§ 14.2. Высотная измерительная аппаратура

Различают пассивные и активные методы дистанционных наблюдений, в качестве примеров первых можно привести радиометры, а вторых - радары. Радиоастрономия как новая наука родилась после второй мировой войны и знаменовала собой новый революционный этап, не уступающий в своей значимости изобретению телескопа. К активным системам, использующим акустическую энергию, принадлежат сонары (от англ. Sound Navigation Ranging - сокращённое название акустической гидролокационной системы). По сравнению с электромагнитными акустические волны имеют меньший рабочий диапазон и сильнее взаимодействуют с атмосферой, к тому же медленное их распространение служит причиной ошибок при измерениях.

Спутниковая альтиметрия принадлежит к активным методам дистанционного зондирования поверхности океана с орбиты. Расстояние от подстилающей поверхности до спутника рассчитывается по времени возврата зондирующего радиоимпульса. По данным отражённого сигнала получают информацию о высотах ветровых волн и скорости приводного ветра. Аномалии высоты морской поверхности, как отклонения от среднего уровня служат оценками синоптической изменчивости природных явлений над океаном, то есть отражают динамизм топографии поверхности раздела океана и атмосферы - главной энергоактивной зоны взаимодействия геосфер и глобального источника движения частиц в общем круговороте веществ на Земле. Начиная с первой половины 70-х гг., данные альтиметра "SEASAT" использовались для расчёта скоростей поверхностных течений океана с точностью до 20-30 см/с.

Точность определения расстояния до спутника теперь достигает величины 2 см. Для вычисления позиции самого спутника относительно отсчётного эллипсоида с центром, совпадающим с центром масс Земли, служит сеть из нескольких десятков наземных радиомаяков, передающих сигналы, улавливаемые спутником. Выяснено, что отклонения высоты океанской поверхности вследствие контакта с атмосферой и под воздействием приливных волн составляет всего около 1 м. Вычленение геострофической составляющей циркуляции поверхностных вод стало предметом исследования специалистов по диагнозу и мониторингу океанологических условий концентрации пелагических промысловых объектов, зависящих от скоплений кормовых планктонных организмов, подверженных явному влиянию синоптической изменчивости ветров и течений. Организация баз данных спутниковой альтиметрии основана на информации о высоте поверхности океана или аномалий уровня вдоль трека, либо в виде массивов полей этих параметров, интерполированных в узлы регулярной сетки.

Инфракрасные радиометры измеряют величину потока излучения, попадающего на детектор, и применяются для картирования температуры, начиная от глобальных масштабов и кончая небольшими участками возле электрических опор. Микроволновые радиометры измеряют излучение в диапазоне длин волн 1-100 мм. Использование волн в микроволновом диапазоне позволяет наблюдать поверхность суши и океана и предметы на ней сквозь облачный покров. В круг возможного применения этих приборов входит океанография, наибольший интерес в которой представляет в данном случае картирование дрейфующих льдов. Микроволновый радар (от англ. Radio Direction and Ranging - сокращенное название радиолокационной станции) служит для радиообнаружения объектов и определения расстояния до них.

Вышеописанные приборы принадлежат к так называемым пассивным средствам дистанционных наблюдений. Следующие два вида аппаратов принадлежат к активным средствам зондирования, которые сами посылают сигналы и регистрируют их отражение от земной поверхности.

Лидар (лазерный радар) - прибор, подобный предыдущему, но работающий на другом участке спектра - от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона. Именно потому, что облака поглощают волны, используемые лидаром, он эффективно работает только при ясном небе. Созданы три типа лидаров: 1) высотомер, позволяющий строить профили, 2) сканирующий лидар как инструмент картирования и 3) прибор для спектроскопических исследований и картирования распределения загрязняющих атмосферу веществ.

Методы лазерной диагностики имеют ряд преимуществ, которые заключаются в том, что можно проводить измерения на больших расстояниях от объекта, сам процесс измерений не влияет на измеряемые параметры атмосферы и результаты исследования получают практически мгновенно. При частоте следования импульсов 1-10 тыс. Гц и длительности импульса 10^-8 с можно получить до 10 тыс. профилей аэрозольных слоёв в секунду.

Специалисты выделяют три типа приборов для дистанционных наблюдений, которые устанавливаются на метеорологических спутниках: 1) аппаратура видимого диапазона (телевизионные камеры, вращающиеся сканирующие камеры и радиометры видимого диапазона), 2) инфракрасные радиометры для исследования атмосферы в горизонтальной протяжённости, 3) спектрометры - для зондирования атмосферы по вертикали (например, инфракрасный спектрометр с фиксированной дифракционной решёткой позволяет строить профили температуры и содержания водяного пара в атмосфере).

Результаты спутниковой радиоальтиметрии используются для решения ряда научных и прикладных задач, при этом наиболее весомые результаты приносит комплексное использование "космической" и "земной" информации. Для мониторинга моря при сравнении и калибровке альтиметрических данных используются уровнемерные данные. Например, на фоне глобального подъёма уровня океана порядка 2 мм в год у западных берегов Шпицбергена с помощью спутников ERS-1 и ERS-2 выявлено относительное понижение уровня моря со скоростью 11 мм/год, что связывают с постгляциальным подъёмом архипелага.

Для изучения, моделирования и прогнозирования динамики твёрдых поверхностей лито- и криосферы, а также сверхдлинных или вековых изменений глобального уровня океана, связанных, как полагают климатологи, с таянием морских и континентальных льдов, разработаны радиоальтиметрические программы CHAMP, GRACE, GOCE (2001-2004). Гравиметрические данные, полученные с помощью этих программ, отражают изменения гравитационного поля, вызванные глобальным перераспределением водных масс океана на недельной шкале времени с пространственным разрешением 300 км.