Вступ: Чому Точні дані про обтяження

Осадження — дренаж, сніг, слеет, а також хіль — це фундаментальний драйвер водного циклу Землі. Точне вимірювання опадів є критичним для сільського господарства, управління водним ресурсом, прогнозування паводків, посухого моніторингу та кліматичних досліджень. Протягом десятиліть, заземні манометри склали задній план опадів. Однак ці вимірювання пропонують обмежене просторове покриття, особливо над океанами, горами, і спаржувані регіони. Технологія дистанційного зондування перетворила поле, надаючи великі масштаби, ближнього зламати з космосу. Ця стаття досліджує, як дистанційне зондування посилює процеси збору даних опадів, навіть вимірювання технологій збирання даних, вимірювання

Що таке віддалене Sensing?

Віддалене відсікання відноситься до придбання інформації про об'єкт або феномен без фізичного контакту з ним. У контексті спостереження за Землі це передбачає інструменти, що ведуться на супутниках, літаках або дронів, які вимірюють електромагнітне випромінювання, відбиття або викидаються з поверхні Землі і атмосфери. Ці вимірювання потім обробляються для вроджених фізичних властивостей, таких як температура, вологість, хмарна структура і інтенсивність опадів.

Типи датчика для осаду

  • Пасивні мікрохвильові датчики виявляють природно введене мікрохвильове випромінювання від гідрометеорів (дозатори, сніжинки, хол. Ці сигнали сильно корелюють з інтенсивністю опадів, роблячи їх основним інструментом для оцінки опадів з космосу.
  • Активні датчики, такі як опади радіолокаторів, випромінюють імпульси мікрохвильової енергії і вимірюють зворотний розсіяний сигнал. Це забезпечує детальні вертикальні профілі опадів, включаючи різницю між дощом і снігом.
  • Інфрачервоні (IR) датчики на геостаціонарних супутниках вимірюють хмарні температури поверхні. Холодні, високі хмари пов'язані з глибокими конвекційними системами, що дозволяють алгоритмам ІР на основі інферних опадів. Хоча менш прямі, ніж мікрохвильові спостереження, ІЧ-дані пропонують високу часову частоту (все 5–15 хвилин) і є вирішальним для моніторингу найближчого дореалокально-часового.

Як дистанційне зондування збільшує точність збору даних

Наземні вимірювальні прилади та метеорологічні радари захоплюють локалізовані опади з хорошою точністю, але вони не можуть обходити весь земний світ рівномірно. Віддалене відсічення заповнює критичні зазори:

  • Спатійне покриття: супутники можуть спостерігати кожну частину Землі, включаючи океани, полярні області, і недоступні гірські місцевості. Це дозволяє створення глобальних опадів кліматиків, які не змогли отримати від сторонніх мереж.
  • Temporal покриття: Кілька супутників, які працюють разом, можуть забезпечити час відеоспостереження декількох годин. Геостаціальні платформи пропонують безперервне покриття по фіксованій області, оновлення кожні 5–15 хвилин.
  • Consistency: Супутні інструменти калібровані та перекопчені по всій місії, що забезпечують довгострокові записи, які життєво важливі для виявлення тенденцій та мінливості клімату.
  • Вертична структура: Активні датчики, як подвійно-частотний реципітераційний радар (DPR) на глобальному вимірі зворотного вимірювання (GPM) Основна обсерваторія забезпечує тривимірну інформацію про опади, розкриваючи плавлення шару, дощові ставки на різних висотах, а також інтенсивність конвекційних бурів.

Ключові завдання та їх внесок

Глобальне вимірювання осаду (GPM)

Запущено в 2014 році як спільна місія між НАСА та ЄА Агенцією аерокосмічних розвідки Японії (JAXA), GPM Core обсерваторія несе як двоточастотний реципітераційний радар та мікрохвильовий референт GPM (GMI). GPM слугує довідковим стандартом для міжнародного сузір’я супутників партнера, що забезпечують уніфіковані опади, оцінять кожні 30 хвилин по всьому світу. Інтегровані багатоностальники Multi‐satelliE для GPM (IMERG) продукт об’єднує дані всіх членів сузір’я, щоб виробляти високорозчин (0.1°, 30-хвили) опади.

TRMM (Постанова про підводне падіння)

ТРММ, що працює з 1997 року по 2015 рік, вперше в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, в Україні, Україні, Україні, Україні, Україні, Україні, Україні, Україні, Україні, Україні, Білорусі, Україні, Україні, Білорусі, Україні, Білорусі, Україні, Білорусі, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Франції, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії, Італії

NASA Global Precipitation ]

JAXA GPM/GCOM-W]

Переваги дистанційного зондування в реципієнтах

  • Непаралеве просторове покриття: Супутники охоплюють океани (70% поверхні Землі), віддалені ділянки та політичні межі, які важко інструментаріювати на землі.
  • Near‐real‐time Наявність: Багато супутникові продукти доступні протягом декількох годин спостереження, що підтримують оперативну гідрологію, попередження про паводки та реагування на катастрофу.
  • Long‐term кліматичних записів: З обережним перепереробкою, супутникові записи тепер перевищують 20 років, що дозволяє аналіз сезонної мінливості та тенденцій опадів.
  • Інтеграція з чисельними моделями погоди: Дані супутникових опадів осаджуються в моделі прогнозування погоди, покращуючи точність прогнозів для бурів і опадів.
  • Підтримка управління водним ресурсом: Прискорити карти опадів приводять гідрологічні моделі для водосховищ, зрошення, посухи, а також посухий контроль.

Застосування розширених даних про осади

Прогнозування погоди та здачі в даний час

Виготовлені системи супутникового осадження високопоглинання, що забезпечують операційне чисельне прогнозування погоди (NWP). Наприклад, Інформаційний набір IMERG використовується Національною службою погоди США для поліпшення короткострокових прогнозів та попередження про паводки, зокрема для конвекційно-привідних опадів, де покриття наземного радіолокаційної системи є запобіжним.

Дослідження клімату

Глобальні опади даних, отримані з дистанційного зондування, є важливим для перевірки кліматичних моделей, вивчення відповіді на цикли водного циклу для обігріву, відстеження зсувів в монотонних візерунках, циклах ENSO та тропічних циклах. Дослідники на Національні центри екологічної інформації використовують ці записи для отримання кліматичних норм і оцінок.

Безпека сільського господарства та харчової безпеки

У багатьох регіонах, що розвиваються, бувають нижчими. Супутникові оцінки опадів дозволяють моделювати врожайність, посунутих ранніх попереджувальних систем (наприклад, мережа систем Famine ранньої попередження), а також страхових продуктів для фермерів малого віку.

Гідрологія та водне управління

Для забезпечення гідрологічних моделей великих річкових басейнів, для моніторингу снігу (форма твердих опадів), а також оцінки впливу екстремальних подій, таких як атмосферні річки на Західному узбережжі США.

Виклики та обмеження

Незважаючи на трансформативні переваги, віддалене відондування опадів не викликає труднощів.

  • Data роздільна здатність: Пасивні мікрохвильові датчики забезпечують просторові роздільні здатності на замовлення 10–50 км, які можуть бути занадто грубими для місцевих додатків. Вищего дозволу активного датчика (наприклад, GPM DPR) пропонують ~5 км відстеження, але покриття обмежується непрямим ковтоком.
  • Калібрація та перевірка: Супутні оцінки вимагають послідовного калібрування проти меліорної правди (реймометри, дисдрометри, наземні радіолокатори). Біази можуть виникати з змін в сенсорному виконанні, орбітальному дрейфту або алгоритму припущення.
  • Комплексність алгоритмів ретріевальної: Перетворення спостерігали редіанімації в опади припускають фізичні моделі, які припускають певні розподілу розмірів гідрометеора, форми частинок та атмосферні профілі. Помилки в цих припущеннях можуть призвести до систематичних невизначеностей.
  • Сніго і світлого дощу: Пасивний мікрохвильовий ретріевальний ретріевальний снігопад і дуже легкий дощ (наприклад, крапельниця) залишається складним через слабкі сигнали і неоднозначні підписи.
  • Temporal зазори: Хоча сузір'я покращують покриття, зазори все ще існують між супутниковими перепадами, особливо в полярних регіонах і для короткочасних конвекційних подій.

Майбутні напрямки дистанційного зондування опадів

Кілька нововведень на горизонті обіцяє відштовхувати межі якості та корисності опадів:

Розширені супутникові місії

Наступне покоління місій, як пропоновані НАСА-ДЖAXA ПРЕЗИДЕНТАЦІЯ ЗАХИСТУ (ПММ) слід-он, Європейське космічне агентство ЗЕМЛЯКА (сплод, аерозол, і опади радіолокатора), а також майбутній ] EUMETSAT Polar System‐Second Generation буде здійснювати поліпшені датчики з більш високою роздільною здатністю, кращу чутливість до світлого дощу і снігу, і більш часті ревізії.

Інтеграція машинного навчання

Для об'єднання супутникових спостережень з наземними даними використовуються методики глибокого навчання та обробки даних. Для цього гібридні підходи можуть зменшити похибки ретріевальної та генерувати опади при роздільній здатності підлокітометра над землею. Наприклад, система PERSIANN‐CCS використовує нейромережі для оцінки впливу на супутникове середовище.

Малі супутники та сузір'я

Підвище малозабезпечених малих супутників і CubeSats пропонує потенціал для розгортання щільних сузір'я, які можуть спостерігатися опади з дуже високою часовою роздільною здатністю (10–15 хвилин). Компанії, як планета, Spire, є дослідженням мікрохвильових і радіоокуляційних методів для оцінки опадів.

Покращені мережі наземного калібрування

Розширення якісних майданчиків для закріплення землі, включаючи масиви дисдрометрів та щільні мережі малогабаритних дощових вимірювальних приладів, допоможе рефінувати супутникові алгоритми. Национальный лабораторій Severe Storms] працює на програмі GPM наземної перевірки, яка розгортає польові кампанії для тестування та вдосконалення ретривалальних моделей.

Висновок

Віддалене відчуття має фундаментально змінено, як збираються вчені та операційні органи, аналізують та використовують дані опадів. Супутники забезпечують безперервний, глобальний вид, що не наземної мережі може досягати самостійно. Хоча проблеми залишаються – зокрема у вирішенні тонкощільних функцій, ретривування світла та твердих опадів, а також збереження калібрування протягом десятиліть — рапірні технологічні досягнення в датчиках, машинному навчанні та невеликих супутників, які постійно закривають ці проміжки. Як ці можливості зрілі, роль дистанційного зондування в посиленні збору даних опадів буде рости, пропонуючи суспільство краще інструменти для управління водними ресурсами, прогнозування екстремальної погоди та розуміння мінливого клімату.

NAA GPM продукт Page[