YFO0010 Sissejuhatus okeanograafiasse ja limnoloogiasse 4. Kaugseire põhimõtted

YFO0010 Sissejuhatus okeanograafiasse ja limnoloogiasse

4. Kaugseire põhimõtted

Kaugseire = info kogumine ja interpreteerimine elektromagnetilise kiirguse abil

tulemust mõjutavad lisaks objektile: kiirguse levik atmosfääris, neeldumine, hajumine, peegeldumine, kiirgamine sõltuvalt sagedusest

Passiivsed seadmed

Kiirgus võib pärineda Päikeselt mis tuleb tagasi – maapinnalt– atmosfäärist– ookeanist

Analüüsis kombineeritakse eri spektraalvahemike signaale eristamaks objekti foonist

Võib samuti mõõta (emiteeritud) pikalainelist kiirgust mis pärineb Maa süsteemist

Aktiivsed seadmed

Kiirgavad ise signaale ja võtavad ka vastu

esimesed näited:

passiivne => fotoaparaat, fotogramm-meetriaaktiivne => radar

Ookeanide ja merede kaugseire satelliitidelt

1. Veepinna värv, vees olevad ained (spektroradiomeetrid)passiivne, nähtav diapasoon, Päikesekiirgus

2. Veepinna temperatuur (pikalainelised radiomeetrid)passiivne, pikalaineline diapasoon, veepinna soojuskiirgus

3. Tuul ja lained (skatteromeetrid)aktiivne, mikrolaine radar

4. Veepinna kõrgus (altimeetrid)aktiivne, mikrolaine radar + täppispositsioneerimine

Kaasajal on orbiidil ca 4000 satelliiti• uuringud• kaitse• side• Global Positioning System (GPS)

Veepinna värv, vees olevad ained (spektroradiomeetrid)

Seadmed:

CZCS (Coastal Zone Color Scanner) pole enam kasutusel

SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field of view Sensor)8 spektraalriba, lahutus 1100-4500 m

MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)36 spektraalriba, lahutus 250-1000 m

SeaWiFS ja MODIS sensoritega satelliidid lendavad üle Eesti 3-4 korda päevas

Ühe- ja paljupesaline sensorsüsteem

Veepinna värvi kaugseire

- kitsa vaateväljaga sensor registreerib kiirgust erinevatel lainepikkustel nähtavas ja lähedases IR diapasoonis

- mõõtmiseks trajektooriga ristsihis on sensoril skaneerimise süsteem

- digitaalne kujutis seotakse geograafiliste koordinaatidega

- vastuvõetud signaali korrigeeritakse Päikese kõrguse suhtes

- veepinna uurimisel tuleb rakendada atmosfääri korrektsiooni

- veest tagasituleva signaali töötlemine ja interpreteerimine on eraldi “kunst”

Peamised optilise signaali mõjutajadatmosfäärist hajunud kiirgus“häiriv” otsese Päikesekiirguse peegeldumine veepinnaltvees neeldunud kiirguse tagasihajumine => kasulik signaal, annab infot vee kohtaveest tagasituleva kiirguse transformeerumine (neeldumine, hajumine) atmosfääris

Veest tagasituleva signaali mõjutajadOtsene ja hajunud Päikesekiirgus neeldub ja hajub vee molekulides ning lahustunud ja

hõljuvates ainetesMadalates selge veega alades peegeldub kiirgus tagasi merepõhjast

Kolm peamist merevees (järvevees) määratavat komponenti- fütoplankton- hõljuvad (mineraal)ained- “kollane aine”: värvilised lahustunud orgaanilised ained, sh ka surnud vetikad

Igal komponendil on temale iseloomulik veest tagasituleva kiirguse spekter

Fütoplankton •üherakulised taimsed veeorganismid• esinevad tuhanded liigid, erinev suurus, kuju, füsioloogia, liigiline

koosseis ja arvukus muutuvad nii ajas kui ka ruumis• peamine pigment on Chl a (klorofüll), biomassi indikaator• esineb ka teisi pigmente• pigmentide koosseis varieerub koosluste ning rakkude

füsioloogilise seisundiga• esineb teisi mikroorganisme - zooplankton, heterotroofsed

bakterid, viirused, mille optilised omadused kohati kattuvad fütoplanktoniga

• surnud orgaaniline aine (detriit) ei oma fütoplanktoniga sarnast spektrit ning ei mõjuta kaugseire tulemusi

Fütoplanktoni liike

Hõljuvad ained

• madalates veekogudes põhjasettest lainete ja hoovuste poolt vette tõstetud materjal

• jõgedes ja tõusu-mõõna aladel liikuva vee poolt veesambasse tõstetud (resuspendeeritud) settematerjal

• süvendustööde ajal veesambasse sattunud materjal (oli hästi jälgitav Paldiski ja Muuga sadama süvendamistel ja

ehitustöödel)• võib eristada erinevaid materjale (savi ja liiva erinevad liigid)• kõik mikroorganismid, mis optiliselt ei kattu fütoplanktoniga• interpreteerimiseks on vajalikud in situ mõõtmised

MODIS Sea Surface Temperature (SST)

MODIS Ocean Color

MODIS optiline pink

MODIS skaneeriv peegel

Veepinna temperatuur (pikalainelised radiomeetrid)

Seadmed:

AVHRR (Very High Resolution Radiometer)6 kanalit 0.58-12.50 μm, lahutus 1.09 km

Põhineb aluspinna soojuskiirgusel, määratakse nn heledustemperatuurtulemust mõjutab atmosfääri veeaur

Kanal Lainepikkus (um) Tüüpiline kasutus1 0.58 - 0.68 päevased pilved ja maapind2 0.725 - 1.00 maa-vee piirid

3A 1.58 - 1.64 lumi ja jää3B 3.55 - 3.93 öised pilved, merepind4 10.30 - 11.30 öised pilved, merepind5 11.50 - 12.50 merepind

Põhimõte

• iga absoluutsest nullist kõrgema temperatuuriga keha kiirgab

• kiirgusvoog on määratud Stefan-Boltzmanni seadusega

• lainepikkus, mille korral kiirgus on maksimaalne, on määratud Wien’i nihkeseadusega

“praktiline” valem

NB! Füüsikud-optikud ütlevad “pikalaineline” võrreldes nähtava kiirgusega, elektroonikud ütlevad “mikrolained” võrreldes raadiolainetega

Sobib eriti jää ja lume uuringuteks12 kanalit ja 6 sagedust 6.9 kuni 89.0 GHz. Igal sagedusel mõõdetakse eraldi horisontaalselt ja vertikaalselt polariseeritud signaali. Lahutus 10 km

• NSCAT (August 1996-lühiajaline)• QuikSCAT (juuni 1999)• SeaWindson AdeosII (detsember 2002)

aktiivne radari tüüpi sondeerimine mikrolainetega

Põhimõtted

• merelained on põhjustatud tuulest• lainekõrgus sõltub tuule kiirusest • laineharjad on risti tuule suunaga• mikrolainete hajumine veepinnalt sõltub pinna “karedusest, sh laine kõrgus ja

suund

Tuul ja lained (skatteromeetrid)

SeaWinds tehnilised andmed

Radar: 13.4 GHz; 110 W impulss korduvusega 189 HzAntenn: 1 m diameetriga pöörlev taldrikMass: 200 kgVõimsus: 220 WAndmevoog: 40 kilobit/sTuulevektori lahutus: 25 km

Troopilised tsüklonid Olaf ja Nancy

Milleks?• sulavad liustikud• ookeani temperatuur• tõus-mõõn• ookeani geostroofilised hoovused

Põhimõtted• satelliidi orbiidi saab täpselt määrata

laser-kaugusmõõtjaga ja GPS• veepinna kõrguse saab määrata

mikrolaine radariga

Veepinna kõrgus (altimeetrid)

Radari sagedus 13.6 GHz

Gloobuse mõõteperiood 10 päeva

Veepinna kõrguse määramise täpsus 4-5 cm(Golfi hoovuses on veetasemete vahe 1-1.5 m)

NASA kontrolljaam Korsikal

2002. aasta keskmine veepinna anomaalia