SU1005549A1

SU1005549A1 - Способ определени температуры подстилающей поверхности с летательных аппаратов

Info

Publication number: SU1005549A1
Application number: SU802963592A
Authority: SU
Inventors: А.К. Городецкий
Original assignee: Институт Океанологии Им.П.П.Ширшова
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1983-10-23

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ С ЛЕТАТЕЛЬНЫХ; АППАРАТОВ, вкпючакиций измерение интенсивности суммарного излучени участка подстилающей поверхности и атмосферы и определение темпера уры по выделенному собственному излучению участка подстилающей поверхности , о тличающийс тем, что, с целью повышени точности определени температурь подстилающей поверхности, квазисиихрон о измер ют интенсивность излучени одного и того же участка подстилающей поверхности и атмосферы по крайней мере под трем углами визировани , причем визировани выбирают по соотношению воздуш (Л иых масс 1,2 и 3.

Description

Изобретение относитс к области бесгконтактной те1эмо1Яетрии.

Оно может быть использовано в океанологии , метеорологии, геофизике при определении температуры подстилающей поверхности (ТПП) - водной поверхности , снежного и ледового покровов, земной поверхности в труднодоступных райои нах, массивов под с/х культурами и т.д.- с летательных аппаратов, в том числе со спутников,.

Известен спектральный способ определени ТПП по измерени м излучени в нескольких интервалах спектра Щ . В спектральном способе интенсивность излучени дл двух или более диапазонов спектра св зываетс , регрессионным соотношением , параметрами которого вл ютс температура И угол визировани . Однако коэффициенты в уравнении регрессии и- ошибки метода оказываютс завис щими от оптической толщины атмосферы и прин той модели поглощени вод ным паром. Кроме того, в области спектра 3,6-3,9 мкм отраженное излуче 1ие сопоставимо с тепловым излучением , поэтому метод применим только в ограниченных услови х (ночью).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс способ опрделени температуры подстил а юще1| поверхности с летательных аппаратов, включающий измерение интенсивности суммарного излучени .участка подстилающей поверхности и атмосферы и определение температуры по выделенному собственному излучению участка подстилающей поверхности 2 , Дл уменьшени иска жающего вли ни атмосферы выбираетс узкий спектральный интервал вне полос и достаточно сильных групп линий поглощени вод ного пара. Недостатком способа вл етс то, что сужение спектрального интервала чувствительности радиометра не позвол ет учесть полностью поглощение в атмосфере, которое включает помимо газовой также и аэрозольную компоненту. Кроме того, сужение спектрального диапазона уменьшает энергетический поток и ухудщает отношение сигнал/шум на выходе радиометра. Все это приводит к недостаточной точности определени температуры.

Целью изобретени вл етс повыщение точности определени температуры подстилающей поверхности.

Цель достигаетс тем, что по способу включающему измерение интенсивности

суммарного излучени участка подстилающей поверхности и атмосферы и определение температуры по выделенному собственному излучению участка подстилаю5 щей поверхности, квазисинхронно измер ют интенсивность излучени одного и того же участка подстилающей поверхности и атмосферы по крайней мере .под трем углами Визировани , причем углы

0 визировани выбирают по соотношению воздушных масс 1,2 и 3.

На фиг. 1 показана схема измерений; на фиг. 2 - последовательность перехода от измеренной интенсивности из уче5 НИН поверхности к собственной.

На фиг, 1 отмечены последовательные положени радиометра 1,2 и 3. Измер емой величиной вл етс интенсивность излучени системы поверхность -

0 атмосфера , 12 ® интервале прозрачности ИК-области спектра над выделенным участком поверхности при значении поздущной массы in sec0, Ш 1,2 и 3 соответственно, б - угол

5 визировани (между нормалью к поверхности и направлением визировани ). На фиг. 2 в двух первых квадрантах с помощью стрелок показан переход от измеренной интенсивности ( ) к из 0 лучению водной поверхности (акватории)

т

l-g .в этом случае на основе аппроксимации точного решени интегральгного уравнени переноса излучени в плоско-параллельном слое

ie , J1)

( и поправоч-,

где

г г ный коэффициен т il (+c3)(UbV),

t

. где W - приведенна масса вод ного пара в атмосферном столбе в сантиметрах

5 йло осажденной воды (ос.см). Дл используемого на практике интервала спектра 11-1.2 мкм численные значени регрессионного Коэффициента d 0,002, в О,ОО65 ос. см .

Дл восстановлени интенсивности излучени поверхности суши 1, при диффузном отражении с излучательной способностью О необходим дополнительный

5 переход, показанный в третьем квадранте

(2)

Здесь второй поправочный коэффициент

iz btexpl-otvA/)l(-(c)/(U6t.y Дл указанного интервала 11-12 мкм OL 0,23.

Значение W , определ кидее относительную поправку на селективное поглощение и интенсивность противоизлучени атмосферы за счет вод ного пара, находитс по результатам дополнительных дистанционных измерений с помощью СВЧрадиометров или фотометров, или беретс по прогностическим или климатическим данным.

Излучательна способность поверхности в зависимости от. ее типа может заметно отличатьс от 1. Средние значени (Гдл различных поверхностей суши и дл водной взволнованной поверхности привод тс в литературе. Значени б

учитываютс в выражении (1) выбором направлений измерений.

Таким образом, дл перехода к восстановленной интенсивности излучени необходимо по проведению основных и до полни гельных (дл определени W ) измерений рассчитать значени П , i. и i2 этим начальным значени м на фиг. 2 построены точки 4,5,6 (их вторые координаты равны 1), через коTOfflbie проведены радиальные лучи. Исходной точкой перехода от измеренной интенсивности служит точка 7. Точки 8,9, 10 получены пересечением лучей с , параллельными ос м координат.

Восстановленна интенсивность отсчиты- ваетс в точке 11, Дл удобства чте|ни рисунка шкалы интенсивности 1 и t(. параллельно снесены от осей х ,в i случае водной поверхности переход заканчиваетс в точке 12.

Термодинамическа температура поверхности Tfj вычисл етс по функции В определ емой из услови В 1 в случае суши или В Ig дл водной поверхности. Здесь ( Т, ),й ),взвешенна с учетом спектральной чувствительности аппаратуры функци , излучени черного тела.|

S

Дл проверки способа проведено численное решение уравнени переноса из- 71учени . Расчеты выполнены с псмошью ЭВМ дл р да модельных профилей температуры , влажности и аэрозол , охватывающих сезонные вариации метеорологических параметров рри значительных вариаци х оптической толщины атмосферы. Регресионный анализ исходных и восстановленных по насто щему способу значений интенсивности излучени поверхности показывает, что обеспечиваетс учет основных факторов, определ ющих- излучение системы поверхность-атмосфера - вариаций профилей температуры, континуального и аэрозольного поглощени , селективного газового поглощени , противоизлучени атмосферы, отраженного поверхностью . При точных значени х, интенсивности излучени системы 1 , 12 , 1 среднеквадратична ошибка восстановлени температуры поверхности пО 20 реа лизаци м, CS 0,2К. Введение ошибки измерений в 1 , 1 g 1Э приводит, как видно нз выражений (1), (2), к усилению ошибки восстановлени Т . Одншс благодар тому, что дл различных направлений границы выделенного участка поверхности неизменньт, угловой раствор попей зрени и, следовательно, энергетический поток и о тношениесигнал/шумдл интенсивностей 1 и 1 больше, чем дл l(j . Это уменьшает относительную ошибку определени квадрата отношени 1 /Ij . Кроме того, использование отношений l,;(/l2 и /Ij приводит к ослаблению роли абсолютных ошибок перехода от измер емых сигналов к энергетическим единицам ввиду общего масштабного множител и ограничивает ошибку восстановлени температуры поBepXHocTH&T ilK при ошибках измерени радиационной температуры То 0,10 ,2К.

Claims

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ С ЛЕТАТЕЛЬНЫХ: АППАРАТОВ, включающий измерение интенсивности суммарного излучения участка подстилающей поверхности и атмосферы и определение температуры по выделенному собственному излучению участка подстилающей по— верхнеети, о Сличающийся тем, что, с целью повышения точности определения температуры подстилающей поверхности, квази синхронно измеряют интенсивность излучения одного и того же участка подстилающей поверхности и атмосферы по крайней мере под тремя углами визирования, причем углы визирования выбирают по соотношению воздушных масс 1,2 и 3.

f