Τηλεπισκόπηση στους πάγους της θάλασσας.

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς

Siri-Jodha Khalsa

Πηγή

Remote sensing of sea ice.

Οι δορυφόροι μπορούν να μετρήσουν εύκολα τον θαλάσσιο πάγο στις περιοχές του ορατού, υπέρυθρου, και μικροκυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Ωστόσο, υπάρχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε κάθε τύπο ακτινοβολιας. Καμία από τις παραπάνω φασματικές περιοχές δεν επιτρέπει στους επιστήμονες στη βέλτιστη προβολή θαλάσσιου πάγου σε όλες τις συνθήκες.

ΕΙΚΟΝΑ 1: Δορυφορική άποψη της διάλυσης του θαλάσσιου πάγου στη Θάλασσα Beaufort στις ακτές της Αλάσκας, 15 Απριλίου 2004. Το άνω ήμισυ της εικόνας με πολλές σκοτεινές γραμμές είναι ο πάγος στη θάλασσα, και το στερεό λευκό αντικείμενο είναι η ακτή της Αλάσκας, με περιθώριο της ταχείας πάγου.

ΕΙΚΟΝΑ 2: Χάρτης θερμοκρασίας της επιφάνειας του πάγου του James Bay Καναδάς, 24 Φεβρουαρίου 2000.

ΕΙΚΟΝΑ 3: Συγκέντρωση του πάγου της θάλασσας της Ανταρκτικής, που κυμαίνονται από 0 τοις εκατό (μωβ) έως 100 τοις εκατό (λευκού χρώματος) στις 07 Αυγούστου 2004. Η Ανταρκτική εμφανίζεται με γκρι χρώμα, και η αποδέσμευση των ωκεανών παρουσιάζεται σε σκούρο μπλε.

ΕΙΚΟΝΑ 4: Scatterometer εικόνα της Ανταρκτικής, 19 Ιουλίου 2003, από τον QuikSCAT δορυφόρο. Αυτή η σύνθετη εικόνα είναι επικεντρωμένη πάνω από το Νότιο Πόλο. Η Ανταρκτική ξεχωρίζει με λευκό περίγραμμα.

ΕΙΚΟΝΑ 5: Εικόνα ραντάρ του θαλάσσιου πάγου στη Θάλασσα Μποφόρ, βόρεια της Αλάσκας, όπως καταγράφτηκε από RADARSAT.

Το φως που ανιχνεύουν τα μάτια μας είναι ορατή ηλιακή ακτινοβολία που αντανακλάται από τα αντικείμενα γύρω μας. "Λευκότερα" αντικείμενα (εκείνα με υψηλό albedo) αντανακλούν περισσότερη ακτινοβολία από ότι «πιο σκοτεινά» αντικείμενα. Ο θαλάσσιος πάγος έχει μεγαλύτερη ανακλαστικότητα από τον περιβάλλοντα ωκεανό, ιδιότητα η οποία τον καθιστά εύκολο στο να ανιχνευθεί από ορατά όργανα τηλεπισκόπησης. Περιορισμοί οι οποίοι ενδεχομένως να παρουσιαστούν είναι οι ακόλουθοι:

1) Δεδομένου ότι οι αισθητήρες αυτοί αντανακλούν ακτινοβολία από τον ήλιο, τα ορατά δεδομένα μπορούν να συλλέγονται μόνον κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η αδυναμία να μετρήσουν τη νύχτα είναι ένα πρόβλημα για τη μέτρηση των θαλάσσιων πάγων, η οποία υφίσταται κυρίως στις πολικές περιοχές, όπου κυριαρχεί το σκοτάδι.

2) Επειδή τα σύννεφα αντανακλούν επίσης ορατή ακτινοβολία, ένας συννεφιασμένος ουρανός αποτρέπει τους δορυφόρους από το να βλέπουν το ορατό φως που αντανακλάται από τον θαλάσσιο πάγο. Δυστυχώς, οι πολικές περιοχές που καλύπτονται από πάγο τείνουν να είναι συννεφιασμένες, με τα σύννεφα να επισκιάζουν τους θαλάσσιους πάγους σε ποσοστό που κυμαίνεται από 70 μέχρι 90%.

Οι παρακάτω δορυφόροι και οι αισθητήρες είναι μια επιλογή μεταξύ αυτών που παρατηρούν την ορατή ακτινοβολία. Κάποιοι από αυτούς χρησιμοποιούνται συχνά για τον εντοπισμό και τον προσδιορισμό της θέσης του θαλάσσιου πάγου: NOAA, MODIS, DMSP.

Υπέρυθρο

Δορυφορικοί αισθητήρες οι οποίοι μετρούν την υπέρυθρη ακτινοβολία συνάγουν το ποσό της θερμότητας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο στην επιφάνεια της Γης. Αντικείμενα με μέση θερμοκρασία της Γης (περίπου -50 έως 50 βαθμούς Κελσίου, ή -58 έως 122 βαθμούς Φαρενάιτ) εκπέμπουν μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους στην υπέρυθρη περιοχή.

Οι υπέρυθροι αισθητήρες μπορούν να ανιχνεύσουν εύκολα θαλάσσιο πάγο, επειδή η θερμοκρασία είναι γενικά πολύ πιο ψυχρή από τον περιβάλλοντα ωκεανό. Μία τυπική θερμοκρασία του θαλάσσιου πάγου κατά την διάρκεια του χειμώνα είναι: -20 έως -40 βαθμούς Κελσίου (-4 έως -40 βαθμούς Φαρενάιτ, ενώ η θερμοκρασία περιβάλλοντος των ωκεανών είναι πάνω από το σημείο πήξης. Περιορισμοί στη μέτρηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από το διάστημα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

1)Επειδή τα σύννεφα επίσης εκπέμπουν και αντανακλούν την υπέρυθρη ακτινοβολία, αποτρέπουν τους δορυφόρους από το να ανιχνεύουν υπέρυθρη ακτινοβολία από τον θαλάσσιο πάγο.

2)Οι θαλάσσιοι πάγοι λιώνουν κατά την διάρκεια του καλοκαιριού, καθώς η θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας αυξάνεται μέχρι το σημείο πήξης. Το λιώσιμο των πάγων στη θάλασσα είναι δύσκολο να διακριθεί από γειτονικούς ωκεανούς που βρίσκονται επίσης κοντά στο σημείο πήξης.

Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται για την παρατήρηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι και πάλι οι: NOAA, MODIS, DMSP.

Παθητική μικροκυματική

Τα αντικείμενα στην επιφάνεια της Γης δεν εκπέμπουν μόνο στην υπέρυθρη ακτινοβολία. Εκπέμπουν επίσης και σε μικροκύματα με σχετικά χαμηλά επίπεδα ενέργειας. Όταν ένας αισθητήρας ανιχνεύει την ακτινοβολία μικροκυμάτων που εκπέμπεται από τη Γη, τότε η εκπεμπόμενη ακτινοβολία ονομάζεται παθητική μικροκυμάτων. Τα σύννεφα δεν εκπέμπουν πολύ ακτινοβολία μικροκυμάτων, σε σύγκριση με το θαλάσσιο πάγο. Έτσι, τα μικροκύματα μπορούν να διαπεράσουν τα σύννεφα και να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση των θαλάσσιων πάγων κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας, ανεξάρτητα από την κάλυψη νεφών.

Οι φυσικές ιδιότητες του αντικειμένου, όπως είναι η σύνθεση του ατόμου και η κρυσταλλική δομή, είναι αυτές που καθορίζουν το ποσό της ακτινοβολίας μικροκυμάτων που εκπέμπει. Η κρυσταλλική δομή του πάγου εκπέμπει συνήθως περισσότερη ενέργεια μικροκυμάτων από αυτή που εκπέμπει το υγρό νερό στον ωκεανό. Έτσι, οι αισθητήρες που ανιχνεύουν παθητική μικροκυματική ακτινοβολία μπορούν να διακρίνουν εύκολα τον θαλάσσιο πάγο από τον ωκεανό.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα στην μέτρηση της παθητικής μικροκυματικής ακτινοβολίας είναι ότι το ενεργειακό επίπεδο είναι αρκετά χαμηλό. Ως αποτέλεσμα, η ακτινοβολία πρέπει να συλλέγεται κατά μήκος μιας ευρύτερης περιοχής. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να μην μπορούν να διακριθούν λεπτομέρειες του θαλάσσιου πάγου.

Λόγω της ικανότητάς τους να εντοπίζουν θαλάσσιο πάγο μέσα από σύννεφα κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας, οι αισθητήρες αυτοί παρέχουν σχεδόν πλήρη εικόνα όλων των περιοχών θάλασσας που καλύπτονται από τον πάγο κάθε μέρα. Οι αισθητήρες αυτοί έχουν δώσει μια πιο ολοκληρωμένη, μακροπρόθεσμη παρατηρήση του θαλάσσιου πάγου, που επιτρέπει στους επιστήμονες την ανίχνευση αξιοσημείωτων μεταβολών του θαλάσσιου πάγου της Αρκτικής.

Ενεργός μικροκυμάτων

Οι αισθητήρες-δορυφόροι μπορούν επίσης να εκπέμψουν μικροκύματα ενεργά προς την επιφάνεια της Γης. Αυτά τα μικροκύματα ανακλώνται στην επιφάνεια και επιστρέφουν στους αισθητήρες. Αυτό το είδος της τηλεπισκόπησης ονομάζεται ενεργός μικροκυμάτων, ή ραντάρ. Η ίδια τεχνολογία χρησιμοποιείται για να εντοπίζει αεροσκάφη, πλοία, καθώς και την επιτάχυνση των αυτοκινήτων. Όπως και με την παθητική ενέργεια μικροκυμάτων, οι φυσικές ιδιότητες των αντικειμένων στην επιφάνεια της Γης καθορίζουν το ύψος και τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας των μικροκυμάτων που επιστρέφουν πάλι στον αισθητήρα. Τρεις τύποι τέτοιων αισθητήρων χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση του θαλάσσιου πάγου: Τα ραντάρ απεικόνησης, τα ραντάρ μη απεικόνησης, και τα altimeters.

Ραντάρ απεικόνησης

Είναι παρόμοια με μια φωτογραφία που λαμβάνεται από μια φωτογραφική μηχανή, αλλά η εικόνα των κυμάτων ραντάρ, δεν είναι ορατή στο φως. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν οι αισθητήρες SAR.

Ραντάρ μη απεικόνησης

Αυτός ο τύπος αισθητήρα, που ονομάζεται επίσης διασπορόμετρο, μετρά την ποσότητα της ενέργειας που αντικατοπτρίζεται, από την επιφάνεια της Γης. Δεν μπορούν να αποκτήσουν την ίδια λεπτομέρεια, όπως ο αισθητήρας SAR, αλλά παρέχει πλήρη, ημερήσια στοιχεία για τον θαλάσσιο πάγο κατά την διάρκεια μέρας και νύχτας, μέσα από τα σύννεφα.

Altimeter

Ένας άλλος τύπος υψόμετρου, που ονομάζεται υψόμετρο λέιζερ και στέλνει παλμούς του ορατού φωτός προς τη Γη.