Пассивные микроволновые системы. Теория антенн, страница 6

7.3.2. Исследования поверхности суши

Н         едостаточное угловое разрешение пассивной микроволновой радиометрии исключает ее применение в аэробортовых системах наблюдения за поверхностью Земли, которым характерна небольшая высота. Системы пассивной микроволновой радиометрии, применяемые в космической технике, имеют пространственное разрешение около 20 км, что недостаточно для получения подробных данных о поверхности суши; другие системы получения сведений о поверхности суши имеют большее разрешение. Поэтому пассивная микроволновая радиометрия для изучения суши практически не применяется. Однако несколько систем пассивной микроволновой радиометрии используются для определения температуры поверхности суши, которая характеризуется большими размерами и высокой степенью физической однородности.

7.4. Поправки на влияние атмосферы

Как указывалось в гл. 4, атмосфера Земли не является полностью прозрачной для микроволнового спектра электромагнитного излучения. Это означает, что яркостная температура, зафиксированная космическими бортовыми микроволновыми системами не равна ___________(как в свободном пространстве), где ___________— излучательная способность поверхности, а Т — ее физическая температура. Поэтому зафиксированная датчиком яркостная температура состоит из трех компонентов:

1) яркостная температура, излученная поверхностью и ослабленная атмосферой;

2) излучение нижних слоев атмосферы с учетом отражения (тоже ослабленное атмосферой);

3) излучение верхних слоев атмосферы.

Очевидно, что необходимо ввести соответствующие коррективы в показания датчика.

Для введения поправок используется передаточная функция излучения (см. п. 3.4.1). Для упрощения этой функции применяются приближения Рэлея—Джинса. Сначала рассмотрим компонент 3 в случае чистого неба (отсутствие облаков, дождя, снега и пр.). Из уравнения (3.74) можно записать:

где __________ — суммарная оптическая плотность траектории, а __________ — оптическая плотность между поверхностью и точкой траектории, где физическая температура равна ____________. Чтобы получить приблизительное значение компонента 3, предположим, что ______________ является постоянной. Тогда:

На рис. 7.8 представлен результат применения уравнения (7.11) к данным поглощения атмосферы (см. рис. 4.5) при температуре атмосферы Т= 250 К. Две кривые на графике — это при излучении в вертикальном направлении и при излучении под углом 50° к надиру. Очевидно, что на частотах ниже 15 ГГц влияние компонента 3 всего лишь несколько Кельвинов. Оно значительно увеличивается возле линии поглощения испарениями воды на частоте 22 ГГц и на частоте 60 ГГц (кислородная линия). Таким образом, на частотах ниже 15 ГГц получают данные, достаточные для корректировки итогового результата.

Далее рассмотрим влияние излучения нижних слоев атмосферы. Оно аналогично предыдущему влиянию, и данные совпадают с данными на рис. 7.8. Отражение этого излучения сравнительно мало. Однако следует отметить, что излучение нижних слоев атмосферы достигает поверхности во всех направлениях, поэтому при расчетах отраженного излучения необходимо учитывать все эти направления. Кроме того, следует учитывать, что на частотах ниже 3 ГГц основной вклад вносит галактическое излучение (рис. 7.8).