Прикладные вопросы дистанционного зондирования, страница 6

Точность определения температуры с помощью этих трассовых и дающих изображения СВЧ-радиометров составляет 1-5° в зависимости от высоты над уровнем моря, широты и времени года. Точность можно повысить путем увеличения числа измерительных каналов. Основная характеристика водяного пара над океанами, измеряемая спутниковыми СВЧ-радиометрами - его интегральное содержание. Оно определяется с точностью в несколько процентов. Дальнейшее использование СВЧ-радиометров на метеоспутниках и оперативных спутниках погоды потребует введения дополнительных каналов для измерения таких составляющих атмосферы, как О₃, H₂O₂ и СО. Частоты этих каналов будут доходить до 200 ГГц и даже выше.

§ 3. ПРАКТИКА ПАССИВНОГО ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Этот параграф представляет собой очень краткий обзор некоторых основных понятий, используемых в практической СВЧ-радиометрии.

Тепловое излучение, черные тела, излучательная способность и яркостная температура. Все объекты, не находящиеся при температуре абсолютного нуля, в результате случайных тепловых движений электронов и протонов излучают небольшую электромагнитную энергию. Это излучение имеет форму электромагнитного шума со всеми частотными компонентами. Кроме того, тепловое излучение имеет случайную поляризацию, так как случайны направления движения порождающих его заряженных частиц. Тепловое излучение объектов с температурой, близкой к температуре окружающей среды, т. е. около 300 К, имеет максимум, приходящийся на "тепловую инфракрасную" часть спектра (длины волн около 10 мкм). Несмотря на то, что тепловое излучение в СВЧ-области спектра электромагнитных волн слабее на шесть порядков величины, его легко можно регистрировать с помощью радиометра.

Основными составными частями радиометра, как показано на рис.19а, являются антенна, очень чувствительный приёмник и регистратор. Этот прибор используется для измерений тепловых электромагнитных шумов поверхности Земли и атмосферы. Если представить антенну в виде сопротивления с температурой Т, то мощностъ шума такой антенны выразится как P=kTΔf, где k = 1.23*10^-23 Дж/К-постоянная Больцмана, а Δf- полоса пропускания приёмника. Фактически выходной сигнал калиброванного СВЧ-радиометра может выражаться "антенной температурой" T_A, которая пропорциональна полной мощности шумов, порождаемых падающим на антенну тепловым излучением.

При дальнейшем обсуждении практических вопросов применения метода дистанционного зондирования в тексте могут встречаться величины и параметры, которые имеют не такое обозначение, как в предыдущих главах. Нарушение единообразия в нашем изложении связано с отсутствием единых стандартов на эти обозначения, с возможностью встречи с ними на страницах как учебной, так и специальной литературы и этот факт необходимо учитывать при самостоятельном изучении материала. Как правило, в каждом конкретном случае, если возникает необходимость, будут даны или дополнительные пояснения, или определения встречаемых  величин и различных параметров,  привязанные к конкретному тексту.  

(b)

Рис. 19. (a) Простой СВЧ-радиометр, состоящий из антенны, приёмника и регистрирующего устройства; (b) Распределение яркостной температуры Т_В (θ, φ) излучения, приходящего на антенну с диаграммой направленности G (θ, φ).

Формула для антенной температуры (см.  Часть II, § 3, формула (2.3.2)) имеет вид:

, где G (θ, φ)-коэффициент усиления антенны; Т_В (θ, φ)- угловое распределение яркостной температуры излучения, падающего на антенну. Антенная температура представляет собой сумму взвешенных по диаграмме направленности яркостных температур с различных направлений.

Рис. 20. Процесс теплового излучения Земли и переноса энергии теплового шума к радиометру, размещенному на космическом летательном аппарате.