1234

Badania lądolodów polarnych, a także lodu morskiego w obszarach podbiegunowych napotykały na liczne trudności z uwagi na niedostępność terenu, surowe warunki klimatyczne, długie okresy nocy polarnej, a przede wszystkim na rozległość tej formy pokrycia globu ziemskiego. Nic więc dziwnego, że badania były prowadzone na ograniczonym obszarze, w stosunkowo krótkich okresach i dość wyrywkowo. Nie pomogło zastosowanie obserwacji prowadzonych z pokładów samolotów, fotografii lotniczej, a nawet satelitarnej, gdyż istniejąca wówczas technika umożliwiała wykonywanie zdjęć tylko w paśmie widzialnym oraz w bliskiej i dalekiej podczerwieni. Rejestracja tych zakresów promieniowania była więc możliwa wyłącznie w warunkach dobrej pogody. Tymczasem regiony polarne charakteryzują się częstym zachmurzeniem, eliminującym możliwość stosowania optycznych technik zdalnego pozyskiwania informacji.

Teledetekcja satelitarna źródłem informacji o pokrywie lodowej

Sytuacja zmieniła się radykalnie z chwilą wprowadzenia na orbitę pierwszego satelity wyposażonego w skaner rejestrujący promieniowanie mikrofalowe, emitowane z powierzchni Ziemi. W grudniu 1972 r. Amerykańska Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) umieściła na orbicie wokółziemskiej satelitę Nimbus 5, na pokładzie którego został zainstalowany mikrofalowy radiometr skanujący (Electrically Scanning Microwave Radiometer - ESMR). Przyrząd rejestrował promieniowanie o długości fali 1,55 cm, wysyłane zarówno przez niepokrytą lodem wodę, jak i lód morski. Promieniowanie mikrofalowe przenika przez chmury, ich obecność nie wpływała więc na obserwację powierzchni globu ziemskiego w tym zakresie promieniowania. Rejestrację promieniowania mikrofalowego można prowadzić zarówno w dzień, jak i w nocy (ASPRS, 1983) - długa polarna noc nie stanowi przeszkody w pozyskiwaniu informacji. W czasie nocy polarnej, z uwagi na znaczne spadki temperatury, następuje zwiększenie powierzchni pokrytej lodem morskim. A zatem wykonywanie zdjęć w tym okresie pozwala na rejestrację maksymalnego zasięgu lodu morskiego.

Promieniowanie mikrofalowe emitowane z powierzchni Ziemi jest jednak bardzo słabe. Jego rejestracja za pomocą skanera znajdującego się na satelicie poruszającym się z prędkością ponad 7 km/s wymagała stosowania odpowiednio czułych urządzeń. Samo zwiększenie czułości detektora promieniowania okazało się niewystarczające. Konieczne było zwiększenie tak zwanego chwilowego pola widzenia skanera, czyli obszaru, z którego w danym momencie promieniowanie mikrofalowe dociera do sensora. Chodziło o to, aby energia emitowana z takiego pola była wystarczająca do wywołania reakcji w sensorze skanera. W przypadku radiometru ESMR chwilowe pole widzenia miało powierzchnię 25x25 km. Pierwsze mikrofalowe zdjęcia satelitarne charakteryzowały się więc stosunkowo małą rozdzielczością przestrzenną; była ona jednak wystarczająca do badania obszarów o powierzchni setek tysięcy km2. Satelita Nimbus 5 pracował na orbicie przez cztery lata, dostarczając pierwszych zdjęć obszarów polarnych pokrytych lodem morskim.

Rejestracja promieniowania elektromagnetycznego o długości fal 1,55 cm umożliwiła otrzymanie obrazu przestrzennego rozkładu tak zwanej temperatury luminancyjnej powierzchni badanych obiektów. Można przyjąć w pewnym uproszczeniu, że temperatura luminancyjna jest iloczynem natężenia promieniowania emitowanego w określonym zakresie widma i temperatury powierzchni danego obiektu. Różne powierzchnie emitują różne ilości energii. I chociaż woda morska ma wyższą temperaturę niż lód morski, to z uwagi na fakt, że lód emituje więcej energii w zakresie promieniowania mikrofalowego niż woda, jego temperatura luminancyjna jest wyższa. Inaczej przedstawia się sprawa śniegu. Ma on temperaturę zbliżoną do temperatury lodu, jest jednak znacznie gorszym radiatorem niż lód, a jego temperatura luminancyjna jest przez to niższa. Analiza zdjęć mikrofalowych umożliwiła zatem rozróżnianie obiektów, które w widmie widzialnym, a nawet w podczerwieni, są bardzo podobne, mianowicie śniegu i lodu. Na podstawie pierwszych mikrofalowych zdjęć satelitarnych stwierdzono, że zasięg i rozmieszczenie paku lodowego w morzach polarnych, przedstawiane na dotychczasowych mapach i w atlasach, musi ulec poważnym korektom. Stwierdzono również, że zarys zasięgu pokrywy lodowej jest znacznie bardziej złożony niż pierwotnie sądzono, co jest spowodowane przede wszystkim oddziaływaniem prądów morskich (Marten, Chesterman, 1980).

Sześć lat później, 24 października 1978 r., na orbitę został wprowadzony kolejny, siódmy satelita z serii Nimbus. Na jego pokładzie zainstalowano znacznie doskonalsze urządzenie - wielokanałowy mikrofalowy radiometr skanujący (Scanning Multichannel Microwave Radiometer - SMMR). Radiometr ten rejestrował promieniowanie o długościach fal od 0,81 do 4,54 cm, w pięciu pasmach, z rozdzielczością przestrzenną 625 km2. Satelita Nimbus 7 pracował na orbicie do 1987 r. Do serii cywilnych satelitów, wykonujących zdjęcia mikrofalowe lodów podbiegunowych, dołączyły również wojskowe satelity meteorologiczne serii DMSP (Defence Meteorological Satellite Program). Na ich pokładzie umieszczono udoskonalony radiometr mikrofalowy, Special Sensor Microwave/Imager - SSM/I (NOAA) Satelity tej serii, kontynuując misje cywilnych satelitów mikrofalowych, dostarczały danych niezbędnych do określenia powierzchni lodów morskich, ich zasięgu, a także wieku lodu.

Rozwój techniki satelitarnej i doskonalenie narzędzi służących do pozyskiwania danych umożliwiły wprowadzenie na orbitę satelitów, na pokładach których zostały zainstalowane nowe urządzenia - radiolokatory obrazowe. Jednym z pierwszych w tej nowej generacji był satelita Europejskiej Agencji Kosmicznej ERS-1, wystrzelony w 1991 r. i wyposażony we własny generator promieniowania mikrofalowego. Zainstalowany na satelicie skaner SAR wysyłał w kierunku powierzchni Ziemi wiązkę promieniowania mikrofalowego o długości fali około 5 cm, która po odbiciu wracała do anteny umieszczonej na satelicie. Sygnał mikrofalowy odebrany przez satelitę był następnie przesyłany do stacji naziemnej w celu dalszego przetwarzania. W efekcie otrzymywano mikrofalowe zdjęcia satelitarne, potocznie zwane satelitarnymi zdjęciami radarowymi. Ich rozdzielczość przestrzenna była nieporównanie lepsza od zdjęć wykonywanych przez poprzednią generację satelitów z pasywnymi radiometrami mikrofalowymi na pokładzie. Wynosiła ona teraz 25x25 m. Wkrótce potem pojawiły się mikrofalowe satelity rosyjskie, japońskie oraz - najdoskonalszy z nich - kanadyjski satelita Radarsat wystrzelony 1995 r. (Nagler, Rott, 1998).

1234
powrót na górę strony
Wykład
Zmiany pokrywy lodowej na globie ziemskim
Strona
2/4
Autor
Wydział Geografii i Studiów Regionalnych Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska