Изучение температур поверхности суши и океана по тепловым
снимкам
Съемка с помощью тепловых инфракрасных радиометров, которыми оснащены все
функционирующие метеорологические спутники, открыла возможность
единовременной глобальной фиксации температур поверхности суши и океана, что
невозможно аэро- или судовыми методами. Тепловые инфракрасные снимки
отражают интенсивность теплового излучения суши или воды и используются для картографирования и
анализа пространственного распределения температур поверхности Земли.
По данным сканирующего радиометра AVHRR (Advanced Very High
Resolution Radiometer) на спутниках серии NOAA, работающих с 70-х гг ХХ века,
составляются глобальные и региональные изображения распределения дневных и
ночных, суточных, осредненных за неделю, месяц температур поверхности суши
и Мирового Океана, которые используются для изучения сезонной и многолетней динамики теплового поля Земли
с целью создания прогнозных моделей. С 2001 года
глобальные спутниковые изображения распределения температур создаются в
реальном масштабе времени на основе многоканального алгоритма определения
температур и используются в оперативных целях.
Тепловые поля в океанах и морях теперь изучаются из космоса с помощью специальной
аппаратуры, работающей в инфракрасной и микроволновой зонах спектра.
Съемки со спутников показывают, что Мировой океан представляет собой сложную
систему тепловых неоднородностей. Температура тепловых пятен (полей) на
поверхности океана со временем изменяется, тепловые поля перемещаются.
Установленная на спутниках аппаратура позволяет следить за этой непрерывно
меняющейся тепловой картиной и получать оценку температуры с точностью до
1 — 2 °С.
Примеры тепловых снимков океанов и морей, а также характеристики съемочной аппаратуры можно найти на сайте
NOAA Ocean Explorer.
Глобальные карты температур Земли используются для наблюдений за изменением
особенностей распределения температур поверхности в пространстве и во
времени и выяснения, влияет ли повышение содержания водяного пара,
углекислого газа и других веществ в атмосфере на температурный ход планеты, на ледники
и ледяные покровы суши, на вечную мерзлоту, на растительность в экосистеме
Земли. Подобные карты температур также могут быть использованы и в сельском
хозяйстве для оценки потребности во влаге разнообразных
сельскохозяйственных угодий или культур. В зимний
период данные из космоса о температуре Земли могут быть полезными для
определения территорий, подверженных заморозкам, для предупреждения неурожаев.
Определение температуры поверхности суши
Отметим, что температура объектов земной поверхности, которую мы можем получить,
используя тепловые снимки, не тождественна температуре воздуха, о которой, например,
говорят в ежедневных прогнозах погоды, хотя между атмосферой и объектами земной
поверхности происходит постоянный активный теплообмен.
В настоящее время доступны изображения глобального распределения температур
суши (Land Surface Temperature — LST) в режиме он-лайн, например, на сайте
NEO — NASA Earth Observation. На
изображениях LST (см. Рис. 1,
2, 3, 4), созданных с помощью
спектрометра MODIS/Terra, показано распределение температуры суши в
диапазоне от -25 °С до +45 °С (в черно-белой шкале или в привычной
человеческому глазу псевдоцветной шкале). В средних и высоких широтах температура
поверхности суши может меняться в течение всего года, но в низких
экваториальных широтах, как правило, она остается практически неизменной. В
Антарктиде и на острове Гренландия температура поверхности остается
постоянно низкой. Так же четко прослеживается по таким изображениям и
высотная поясность. Необходимо иметь в виду, для изображений дневных или ночных температур могут иметь место
некоторые ограничения в полноте отображения объектов земной поверхности. Во-первых, облачность
является серьезной помехой для регистрации температуры в тепловом
инфракрасном канале, и, во-вторых, съемка с КА Terra, покрывая весь Земной шар в течение одних суток,
оставляет непокрытые участки между витками (например, Рис. 3, 4).
Температура поверхности суши (LST) по данным сканера MODIS/Terra (http://neo.sci.gsfc.nasa.gov):
Кроме глобальных изображений температур земной поверхности, доступны
также и региональные, см. Рис. 5.
Рис. 5 Региональное изображение распределения
температур земной поверхности
на западном побережье
США
за 4 апреля 2000 года по данным сканера MODIS/Terra
Источник
Изучение распределения температур поверхности океана
Температура поверхности океана представляет собой одну из важнейших
характеристик морской воды, оказывающих влияние на климат земного шара. Для динамической океанографии важно знать
распределение плотности, определяющей движение водных масс, а плотность
морской воды есть функция в том числе и ее температуры. Для измерения
температуры океанической поверхности из космоса применяют инфракрасные радиометры,
работающие на метеорологических и океанологических спутниках, по данным
которых регулярно создаются глобальные и региональные карты температур
морской поверхности.
В настоящее время дистанционное зондирование океана — одно из быстроразвивающихся
направлений исследований Земли. С 1970-х г. стали доступны
инфракрасные снимки океана со спутников NOAA с пространственным и
температурным разрешением, достаточным для качественной оценки
горизонтального переноса в приповерхностном слое океана и визуализации
динамических структур, проявляющихся в температурном поле поверхности океана.
Теперь ежедневные глобальные и региональные карты температур морской
поверхности доступны через интернет, например, на портале
RSS (Remote Sensing
System), по данным ИК-радиометра AVHRR со спутников NOAA, по данным сканерных
систем TMI/TRMM и AMSR-E/Aqua (см. Рис. 6,
Рис. 7) и других.
Распределение температур на поверхности Мирового океана (SST) (http://www.remss.com):
Рис. 6 Распределение температур по данным
ИК-радиометра AVHRR
на спутниках
NOAA. 20-24 июня 1985 г. |
Рис. 7 Распределение температур по данным
сканерных систем TMI/TRMM и
AMSR-E/Aqua за 31 марта 2009 г. |
Распределение температур океанических вод представляет основной диагностический
признак для прогноза участков с наиболее вероятными рыбными скоплениями. До
разработки систем глобального картографирования в Центре "Океан" ВНИРО
(Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Рыбного Хозяйства и Океанографии) карты
температур поверхности океана составлялись регулярно на основные
рыбопромысловые районы. Для обеспечения такими картами районов
северо-западной Атлантики в Канаде была разработана автоматизированная
система Галифакс, выполнявшая по данным спутника NOAA (с учетом поправок на
основе судовых наблюдений) карты в изолиниях
температур, передаваемые на рыболовные суда с периодичностью
в 3 — 4 дня.
Распределение температур поверхности
Мирового Океана (SST) 3 сентября 2008 г. по данным
сканерных систем TMI/TRMM и AMSR-E/Aqua (http://www.remss.com):
Рис. 8 Распределение температур
поверхности Арктики |
Рис. 9 Распределение температур
поверхности Антарктики |
Установленный по спутниковым снимкам характер распределения температур
воды в океане существенно отличается от прежних представлений о нем. В
противоположность отображаемому картами изданных атласов океанов плавному
изменению температур на поверхности океана выявлена весьма сложная и
контрастная картина, обусловленная струйными течениями и вихревыми
образованиями. В прибрежных районах субтропических и тропических широт
фиксируются фронты между теплыми океаническими водами и более холодными
прибрежными.
Таким образом, помимо картографирования собственно температуры воды, тепловая инфракрасная
съемка дает материал для исследования динамических процессов в океане,
течений, океанических вихрей и фронтов, апвеллингов и других явлений, при
изучении которых привлекают также материалы об уровне океанической
поверхности. Изучение морских течений — одна из областей применения карт
температуры поверхности океана. Так, на снимке Атлантического океана
см. Рис. 10 (справа)
отчетливо виден Гольфстрим, температура воды которого существенно выше
температуры окружающих вод океана, и вихревые структуры — ринги —
возникающие на границах теплых и холодных вод.
Рис. 10 Течение
Гольфстрим в поле температуры поверхности океана
по данным тепловой инфракрасной съемки радиометром AVHRR
со спутника NOAA (http://oceanexplorer.noaa.gov).
