Кіріспе

Атмосфералық, жер бетіндегі немесе теңіз температурасын спутниктер арқылы өлшеу. Спутниктік температура өлшемдері – әртүрлі биіктіктегі атмосфера температурасының, сондай-ақ спутниктердің радиометриялық өлшеулерінен алынған теңіз және жер беті температурасының шамамен есептелген мәндері. Бұл өлшемдер ауа райы фронттарын анықтау, Эль-Ниньоның Оңтүстік осцилляциясын бақылау, тропикалық циклонның күшін анықтау, қалалық жылу аралдарын зерттеу және жаһандық климатты мониторингтеу үшін қолданылуы мүмкін. Орман өрттері, жанартаулар және өнеркәсіптік ыстық нүктелерді де ауа райы спутниктерінен алынған жылулық суреттер арқылы табуға болады. Ауа райы спутниктері температураны тікелей өлшемейді. Олар әртүрлі толқын ұзындығы диапазондарындағы сәулеленуді өлшейді. 1978 жылдан бері Ұлттық мұхиттық және атмосфералық басқару ұйымының полярлық орбитадағы спутниктеріндегі микротолқынды зондтау құрылғылары (МЗҚ) атмосфералық оттегіден шығатын микротолқынды сәулеленудің қарқындылығын өлшейді, бұл атмосфераның кең вертикальды қабаттарының температурасына байланысты. Теңіз беті температурасына қатысты инфрақызыл сәулелену өлшемдері 1967 жылдан бері жинақталып келеді. Спутниктік деректер соңғы 40 жылда тропосфераның жылып, ал стратосфераның суығанын көрсетіп тұр. Бұл екі үрдіс те атмосферадағы парниктік газдардың концентрациясының артуымен сәйкес келеді.

Негізгі қағидалар

Спутниктер температураны тікелей өлшемейді. Олар әртүрлі толқын ұзындығындағы сәулеленуді өлшейді, одан кейін температура туралы жанама қорытындылар алу үшін математикалық түрлендіру жасалуы тиіс. Алынған температура профильдері сәулеленуден температураны алуға қолданылатын әдістердің егжей-тегжейлілігіне байланысты. Осының салдарынан, спутниктік деректерді талдаған әртүрлі топтар әртүрлі температуралық жиынтықтарды жасады. Спутниктік уақыт қатары біртекті емес. Ол ұқсас, бірақ толықтай бірдей емес сенсорлары бар спутниктер тізбегінен құралған. Сенсорлар уақыт өте келе тозады, сондықтан орбиталық қабыну мен ыдырауды түзету қажет. Жаңадан құрастырылған температуралық қатарлар арасындағы айтарлықтай үлкен айырмашылықтар көбінесе екі спутник арасында уақытша үйлесім аз болатын кезде пайда болады, бұл өзара калибрлеуді қиындатады.

Жер бетін өлшеу

Инфрақызыл сәулелену жер бетінің температурасын (атмосфераның мөлдір болатын "терезе" толқын ұзындығын пайдалана отырып) және атмосфераның температурасын (атмосфераның мөлдір емес толқын ұзындығын пайдалана отырып, немесе инфрақызыл терезелерде бұлттың жоғары температурасын өлшеу арқылы) өлшеуге мүмкіндік береді. Жер бетінің температурасын термиялық инфрақызыл сәулелерді өлшеу арқылы анықтау үшін қолданылатын спутниктерге, әдетте, бұлтсыз жағдай қажет. Мұндай құралдардың кейбіреулері: Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), Along Track Scanning Radiometers (AASTR), Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) және ACE Fourier Transform Spectrometer (ACE-FTS), сондай-ақ Канаданың SCISAT 1 спутнигінде орналасқан құралдар. 1982 жылдан бері спутниктер SST өлшеуде кеңінен қолданылып, оның кеңістіктік және уақыт бойынша өзгеруін толыққанды бақылауға мүмкіндік берді. Мысалы, спутниктер арқылы бақыланатын SST өзгерістері 1970 жылдардан бері Эль-Ниньоның оңтүстік осцилляциясының дамуын анықтауға пайдаланылды. Құрлықта сәулеленуден температураны анықтау қиынырақ, себебі жер бетінде біркелкіліктер болады. Спутниктік суреттер арқылы қалалық жылу арал эффектісі зерттелген. Weng, Q. және авторлар фракталдық әдіс қолданып, қалалық жылу аралдың кеңістіктік үлгісін сипаттаған. Бұлт болмаған жағдайда, жоғары ажыратымды инфрақызыл спутниктік суреттерді пайдаланып, тығыздық үзілістерін (ауа райы фронттарын), мысалы, жер бетіндегі суық фронттарды анықтауға болады. Дворак әдісін қолдану арқылы инфрақызыл спутниктік суреттер дамыған тропикалық циклонның орталық тығыз бұлттылығы мен оның көзі арасындағы температура айырмасын анықтауға және олардың максималды тұрақты жел жылдамдығы мен ең төменгі орталық қысымын бағалауға мүмкіндік береді. Ауа райы спутниктеріндегі Along Track Scanning Radiometers өртті анықтай алады, ол түнде жоғары температуралы пиксельдер ретінде көрінеді. Terra спутнигіндегі The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer өрт, жанартау және өнеркәсіптік ошақтармен байланысты жылулық ошақтарды анықтай алады. 2002 жылы ұшырылған Aqua спутнигіндегі Atmospheric Infrared Sounder инфрақызыл сәулеленуді пайдаланып, жер бетіне жақын температураны өлшейді.

Микротолқынды сондау бірлігінің (MSU) өлшеулері

1979 жылдан 2005 жылға дейін NOAA полярлық орбитадағы ауа райы спутниктеріндегі микротолқынды зейіндеу құралдары (MSU) және 1998 жылдан бастап NOAA полярлық орбитадағы ауа райы спутниктеріндегі кеңейтілген микротолқынды зейіндеу құралдары атмосфералық оттегіден шығатын микротолқынды сәулеленудің қарқындылығын өлшеді. Бұл қарқындылық атмосфераның кең тік қабаттарының температурасына пропорционал. Атмосферадан шығатын сәулелену әртүрлі жиіліктерде өлшенеді; осы әртүрлі жиілік диапазондары атмосфераның әртүрлі салмақтық бөліктерін қамтиды. 3-суретте (оң жақта) спутниктік өлшемдерден алынған әртүрлі толқын ұзындығын қайта құру арқылы алынған атмосфера деңгейлері көрсетілген, мұнда TLS, TTS және TTT үш түрлі толқын ұзындығын көрсетеді.

Басқа микротолқынды өлшеулер

Аура ғарыш кемесінің Микротолқынды шеттік зонды (Microwave Limb Sounder) құралы, температураны жер бетіне қарамастан, көлденең бағытта микротолқынды сәулеленуді өлшейді. Температураны GPS радиожасыру арқылы да өлшеу мүмкін. Бұл әдіс GPS спутниктерінен таратылатын радиотолқындардың Жер атмосферасынан өтетін кезіндегі сынуын өлшеуге негізделген, соның арқасында тік температура және ылғал профильдерін анықтауға болады.

Басқа планеталардағы температураны өлшеу

Планеталық ғылыми миссиялар күн жүйесінің басқа планеталары мен айларында температураны өлшеуді де жүзеге асырады, инфрақызыл (қатты беті бар планеталардың орбиталық және ұшу миссияларына тән) және микротолқындық техникаларды қолдана отырып. Планеталық миссияларда қолданылатын инфрақызыл температураны өлшеу құралдарына Марс Глобал Зерттеушідегі Термикалық эмиссиялық спектрометр (TES) және Айды барлау орбитасындағы Diviner құралдарымен алынған жер беті температурасының өлшемдері кіреді; ал атмосфера температурасы НАСАның Cassini ғарыш кемесіндегі құрама инфрақызыл спектрометр құралымен өлшенген. Микротолқындық атмосфера температурасын өлшеу құралдарына Юпитерге жасалған Juno миссиясындағы Микротолқындық радиометр жатады.