Изучение поверхности океана из космоса

Изучение поверхности океана из космоса.

В занятии демонстрируются данные о цвете океана, но на практике могут быть приспособлены к любому типу данных о земной поверхности.

Занятие проводились в течение последних 5 лет в американской военно-морской академии в Аннаполисе, штат Мэриленд на трех сессиях ежегодного летнего симпозиума преподавателей в рамках проекта Маури Американского метеорологического общества. Комментарии участника Maury к этим урокам были очень благоприятны. После представления в текущем году и положительных отзывов я посчитал, что эти занятия завершены, и я решила сделать их доступными в Интернете.

Ребекка Фарр, август, 1998 г.

Как спутники “видят” Землю

Введение:

На спутниках обычно нет видео- и фотокамер, и они используют электронные регистраторы, чтобы измерить отраженное излучение. Электронные инструменты преобразовывают фотоны, попадающие на их светочувствительные элементы, в электрические сигналы, которым присваиваются численные значения. На спутнике численные значения преобразовываются в поток двоичных чисел, которые передаются на наземные приемные станции.

Спутник несет обычно несколько датчиков, чувствительных к различным длинам световых волн (также называемых диапазонами), что позволяет с помощью спутника определять различные цвета поверхности. С помощью наземных компьютеров числовая информация с различных датчиков переводится в конкретные значения излучения и объединяется в комбинации для восстановления изображения. Затем с помощью уравнений по спутниковым данным вычисляются геофизические параметры, как, например, значения концентрации хлорофилла, путем сравнения данных в различных диапазонах.

Здесь демонстрируются способы распознавания цветов и расчета параметров с использованием спутниковых данных в различных диапазонах. Демонстрируются данные, полученные с помощью цветного сканера прибрежной зоны (CZCS), который использовался в 1978 – 1986 гг. Дополнительную информацию о цвете поверхности океана можно получить в Архивном Центре Годдарда NАSА на сайте данных и ресурсов о цвете океана.

Занятие 1. Распознавание цвета:

Цель занятия: Показать, как используются монохроматические спутниковые регистраторы для сбора данных о цвете объектов земной поверхности.

Материалы: слайдпроектор, цветные фильтры: красный, зеленый и синий; цветные предметы (фрукты, бумажные очертания, цветные фотографии, пластмассовые игрушки, и т.д.), темная комната.

Основная информация:

Методом дистанционного зондирования спутник получает изображение поверхности Земли в различных цветах. Спутник оборудован датчиками, регистрирующими излучение в узком цветовом диапазоне, и каждый датчик записывает данные только одного цвета, а вместе они дают информацию в некотором цветовом диапазоне.

Количеству фотонов, полученных каждым датчиком, присваивается числовое значение, которое соответствует яркости света для каждого пиксела поверхности и используется для генерации изображения, воспроизведенного каждым датчиком. Для 8-битового числа значения располагаются 0 - 255. Этот диапазон соответствует 256 оттенкам серого цвета от черного (0) до белому (255). Изображения в оттенках серого цвета для каждого цвета передаются к Земле в виде набора двоичных чисел, характеризующих одно изображение от каждого датчика.

На шести изображениях Гибралтарского пролива по данным цветного сканера прибрежной зоны (CZCS) видно, что некоторые детали в одном цвете более яркие, чем в других:

Рассмотрим процесс регистрации цветного изображения методом дистанционного зондирования спутниковыми датчиками. Исследуя различные объекты в красном, зеленом и синем свете, можно заметить, что яркость объектов изменяется с длиной волны излучения. Освещение объектов различным цветом эквивалентно их изучению через цветные фильтры или регистрации излучения в узких диапазонах цвета. Вид объекта связан с его "реальным" цветом при освещении белым светом.

Отметив различия яркости известных цветов объектов в каждом свете, можно определить неизвестные цвета других объектов.

Практическое упражнение:

Из закрытой коробки следует в темноте достать предметы разного цвета, не смотрите на них на свету.

1. Включив свет, затемнив аудиторию, закройте проектор красным фильтром и включите его.

2. Откройте коробку и разместите предметы в ряд. Сравните их относительную яркость. В красном свете они выглядят ярче или более темными по сравнению друг с другом?

3. Разместите предметы на столе от самого яркого до самого темного в красном свете. Переведите ваши наблюдения на гистограмму в таблице, приведенной ниже, (самый яркий: значение =5; самый темный: значение =1).