Дара Энтехаби и др.
Использование радаро-радиометрической технологии в процессе мониторинга увлажненности поверхностного слоя земли с целью выявления связей между перемещением воды, энергии и углеродными циклами.
Показатель влажности почвы, являясь первичной переменной в гидрологии и круговороте воды, принимается за точку отсчета, за пограничное состояние в научном геологическом моделировании. Знание степени увлажненности покровного слоя почвы необходимо при прогнозировании погоды, моделировании климатических изменений и мониторинге состояния экосистем. Таким образом, уже перечисленные и другие области деятельности, результаты которых оказывают прямое и глобальное воздействие на окружающую среду и социум, требуют, чтобы замеры проводились с высокой точностью и разрешением (временным и пространственным).
В целях проведения таких замеров НАСА запустило зонд SMAP (Soil Moisture Active Passive – Активно-пассивные методы замеров влажности почвы) для получения научного обоснования связи между объемами воды, энергией и углеродными циклами; для оценки глобального перемещения водных масс и энергии; для проведения замера общего углеродного потока в арктических областях; для усовершенствования методологии климатического прогнозирования, предупреждения наводнений и слежения за распространением засухи.
Зонд SMAP использует РЛС L-диапазона (1-2 ГГц радиодиапазона) и радиометр L-диапазона для замера сопутствующих друг другу и случайно совпадающих параметров, которые объединены в единую систему наблюдения. Методология активно-пассивного микроволнового измерения строится на базе микроволновых сенсоров, используемых в системах мониторинга Земли. Совместное использование единой антенны при осуществлении двух замеров и увеличение частоты повторных пролетов системы глобального картографирования являются преимуществами, что особенно проявляется при осуществлении замеров поверхностной увлажненности почвы, в ее замерзшем или осушенном состоянии.
На Рисунке 1 представлено художественное изображение полностью развернутой орбитальной обсерватории SMAP. Радар и радиометр имеют общую фидерную и вращающуюся 6 м рефлекторную сетчатую антенну, обеспечивающую относительно равную силу для активного (радара) и пассивного (радиометр) микроволнового зондирования с целью создания карты увлажненности земной поверхности. В L-диапазоне микроволновое излучение (яркость, температура), замеряемое в основном радиометром, исходит с поверхностного слоя глубиной в ∼5cм и четко указывает на содержание влаги в почве в регионах вегетации в объеме ∼5kг m−2 в среднем в зоне обзора радиометра с разрешением ∼40kм.
SMAP радар с синтетической апертурой обеспечивает съемку местности с лучшим разрешением (∼1–3kм), чем радиометр. Известно, что точность показателей радара при мониторинге влажности почвы зависит от его повышенной чувствительности к неровностям поверхности и распределения зон вегетации. Существенным преимуществом SMAP обсерватории является ее способность осуществлять одновременное сканирования в L-диапазоне и радаром, и радиометром, обеспечивая точность показателей замеров и разрешение (∼9km), соответствующие требованиям ДЗЗ в геологии.
Рисунок 1. Обсерватория SMAP на меридианной орбите высотой 685 км. Благодаря вращению зонда осуществляется захват полосы шириной в 1000 км. Система обновляет данные глобального сканирования каждые 2-3 дня.
Обсерватория выведена на орбиту носителем Delta II с военно-морской базы Ванденберг 31 января 2015 г. Предварительную информацию с радара L1 и радиометра планируется получить в августе 2015 г. Предварительные данные об увлажненности почвы ученые рассчитывают принять в октябре 2015 г., на проектную мощность обсерватория выйдет в апреле 2016 г.
Показатели обратного рассеяния, полученные радаром во время глобального сканирования Земли, и температурной яркости, полученные радиометром, также расширяют возможности ДЗЗ океанов и земной биосферы. Эти данные могут быть использованы при мониторинге зон ледяного покрова поверхности вод мирового океана, надводных движений воздушных масс и, возможно, солености вод океана. Сканирование суши даст дополнительную информацию для определения характеристик вегетации, несмотря на облачность и уровень освещенности. Низкочастотный активно-пассивный микроволновый мониторинг расширяет возможности распознавания и слеживания за процессами на поверхности Земли.
