הקדמה: למה לתקן את הנתונים

קדם-ריין, שלג, sleet ו-Bel – הוא נהג בסיסי של מחזור המים של כדור הארץ.מדת המדידה של משקעים היא קריטית לחקלאות, ניהול משאבי מים, חיזוי, פיקוח בצורת ומחקר אקלים.במשך עשרות שנים, מדדי גשם המבוססים על הקרקע אפילו יצרו את עמוד השדרה של רשתות תצפית.

מה זה Sensing?

חישה מרחוק מתייחסת לרכישת מידע על אובייקט או תופעה מבלי ליצור מגע פיזי עם זה. בהקשר של התבוננות כדור הארץ, זה כרוך בכלים הנערכים על לוויינים, מטוסים, או מזל"טים המדיקים קרינה אלקטרומגנטית משתקפת או פולטים מן פני האדמה והאווירה. המדידות האלה מעובדות אז כדי להסיק תכונות פיזיות כגון טמפרטורה, לחות, מבנה ענן, ועוצמה.

סוגי חיישן מרכזיים ל Precipitation

  • (FLT:0 חיישנים מיקרוגל פסיביים של מיקרוגלFLT:1) לזהות באופן טבעי קרינה מיקרוגל פולטת הידרומטים (הצירופים, פתיתי שלג, ברד) אותות אלה הם מאוד מתואמות עם עוצמת המשקעים, מה שהופך אותם כלי עיקרי עבור משקעים estimation מהחלל.
  • (FLT:0 חיישנים מובנים 1) , כגון מכ"מים של משקעים, פולטים הדופקים של אנרגיית מיקרוגל ומדדו את האות המחוספס.זה מספק פרופילים אנכיים מפורטים של משקעים, כולל ההבחנה בין גשם לשלג.
  • (FLT:0 חיישנים (IR) חיישנים 1FLT:1) על לווייני גאותאריים למדוד טמפרטורות ענן-למעלה. Cold, עננים גבוהים קשורים במערכות מקבילות עמוקות, ומאפשרים אלגוריתמים המבוססים על IR כדי להפר את שיעורי המשקעים.בעוד פחות ישיר מתצפיות מיקרוגל, נתוני IR מציעים תדר זמני גבוה (כל 5-15 דקות) והוא חיוני למעקב אחר זמן קצר-אמת.

כיצד ספירת מידע מרחוק משפרת את איסוף הנתונים

מדדי גשם מבוססי קרקע ורדארי מזג אוויר ללכוד את המשקעים המקומיים עם דיוק טוב, אבל הם לא יכולים לכסות את כל העולם באופן אחיד.

  • (FLT:0) כיסוי חלוצי: 1 Satellites יכול להתבונן בכל חלק של כדור הארץ, כולל אוקיינוסים, אזורי הקוטב, ושטח הררי בלתי נגיש.זה מאפשר יצירת קלמפטולוגים של משקעים גלובליים שלא ניתן להשיג מרשתות הזכאות לבד.
  • (FLT:0 ;0) כיסוי טמפליטור: 1 לווייניים מרובים עובדים יחד יכולים לספק זמניים של כמה שעות. פלטפורמות גיאוסטואריות מציעות כיסוי רציף על אזור קבוע, כל 5-15 דקות.
  • (FLT:0)Consistancy: FLT:1 כלי לווין הם מכווצים וצלביים על פני משימות, ומייצרים רשומות ארוכות טווח חיוניות לגילוי מגמות וגמישות הקשורות לשינוי האקלים.
  • מבנה תיאורטי:0(Vertical Structure: FLT:1 Activeחיישנים כמו ה-Double- ⁇ Precipitation Radar (DPR) על מדד ההנצחה הגלובלי (GPM) מספק מידע תלת-ממדי על משקעים, חושף את שכבת ההריסה, שיעורי גשם בגובהים שונים, ואת עוצמת הסערה הזמנית.

המשימה המרכזית ותרומתם

מדדי ההקפה העולמיים (GPM)

הושק בשנת 2014 כמשימה משותפת בין נאס"א וסוכנות חקר החלל היפנית (JAXA), ה- GPM Core Observatory נושאת גם את המצפה הכפול של ⁇ Precipitation Radar ו- GPM מיקרוגל Imager (GMI) GPM משמש כסטנדרט התייחסות עבור קבוצה בינלאומית של לווייני שותפים, המספקת משקעים מאוחדים כל 30 דקות ברחבי העולם.

TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)

הפעלה בין השנים 1997 ל-2015 TRMM חלוצית מכ"ם של משקעים מבוססי חלל ורדיומטריה מיקרוגל על הטרופיים והסובטרופיים.הנתונים שלה הניחו את הבסיס ל- GPM וממשיך לשמש למחקרי אקלים.

(ב) [15] ,2 ,2 ,2 ,N) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ,0) ,5 ,2 (ה) ,2 jaXA GPM/GCOM-WirFLT 3: 3

היתרונות של סניפי מרחוק במחקרים

  • (FLT:0) סיקור מרחבי שאין דומה לו: FLT:1 Satellites מכסים אוקיינוסים (70% משטח כדור הארץ), שטחים מרוחקים, וגבולות פוליטיים שקשה לכלי על הקרקע.
  • (FLT:0) זמינות בזמן אמת: FIRLT:1) מוצרי לווייני רבים זמינים בתוך כמה שעות של התבוננות, תמיכה הידרולוגיה תפעולית, אזהרות מצפות ותגובה לאסון.
  • (FLT:0) רשומות אקלים לטווח ארוך: FLT:1 עם עיבוד קפדני, רשומות לוויין עכשיו עולה על 20 שנים, המאפשר ניתוח עונתי של עמידות ומגמות במשקעים קיצוניים.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם מודלים מזג אוויר מספרי:FLT ( 1 Satellite משקעים) נתונים מתבוללים במודלים של חיזוי מזג אוויר, שיפור הדיוק של החיזוי עבור סערות ואירועי משקעים.
  • (FLT:0)Support for water Resources Management:FreaLT:1) Accurate משקעים מפות לנהוג מודלים הידרולוגיים עבור פעולות מאגר, תזמון השקיה, ניטור בצורת.

יישומים של נתונים משופרים

מזג אוויר ומודרניזציה

מוצרי משקעים לווייניים ברזולוציה גבוהה מזינים את תחזית מזג האוויר המספרית התפעולית (NWP) לדוגמה, את נתוני IMERG משמשת על ידי שירות מזג האוויר הלאומי של ארה"ב לשיפור תחזיות קצרות טווח ואזהרות מצפות, במיוחד עבור גשם מונחה על ידי convection-oriented Rain שבו כיסוי מכ"ם מבוסס קרקע הוא דלגן.

מחקר אקלים

נתונים של משקעים גלובליים שמקורם ברגישות מרחוק הם חיוניים לאימות מודלים של אקלים, לימוד תגובת מחזור המים להתחממות, מעקב שינויים בדפוסי מונסון, מחזורי ENSO, ופעילות מחזורית טרופית.

חקלאות וביטחון מזון

באזורים רבים, מדדי גשם המבוססים על הקרקע הם בקושי.ערכת משקעים מודרנים של לווין מאפשרת יבול ייצור מודלים, בצורת מערכות התראה מוקדמות (כגון רשת מערכות אזהרה מוקדמת Famine), ומוצרי ביטוח עבור חקלאים בעלי חיים קטנים.

הידרולוגיה וניהול מים

מודלים מתבולים דורשים קלטות גשם מבוזרות באופן מרחבי. נתונים חישה מרחוק משמשים כדי לעגל מודלים הידרולוגיים עבור אגן נהר גדול, לפקח על שלג (צורה של משקעים מוצקים), ולהעריך את ההשפעה של אירועים קיצוניים כמו נהרות אטמוספריים על החוף המערבי של ארצות הברית.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות המשתנים, חישה מרחוק של משקעים אינה ללא אתגרים.

  • (FLT:0) רזולוציה של נתונים: חיישנים מיקרוגל פסיביים מספקים החלטות מרחביות על סדר של 10-50 ק"מ, אשר עשוי להיות קורקזה מדי עבור יישומים מקומיים.רזולוציה גבוהה יותר חיישנים פעילים (למשל, GPM DPR) מציעים - 5 ק"מ טביעת רגל, אבל כיסוי מוגבל לכיסוי שאינו יכול.
  • (FLT:0) ,Calibration and אימות: FIRLT:1 , הערכות לוויין דורשות כיבוד עקבי נגד אמת הקרקע (מדי הרדין, דיסממטרים, מכ"מים קרקעיים) יכול להתעורר משינויים בביצוע חיישן, סחף מסלול או הנחות אלגוריתמיות.
  • (FLT:0) המורכבות של אלגוריתמים של אלגוריתמים חוזרים: אנדרל 1 (Horival) (HerveFLT:1) מהמרת קרינה צפה במשקעים היא מודלים פיזיים אשר מניחים התפלגות גודל הידרומטראור מסוימות, צורות חלקיקים ופרופילים אטמוספריים.
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: ויקרא י"א: ויקרא י"א) ו"ג'ו" (במדבר כ"ד, ט"ז) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) פערי הדגימה של טמפל: FIRLT:1 למרות שקונסטלציה לשפר את הכיסוי, פערים עדיין קיימים בין מעברי לוויין, במיוחד באזורים קוטביים ו לאירועים קצרי-הימים.

כיוונים עתידיים ב Sensing מרחוק של Precipitation

כמה חידושים באופק מבטיחים לדחוף את גבולות איכות הנתונים של משקעים ושימושיות:

משימות לוויין מתקדמות

משימות הדור הבא כמו המשימה של נאס"א-JAXA Precipitation Measurement Mission (PMM) מעקב אחר, מערכת החלל האירופית של סוכנות החלל האירופית (ענן, אווירול, ומשקעים), ואת ה-FLT המתקרב:0EUMETSAT Polar System-IIFLT:1 תישא חיישנים משופרים עם פתרון גבוה יותר, רגישות טובה יותר לגשם ולחולל, ולתדירות גבוהה יותר.

שילוב של Machine Learning

טכניקות למידה עמוקה והיתוך נתונים משמשים לשלב תצפיות לוויין עם נתונים המבוססים על הקרקע, מוצרי אנליזה, ומודלים ברזולוציה גבוהה. גישות היברידיות אלה יכולות להפחית הטיה לאחור וליצור שדות משקעים ברזולוציה תת-קלמרומית על פני הקרקע.לדוגמה, מערכת PERSN-CCS משתמשת ברשתות עצביות עבור estimation גשם מבוסס לווייני.

לוויינים קטנים וקונסטלציה

העלייה של לווינים קטנים בעלות נמוכה וקוביות מציעה את הפוטנציאל לפרוס קבוצות כוכבים צפופות שיכולים לצפות במשקעים עם החלטה עתירית גבוהה מאוד (10-15 דקות) חברות כמו פלנטת וספירה הן חקרו את המיקרוגל ואת טכניקות הסתרת רדיו של גנוס למשקעים.

רשתות פיתוח: Ground Calibration

הרחבת אתרי אימות הקרקע באיכות גבוהה, כולל מערךי פיזור ורשתות צפופות של מדפי גשם זולים, יסייעו לחדד אלגוריתמים לווייניים.TheFLT:0NOAA's National Severe Storms LaboratoryFLT:1 רץ תוכנית אימות GPM אשר פריסת קמפיינים שדה כדי לבדוק ולשפר את המודלים של Retrieval.

מסקנה

חישה מרחוק שינתה באופן יסודי את האופן שבו מדענים וסוכנויות תפעול אוספים, מנתחים ומשתמשים בנתונים של משקעים.לוויינים מספקים תצוגה גלובלית רציפה, כי שום רשת מבוססת קרקע לא תוכל להשיג לבדה, בעוד שהאתגרים נשארים – במיוחד בפתרון תכונות בקנה מידה בסדר, חיזוק אור מזג האוויר ומשקעים מוצקים, ושמירה על קיסוס לאורך עשרות שנים – עידוד ההתקדמות הטכנולוגית בחיישנים, למידה, קבוצות קטנות הם בהתמדה, כמו גם יכולות מתקדמות של שינוי אקלים, כמו גם שיפור של שינוי יעיל יותר, שיפור משאבים מתקדמים, כמו שיפור של מערכות יחסים מתקדמות יותר, כמו גם של מערכות יחסים מתקדמות, כמו גם בתחום זה, כמו גם שיפור משאבי אקלים, שיפור כוח חיים רחב יותר ויותר, שיפור כוח חיים רחב יותר, שיפור יעיל יותר, שיפור יעיל יותר ויותר, שיפור יעיל יותר, שיפור כוח חיים רחב יותר ויותר, שיפור יעיל יותר ויותר, שיפור של מערכות יחסים מרוחק, שיפור משקל, שיפור של מערכות יחסים בינוני, שיפור משאבי אקלים, שיפור כוח חיים רחב יותר ויותר, שיפור יעיל, שיפור יעיל של מערכות יחסים בינוני, שיפור יעיל של מערכות יחסים בינוני, כמו גם שיפור יעיל יותר ויותר, שיפור משאבי אקלים מתקדם, שיפור יעיל יותר ויותר, שיפור יעיל יותר ויותר, שיפור יעיל יותר ויותר, שיפור כוח חיים רחב יותר ויותר גבוה יותר ויותר, שיפור כוח חיים רחב יותר ויותר, שיפור כוח

(ב) [15] ,5 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇