Кіріспе

Метеорологиялық құралдар. Скатерметр немесе диффузияметр – ауа сияқты ортада таралу арқылы шашыраған жарық сәулесінің немесе радар толқынының кері шашырауын өлшейтін ғылыми құрал. Көрінуді өлшеуге арналған диффузияметрлер әдетте әуежайларда немесе жолдар бойында қолданылады. Радарлық скатерметрлер радиотолқындар немесе микротолқындарды пайдаланып, беткейдің нормаланған радарлық қимасын (σ0, "сигма ноль" немесе "сигма ноль") анықтайды. Олар көбінесе желдің жылдамдығы мен бағытын анықтау үшін ауа-райы спутниктеріне орнатылады және өнеркәсіптерде беткейлердің тегіс еместігін талдау үшін қолданылады.

Оптикалық

Оптикалық диффузияметрлер – метеорологияда оптикалық қашықтықты немесе көлденең көрінуді анықтау үшін қолданылатын құрылғылар. Олар жарық көзінен, әдетте лазерден және қабылдағыштан тұрады. Екеуі де ортақ аймаққа 35° бұрышпен төмен бағытталған. Жарық сәулесі бойымен ауаның жақтан шашырауы әлсіреу коэффициенті ретінде өлшенеді. Таза ауаның сөну коэффициентінен кез келген ауытқу (мысалы, тұман болғанда) өлшенеді және көрінуге кері пропорционал (жоғалту қанша үлкен болса, көріну соғұрлым нашар болады). Бұл құрылғылар жалпы көрінуді анықтау үшін автоматты метеостанцияларда, ұшу-қону жолағының көріну қашықтығын өлшеу үшін әуежайларда немесе жолдардағы көру жағдайларын бақылау үшін орналастырылады. Олардың басты кемшілігі – өлшеу жібергіш пен қабылдағыш арасындағы өте шағын ауа көлемінде жүзеге асырылады. Сондықтан, көрсетілген көріну тек құрылғының маңындағы жағдайды бейнелейді, әсіресе жалпы жағдайларда (мысалы, синоптикалық тұман). Бұл әрқашан дұрыс болмайды (мысалы, дақылды тұман).

Радар

Радарлық дисперсометр Жер бетіне микротолқындық энергия импульсін жіберіп, кері шашыраған энергияны өлшеу арқылы жұмыс істейді. Кері шашырау сигналының қуатын анықтау үшін тек шу қуаты жеке өлшеніп, сигнал+шу өлшемінен алынады. Сигма 0 (σ⁰) сигнал қуатын өлшеу арқылы таратылған нысананың радарлық теңдеуін қолдана отырып есептеледі. Шашырау өлшегіш аспаптары кері шашыраудың дәл өлшеуін жүргізу үшін өте дәл калибрленеді. Ғарыштық шашырауды өлшеудің негізгі қолданылуы – мұхит үстіндегі жер бетіне жақын желдерді өлшеу. Мұндай аспаптар желді шашырату өлшегіштері деп аталады. Сигма 0 өлшемін әртүрлі азимут бұрыштарынан біріктіру арқылы мұхит бетіндегі жер бетіне жақын жел векторын жел мен кері шашырауды байланыстыратын геофизикалық модель функциясы (GMF) арқылы анықтауға болады. Мұхит үстіндегі радиолокациялық кері шашырау желдің әсерінен пайда болған капиллярлық гравитациялық толқындардың шашырауынан туындайды, олар әдетте мұхит үстіндегі желмен тепе-теңдікте болады. Бұл шашырау механизмі Брэгг шашырауы деп аталады, ол микротолқындармен резонанста болатын толқындарда пайда болады. Кері шашыраған қуат желдің жылдамдығы мен бағытына байланысты. Әртүрлі азимут бұрыштарынан қарағанда, осы толқындардан байқалатын кері шашырау өзгереді. Бұл өзгерістерді теңіз бетіндегі желдің жылдамдығы мен бағытын бағалау үшін пайдалануға болады. Бұл бағалау процесі кейде «желді алу» немесе «модель функциясының инверсиясы» деп аталады. Бұл – скреттометрдің кері шашырауын және жел векторын байланыстыратын GMF-тің (эмпирикалық немесе жартылай эмпирикалық формада) нақты білуге ​​негізделген сызықтық емес инверсиялық процедура. Қайтару үшін GMF-пен бұрыштық әртүрлілік шашырау өлшемдері қажет, оны шашырау өлшегіш мұхит бетіндегі бір нүктеге әртүрлі азимут бұрыштарынан бірнеше кері шашырау өлшемдерін жасайды. Шашырау өлшегіш жел өлшемдері ауа-теңіздің өзара әрекеттесуін, климаттық зерттеулерді жүргізу үшін қолданылады және әсіресе дауылдарды бақылау үшін пайдалы. Шашыраудың кері шашырау деректері өсімдіктерді, топырақ ылғалдылығын, полярлық мұзды, Антарктида мұз тауларын және жаһандық өзгерістерді зерттеуге қолданылады. Шашырау өлшемдері ғарыштан құм және қар құмдарының үстіндегі желдерді өлшеу үшін қолданылған. Жердегі емес қолданыстарға ғарыш зондтарын пайдалана отырып, Күн жүйесінің айларын зерттеу кіреді. Бұл әсіресе NASA/ESA Кассини миссиясы Сатурн мен оның айларына қатысты. NASA, ESA және NASDA ғарышқа желді шашырату өлшегіштердің бірнеше буындарын ұшырды. Бірінші жедел желді шашырату өлшегіші 1978 жылы іске қосылған Seasat Scatterometer (SASS) болды. Ол Ku диапазонында (14 ГГц) жұмыс істейтін желкенші сәуле жүйесі болды. 1991 жылы ESA Еуропалық қашықтан зондтау спутнигі ERS 1 Advanced Microwave Instrument (AMI) шашырау өлшегішін іске қосты, содан кейін 1995 жылы ERS 2 AMI шашырау өлшегішін іске қосты. Екі AMI желкенші сәуле жүйесі де C диапазонында (5,6 ГГц) жұмыс істеді. 1996 жылы NASA NASA Scatterometer (NSCAT) құралын NASDA ADEOS I спутнигімен бірге ұшырды, ал 1999 жылы QuikSCAT спутнигінде SeaWinds деп аталатын алғашқы сканерлеуші шашырау өлшегішін іске қосты. Ол Ku диапазонында жұмыс істеді. 2002 жылы NASDA ADEOS 2 спутнигінде екінші SeaWinds құралы ұшырылды. Үндістанның ғарыш зерттеулер ұйымы 2009 жылы Oceansat 2 платформасында Ku диапазонындағы шашырау өлшегішін іске қосты. ESA және EUMETSAT 2006 жылы Metop A спутнигінде C диапазонындағы ASCAT-тың алғашқы құралын іске қосты. 2016 жылы іске қосылған Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS) – сегіз шағын спутниктен тұратын шоқжұлдыз, ол Жер бетінен Global Positioning System (GPS) сигналдарының шағылысуын талдау арқылы бистатикалық тәсілді қолданады, өз бортындағы радиолокациялық передатчикты пайдаланбайды.

Ботаникаға қосқан үлесі

Скатерметрлер 19 ғасырдың ортасынан бастап қолданылып келген, желдің анизотроптық (бағытқа тәуелді) қасиеті арқасында ұзақ қашықтыққа таралуының, құрлықтар арасындағы күшті флористикалық байланысты түсіндіруге көмектесті. 2004 жылы мамыр айында «Science» журналында «Оңтүстік жарты шарда желдің ұзақ қашықтыққа таратушы ретіндегі ролі» деген тақырыпта жарияланған зерттеу жұмысы, 1999 жылдан 2003 жылға дейін «SeaWinds» скатерметрімен алынған желдің азимуты мен жылдамдығының күнделікті өлшемдерін пайдаланды. Олар географиялық жақындыққа қарағанда, флористикалық ұқсастық пен желдің байланысы арасындағы мықты байланысты анықтады, бұл желдің Оңтүстік жарты шарда көптеген организмдер үшін тарату құралы екенін көрсетеді.

Жартылай өткізгіштер мен дәлдікті өндіру

Скатерметрлер метрологияда жартылай өткізгіш және дәлдік өңдеу салаларында жылтыратылған және тегістелген беттердің беткейін өлшеу үшін кеңінен қолданылады. Олар топографияны бағалау үшін дәстүрлі механикалық әдістерге қарағанда жылдам және тікелей байланыссыз балама ұсынады. Скатерметрлер вакуумдық ортада жұмыс істеуге жарамды, дірілге сезімтал емес және беттік өңдеу және басқа метрологиялық құралдармен оңай интеграцияланады.