Электрооптические системы. Инфракрасные системы формирования изображения (VIR), страница 8

Очевидно, что описанную модель нельзя применять на практике, так как в действительности изменение теплообмена происходит не по синусоиде. Так, кроме прямого солнечного излучения существуют другие излучения, отражение солнечного излучения от поверхности, эмиссия теплового излучения и геотермальный теплообмен. Кроме того, модель не учитывает географическое положение, время года, облачность и много других факторов. Однако описанная модель достаточно достоверно демонстрирует основные тенденции изменения температуры поверхности Земли. На рис. 6.15 изображены графики типичного изменения температуры поверхности Земли для двух материалов с различной тепловой инерцией. Материал с большей тепловой инерцией проявляет меньшее температурное изменение, что соответствует описанной выше модели. Но изменения эти не являются синусоидальными, и максимальная температура поверхности Земли регистрируется в 2 часа дня, а не в 3 часа.

На рис. 6.16 представлены типичные значения тепловой инерции Р и коэффициента температуропроводности Г, который определяется по формуле:

для различных материалов. Геологические материалы обладают тепловой инерцией в диапазоне от 400 Дж/(м2с1/2 К) (такие материалы, как песок, глина) до 4000 Дж/(м2с1/2 К) (такие материалы, как кварц). Тепловая инерция металлов в десять раз выше верхнего значения диапазона тепловой инерции геологических материалов, а тепловая инерция дерева в десять раз меньше нижнего значения диапазона тепловой инерции геологических материалов. Интересно, что тепловая инерция воды мало отличается от тепловой инерции минералов. А сырая земля имеет тепловую инерцию, близкую к тепловой инерции воды. Поэтому температура почвы определяется с точностью 15 %. Растительность на земле можно отличить от голой земли ночью, так как она и почва под ней будут теплее, чем голая земля, благодаря изолирующему эффекту растительности. Противоположный эффект наблюдается днем.

Карты тепловой инерции стали изготавливать с помощью спутника НСММ в 1978—1980 гг. Этот спутник был оборудован термальным инфракрасным радиометром HRIR, работающим в диапазоне 10,5—12,5 мкм с точностью 0,4 К. Пример изображения, полученного HRIR, представлен на вклейке 3. В результате изучения карт тепловой инерции, полученных со спутника НСММ, был сделан вывод, что на точность определения тепловой инерции влияют тектонические эффекты и методологические ограничения в расчетах. Кроме того, отличить один тип минерала от другого с помощью таких карт весьма трудно.

Карты тепловой инерции применяются в археологических исследованиях. Если один материал зарыт в землю вместе с другим материалом и оба имеют разную тепловую инерцию, то на поверхности образуется область температурной аномалии. По типу аномалии можно определить природу зарытых в землю объектов.

6.3.6. Поправки на влияние атмосферы

Как уже отмечалось, термальный инфракрасный радиометр измеряет яркостную температуру излучения, поступающего на датчик. Все приборы, получающие изображения поверхности Земли из космоса, имеют погрешность определения температуры 10 К и более из-за влияния атмосферы на распространение теплового инфракрасного излучения. Поэтому все изображения подвергаются корректировке с учетом влияния атмосферных эффектов.

Разработаны три метода корректировки термального инфракрасного изображения. Первый метод — физическое моделирование — программные комплексы LOWTRAN и MODTRAN (см. п. 6.2.6). В действительности наибольшее влияние на искажения в атмосфере оказывают испарения воды, которые можно определить только локальным зондированием. Следовательно, физические модели нельзя применить, пока не будет произведена детальная характеристика атмосферы (см. п. 6.5).