотодиоды, спектральные характеристики этих каналов приведены на рис. 1.24. В 4–5-м каналах установлены охлаждаемые до 105 К фоторезисторы на основе (HgCd)Te, в 3-м канале – охлаждаемый фоторезистор на основе InSb. На спутнике NOAA, как и на других спутниках, предусмотрена бортовая калибровка датчиков.  Рис. 1.24. Спектральные характеристики 1-го и 2-го каналов сканера AVHRR Сканер AVHRR имеет мгновенное поле зрения во всех каналах = 1,2610-3 рад, разрешение на местности в подспутниковой точке выбрано L = 1,1 км. Это связано с тем, что скорость спутника на орбите составляет 7,42 км/с, его проекция движется по поверхности Земли со скоростью 6,53 км, сканер делает 6 сканов/с, за время одного скана проекция перемещается на l = 6,53/6 км = 1,09 км. Указанному полю зрения в подспутниковой точке соответствует пиксел 1,1х1,1 км. Сигналы каждого канала квантуются на 1024 уровня (10–битное квантование). Передатчик спутника имеет мощность 5,5 Вт, частота 1700 МГц. Скорость передачи цифровой информации со сканера AVHRR составляет 665,4 Кбит/с. На спутнике установлена аппаратура HIRS для определения температуры в тропосфере на разных высотах (вертикальные профили атмосферы) в полосе обзора 2240 км. Для этого HIRS содержит автоматический сканирующий спектрофотометр ИК-диапазона, использующий свойство углекислого газа изменять положение и ширину линии поглощения на длинах волн порядка 14–15 мкм в зависимости от давления. Этот же прибор позволяет оценивать общее содержание озона в столбе атмосферы по поглощению теплового излучения от поверхности Земли и атмосферы на длине волны 9,59 мкм. И вертикальные профили, и ОСО вычисляются на приемном конце путем решения обратных задач. Кроме указанной аппаратуры, на спутник установлены: прибор SSU для исследования стратосферы; микроволновый прибор MSU для измерения температурных профилей стратосферы; аппаратура поиска и спасения по международной программе Коспас/SARSAT; система ARGOS для сбора  Рис. 1.25. Маршрут весеннего перелета 1995 г. самца сокола-сапсана по данным ARGOS метеорологической и океанографической информации с автоматических метеостанций, морских буев и воздушных шаров; некоторые другие приборы. ARGOS позволяет следить за миграцией крупных животных и птиц, если к их телу прикреплены специальные малогабаритные передатчики (рис 1.25). Спутник "Ресурс-О1" (Россия). Подробное описание системы "Ресурс" представлено на сервере SPUTNIK: [http: -//sputnik.infospace.ru/resurs/] Высота орбиты 650 км, период обращения 97,4 мин, угол наклонения орбиты 97,97. Сканер МСУ-СК с конической разверткой имеет скорость сканирования 12,5 дуг/с; разрешение 150х250 м; полоса обзора 600 км; спектральные каналы: 0,5–0,6 мкм (зеленый участок спектра), 0,6–0,7 мкм (красный участок), 0,7–0,8 мкм (красный и ближний ИК), 0,8–1,1 мкм (ближний ИК), 10,5–12,5 мкм (тепловой, в этом канале разрешение 500 м). Сигнал каждого канала квантуется на 256 уровней. Вес сканера 55 кг.  Рис. 1.26. Спутник “ Ресурс-О1” На спутнике "Ресурс" установлены также два сканера с линейной разверткой МСУ-Э, содержащих по 3 линейки на ПЗС по 1000 пикселов (по одной на каждый из 3 cпектральных каналов). Разрешение 35х45 м, скорость сканирования 200 строк/с; полоса обзора каждого сканера 45 км; если включены оба сканера, то полоса обзора составляет 80 км, так как полосы обзора перекрываются. Над одной и той же точкой поверхности спутник пролетает один раз в 14 дней. Чтобы повысить регулярность приема, предусмотрено отклонение оси сканера на 30 от надира в направлении, перпендикулярном направлению движения спутника. Это позволяет смещать полосу обзора на 400 км. Спектральные каналы сканера: 0,5–0,59 мкм; 0,61–0,69 мкм; 0,7–0,89 мкм. Вес прибора 23 кг. Результаты измерений передаются по радиоканалу на частоте около 8 ГГц со скоростью 7,68 Мбит/с, мощность бортового передатчика 10 Вт. Общий вид спутника показан на рис. 1.26. |
Похожие:
 |
I. Стратегический анализ социально-экономического положения района и тенденций его развития Указа Президента Российской Федерации от 7 мая 2012 года №596 «О долгосрочной государственной экономической политике»; экспертную... |
|
Генеральныйплан муниципальногообразования «городскойокруггородлипец... Экономическая база развития города липецка. Перспективы социально-экономического развития 51 |
 |
Энергетическая политика канады в контексте «устойчивого развития» страны Стратегия «Устойчивого развития» Канады: эволюция, институты, цели, современное положение |
|
Концепция социально-экономического развития зиминского районного муниципального образования Паспорт концепции социально-экономического развития Зиминского районного муниципального образования 3 |
|
Ростовской области постановление В целях создания условий для устойчивого социально-экономического развития Кашарского района, в соответствии со ст. 28 Устава муниципального... |
|
О социально-экономическом развитии муниципального образования город когалым Оценка социально–экономического развития города за январь – сентябрь 2014 года произведена на основе статистической информации по... |
|
О социально-экономическом развитии муниципального образования город когалым Оценка социально–экономического развития города за январь – сентябрь 2013 года произведена на основе статистической информации по... |
|
О социально-экономическом развитии муниципального образования город когалым Оценка социально–экономического развития города за январь – июнь 2014 года произведена на основе статистической информации по состоянию... |
|
«Создание единой информационной среды» Основание для разработки Проекта Федеральный уровень Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года развитие образования |
|
Программа социально-экономического развития городского округа город... Программа социально-экономического развития городского округа город Мегион на период до 2015 года |
|
Доклад Приложение: «Основные показатели социально-экономического развития муниципального образования город Краснодар в 2009 году» |
|
ОтчёТ об исполнении в 2007 году Программы социально-экономического развития Выполнение основных показателей Программы социально-экономического развития Удмуртской Республики на 2005-2009 годы 5 Раздел Состояние... |
|
Город курск Сведения о планах и программах комплексного социально-экономического развития муниципального образования, для реализации которых... |
|
ОтчёТ об исполнении в 2008 году Программы социально-экономического развития Состояние социально-экономического развития Удмуртской Республики в сравнении с регионами 14 |
|
Программа социально-экономического развития муниципального образования Основные показатели социально-экономического развития мо «Юкаменский район» за 2005-2009 годы 8 |
|
Программа комплексного социально- экономического развития Сравнительный анализ показателей социально-экономического развития Иркутского района и Иркутской области 8 |