Способ дистанционного измерения коэффициента спектральной яркости моря

Способ дистанционного измерения коэффициента спектральной яркости моря

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ И МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СПЕКТРАЛЬНОЙ ЯРКОСТИ МОРЯ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ ЗОНДИРОВАНИИ С НИЗКОЛЕТЯЩИХ НОСИТЕЛЕЙ АППАРАТУРЫ. ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И УПРОЩЕНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПАСМУРНОГО НЕБА. ЭТО ДОСТИГАЕТСЯ ПУТЕМ СИНХРОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЯРКОСТИ ВОСХОДЯЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ, ЛЕЖАЩЕЙ В ВИДИМОМ ДИАПАЗОНЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И КРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА (Λ<SB POS="POST">0</SB>*98700 НМ) И ОДНОКРАТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ В ПРОИЗВОЛЬНОЕ ВРЕМЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЯРКОСТИ НЕБОСВОДА В ЗЕНИТЕ НА ТЕХ ЖЕ ДЛИНАХ ВОЛН В ЗАДАННОМ ДИАПАЗОНЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И В КРАЙНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СПЕКТРАЛЬНОЙ ЯРКОСТИ МОРЯ ПО ВЫРАЖЕНИЮ ρ(Λ<SB POS="POST">I</SB>)=A<SP POS="POST">.</SP>R[(B(Λ<SB POS="POST">I</SB>)/B(Λ<SB POS="POST">O</SB>)<SP POS="POST">.</SP>(B<SB POS="POST">Н</SB>(Λ<SB POS="POST">O</SB>)/B<SB POS="POST">Н</SB>(Λ<SB POS="POST">I</SB>)-1], ГДЕ ρ(Λ<SB POS="POST">I</SB>) - КОЭФФИЦИЕНТ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЯРКОСТИ МОРЯ НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ ΛI

B(Λ<SB POS="POST">I</SB>) И B(Λ<SB POS="POST">0</SB>) - СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЯРКОСТИ ВОСХОДЯЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ МОРЯ СООТВЕТСТВЕННО НА ДЛИНАХ ВОЛН Λ<SB POS="POST">I</SB> И Λ<SB POS="POST">O</SB> *98 700 НМ

B<SB POS="POST">Н</SB>(Λ<SB POS="POST">I</SB>) И B<SB POS="POST">Н</SB>(Λ<SB POS="POST">O</SB>) - СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЯРКОСТИ НЕБОСВОДА, ИЗМЕРЕННЫЕ ОДНОКРАТНО В ЗЕНИТЕ В ПРОИЗВОЛЬНОЕ ВРЕМЯ СООТВЕТСТВЕННО НА ДЛИНАХ ВОЛН Λ<SB POS="POST">I</SB> И Λ<SB POS="POST">O</SB> *98 700 НМ

А = 1,33 - ПОСТОЯННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ

R - КОЭФФИЦИЕНТ ФРЕНЕЛЕВСКОГО ОТРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ВОЗДУХ-ВОДА, РАВНЫЙ 0,02 ПРИ ИЗМЕРЕНИИ В НАДИР.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„ЯЦ„„1525?53 (51)4 G 01 N 21/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4439387/31-25 (22) 28.03.88 (46) 30.11,89. Бкл. У 44 (71) Научно-производственное объединение космических исследований (72) В.М.Фортус, Ю.В.Каллиников, . Ф.М.Аллахвердов и М.Б.Эфендиев (53) 535.24(088.8) (56) Монин А.С. и Красицкий.В.П.

Явления на поверхности .океана.

Л.: Гидрометеоиздат, 1985, с. 327.. (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СПЕКТРАЛЬНОЙ ЯРКОСТИ МОРЯ (57) Изобретение относится к фото метрическим измерениям и может быть использовано для дистанционного определения коэффициента спектральной яркости моря при вертикальном зондировании с низколетящих носителей . аппаратуры. Цель изобретения — повышение точности и упрощение процес. са измерения в условиях пасмурного неба. Это достигается путем синхронного измерения спектральной яркости

Изобретение касается фотометрических измерений и может быть использовано для дистанционного определения оптических характеристик морской среды (коэффициента спектральной яркости — КСЯ) и получения связанных с ними сведений о различных процессах в море, применяемых для определения поглощающих и рассеивающих характеристик, концентрации и состава взве2 восходящего излучения на длине волны, лежащей в видимом диапазоне электромагнитных волн и красной области спектра (o7 700 HM) и однократного измерения в произвольное время спектральной яркости небосвода в зените на тех же длинах волн в заданном днапазоне электромагнитных волн и в крайной области спектра и определения коэффициента спектральной яркости моря по- выражению у C Л; ) = а В ((В(Л; ) /Â(Ä, } . ( д(Л, )/

/В „(Л; ) -1, где р (Л; ) =-коэффициент спЕктральной яркости моря на длине волны Л;; В(Л;) и В(Л ) — спектральные яркости восходящего излучения моря соответственно на длинах волн и Л,> 700 ì, В„(Л,.) и В„(Л,)— спектральные яркости небосвода, измеренные однократно в зените в произвольное время соответственно на длинах волн Л, и Л, 7 700 нм; а =

1,33 — постоянный коэффициент; R —. коэффициент френелевского отражения поверхности раздела воздух — вода, . равный 0,02 при измерении в надир. шенных в воде частиц, концентрации хлорофилла, для визуализации течений, выявления потенциальных рыбопромысловых районов, изучения динамики слоя скачка, картнрования потоков терригенного материала, классификации типов вод и т.п.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение процес1525753 са измерения в условиях пасмурного неба.

Способ осуществляется с помощью стандартного многоканального спектрофотометра видимого диапазона, поз-

5 воляющего работать в диапазоне длин волн, включающих й» )700 нм. Перед началом измерений КСЯ проводится в пасмурную погоду однократное измерение спектральных яркостей В н(Л )

1 и В „(Л,) небосвода в зените на длинах волн Л. и Л

I »

Измеренные значения используются в дальнейшем при замерах КСЯ как I5 постоянные характеристики прибора, и по этим значениям.,можно нормировать сигналы измеряемых в полете спектральных яркостей восходящего излучения с поверхности моря Измере 20 ния величин В„(Л.) и В„(Л,) могут проводиться и после окончания измерейий спектральных яркостей восходящего от моря излучения (в условиях пасмурного неба).

Затем измеряют спектральную яр костьь. восходящего от моря излучения в видимом диапазоне электромагнитных волн, одновременно измеряют спект. ральную яркость восходящего излуче ния на длине волны, лежащей в крас.ной области спектра (Л, > 700 нм), и определяют коэффициент спектраль íîé яркости моря по выражению

Гв(л;) в„(Л,) где р (Л; ) в (л;) и В (Л,) в„(й., ) ив„(Л ) а = 1,.53

H — коэффициент спектральной яркости моря на длине волны Л,-; 40 — спектральные яркости восходящего излучения моря соответственно на длинах волн Л; и 45

Д ) 700 нм, спектральные яркости небосвода, однократно измеренные в зените тем же спектрофотометром,в произвольное вре" мя соответственно на длинах волн Л и Л >

7 700 нм; — постоянный коэффициент; — коэффициент френелевского отражения поверхности раздела вода— воздух, равный 0,02 при измерении в надир, Изобретение основано на следующих положениях.

При определении КСЯ поверхности моря с помощью вертикального дистанционного зондирования поглощение cseта морской водой в красной области оптического диапазона (Л, ) 700 нм) становится значительным, свет практически перестает проникать в воду, поэтому рассеянное морем излучение определяется только светом, отраженным от границы раздела вода — воздух, т.е. в (й,) = в„(Л,) = в в„(л»), (г) где В „(й») — спектральная яркость света, отраженная поверхностью моря на дли-к не волны

Наиболее сложным является измерение КСЯ в пасмурную погоду, когда из-за переменных толщин и состава облачности велика временная изменчивость измеряемых величин. В этом случае зависимость спектральной яркости неба, обусловленная многократным рассеянием на крупном аэрозоле, практически однородна по небосводу, а угловая зависимость имеет кардиоидный вид. При кардиоидном распределении яркости небосвода величины В» и В„ могут быть связаны выражением В„(Л; ) = а В,(Л;), (3) где а — коэффициент, зависящий от состава и вида облачности, меняется в пределах 1,251,43.

Относительная спектральная характеристика суммарного излучения, падающего на.поверхность моря, практически не зависит от состояния атмосферы в большом диапазоне зенитных углов Солнца (6 с (бО ). Это положение справедливо и для отношения

Во(Л; )

В Т 7 п""урную п г д » 0 в (Л ° ) отношения --" †. Следовательно, в нiilo) последнее отношение может быть измерено однократно и независимо от проведения измерений спектральной яркости восходящего излучения В (Л;).

152575

ГВ(Л;) a„(.) (в7 ь,7 в„7х, Т ) а-133

В(Л,) и В(Л,) Измерение спектральной яркости

В (Д ) позволяет учитывать суммарную изменчивость уровня освещенности

1 поверхности и коэффициента отражения поверхности раздела вода — воздух °

Учитывая рассмотренные положения и формулы (2) и (3), из известного выражения

«В (Л;) -НВ„(Л;) (Л ) 1 .н ч о ( где В (Л ) — спектральная яркость н участка небосвода, можно вывести соотношение (1) для

15 коэффициента спектральной яркости моРЯ Р(Л1).

При линейной зависимостч сигнала спектрофотометра от измеряемой яркости выражение (1) можно преобразовать следующим образом:

U Ä(Л,) р(в ) = л — "+- - —

1.1п(A, ) н в U (А;) где U (Л. ) = - — - - сигнал спеки U (Ло) трофотометра при измерении В(Л,), нормированный на значение

U и (Л,), полученное при 30 измерении 5(Л,);

« U "(Л;} (Л. ) = — — — - - — сигнал спектроН 1 П„

Ло

1 } отометра при измерении

В „(Л,. ), HoPMHPoBBHHbIA 35 на зйачение U "(Л,), полученный при измерении В„(il ).

Как было отмечено выше, в пасмур,Ви(Л ) 40 ную погоду отношение — т-- не завиВ н Л ) сит от состояния атмосферы и уровня освещенности, поэтому функция

U „"(Л,), зависящая от спектрального состава излучения небосвода и спект- 45 ральной чувствительности спектрофотометра, может счит(иться некоторой заданной калибровочной функцией, определяемой независимо от измерения и „ (л;). 50

Таким образом, для определения

КСЯ в пасмурную погоду необходимо измерять только нормированную спектральную яркость восходящего излучения. 55

Благодаря синхронному измерению спектральной яркости восходящего излучения на некоторой фиксированной длине волны .Л, > 700 нм, а также

3 6 одйократному независимому измерению в произвольное время спектральных яркостей небосвода на длинах. волн

Л. и Л, упрощается процесс проведения измерений КСЯ поверхности моря и повышается точность определения

КСЯ sa счет уменьшения влияния из менчивости коэффициента френеленского отражения поверхности раздела вода — воздух и отсутствия погрешности из-за пространственно-временной изменчивости освещения при несинхронных измерениях.

Формула изобрет.ения

Способ дистанционного измерения коэффициента спектральной яркости моря, заключающийся в том, что измеряют спектральную яркость В (Л,.) .восходящего от поверхности моря излучения в видимом диапазоне длин .электромагнитных волн и опреде1 ляют коэффициент спектральнай яркости моря, отличающийся тем, что, с .целью повьппення точности и упрощения процесса измерения в условиях пасмурного неба, одновременно измеряют спектральную яркость восходящего излучения на длине волны Лс, большей 700 нм, в произвольное время до или после указанных измерений в условиях пасмурного неба однократно измеряют спектральную яркость небосвода в зените в том же диапазоне длин Л электромагнит1 ных волн и на той же длине волны Л а коэффициент спектральной яркости определяют по выражению где у (М,) — коэффициент спектральной яркости моря на длине волны — постоянный коэффициент; — коэффициент френелевского отражения поверхности раздела вода-воз.дух, равный 0,02 при измерении в надир; — спектральные яркости восходящего излучения моря соответственно на длинах волн Л. и Л, р ) 700 нм;,)525753

Составитель В. Калечиц

Техред JI,Îëèéíûê Корректор H.Êoðîëü

Редактор А. Маковская

Заказ 723I/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

В„(Л; ) и Б„(il ) — спектральные яркости небосвода, измеренные однократно в зените в про5 извольное время соответственно на длинах волн

Д, и Л > 700 нм.