Podstawy detekcji temperatury morza z poziomu satelitarnego

Podstawy detekcji temperatury Podstawy detekcji temperatury morza z poziomu satelitarnegomorza z poziomu satelitarnego

Adam Krężel

Instytut Oceanografii

Zakład Oceanografii Fizycznej

21 kwietnia 2023 2

Podstawy fizyczne (1)Podstawy fizyczne (1)

• Bezkontaktowe określanie temperatury morza jest możliwe dzięki właściwości ciał fizycznych polegającej na zdolności emitowania energii elektromagnetycznej

• Wielkość radiacji ciała doskonale czarnego zależy od temperatury T i długości fali λ w sposób, który opisuje prawo Plancka:

2 5 1 1 1( , ) 2 [exp( ) 1]L T hv vhk T

W rzeczywistości powierzchnia morza nie jest idealnym emiterem (ciałem doskonale czarnym) i powyższe równanie musi być zmodyfikowane

Wprowadza się współczynnik, tzw. spektralną emisyjność ε, która z definicji jest stosunkiem Er (λ) (rzeczywista powierzchnia o temp. T) i E(λ) (ciało doskonale czarne o temp. T)

Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5

21 kwietnia 2023 3

Podstawy fizyczne (2)Podstawy fizyczne (2)

• Temperatura ciała szarego określona z prawa Plancka z pominięciem emisyj-ności określana jest jako temperatura radiacyjna

• W przypadku powierzchni morza moż-na przyjąć, że mamy do czynienia z ciałem "prawie" doskonale czarnym o temperaturze od -2 do 45°C, tzn. od 271 do 318 K

• Maksimum emisji takiego ciała przy-pada na pasmo spektralne wokół ok. 10 µm

• W pobliżu Ziemi promieniowanie sło-neczne jest na tyle silne, że w dzień korzystamy tylko z kanałów spektral-nych w zakresie ok. 10-12 µm


21 kwietnia 2023 4

Temperatura przypowierzchniowej warstwy morzaTemperatura przypowierzchniowej warstwy morza

• Optymalnym pasmem dla zdalnego określania temperatury morza jest przedział pomiędzy 3 i 15 µm. Wynika to z faktu, że:

– maksimum radiacji takiego ciała przypada na przedział 9.3-10.7 µm– wokół 3.5, 11 i 12 µm znajdują się tzw. okna atmosferyczne dla promieniowania elektromagnetycznego

• Współczynnik absorpcji wody morskiej w tej części widma wynosi od 1.086·106m-1 dla 3 µm do 6.68·104m-1 dla 10 µm. Jeśli przyjmiemy jako reprezentatywną wartość 105m-1 to na mocy prawa Bouguera-Lamberta głębokość penetracji dla tego promieniowania wynosi 10 µm. Fresnelowski współczynnik odbicia w rozpatrywanym przedziale jest najniższy dla 11 µm - 0.7%, a najwyższy dla 15 µm - ok. 4%.


21 kwietnia 2023 5

Efekt naskórkowy (1)Efekt naskórkowy (1)

• Wynik wymiany energii pomiędzy atmosferą i morzem (utajone ciepło parowania, strumień ciepła wyczuwalnego (sensible) oraz długofalowe i krótkofalowe promieniowanie słoneczne)

• Warstwa naskórkowa ma grubość ok. 0.5 mm. Zależy od warunków mieszania wiatrowego i przepływu ciepła w wyniku przewodnictwa molekularnego

• W zależności od kierunku przepływu ciepła warstwa naskórkowa może być cieplejsza lub chłodniejsza od warstwy mieszania


Co to jest temperatura powierzchniowa?Co to jest temperatura powierzchniowa?

Definicje SST (zgodnie z GHRSST-PP*)

• Temperatura powierzchni morza (The interface temperature) – SSTintIstnieje w teorii – nie ma możliwości jej pomiaru przy użyciu aktualnych możliwości technicznych.

• Temperatura naskórkowa (The skin sea surface temperature) – STskin

Temperatura wyznaczana przez radiometry czułe na promieniowanie podczerwone w przedziale 3.7-12 µm – temperatura warstwy wody do głęokości ~10-20 µm.

• Temperatura podpowierzchniowa (The sub-skin sea surface temperature) – SSTsub-skin

Temperatura warstwy poniżej poprzedniej (at the base of the conductive laminar sub-layer of the ocean surface). Praktycznie można ją wyznaczyć przy pomocy radiometru mikrofalowego pracującego w przedziale 6-11 GHz.

• Temperatura powierzchniowa (The surface temperature) – SSTz lub SSTdepth

Temperatura warstwy wody od warstwy poprzedniej do głębokości z mierzona tradycyjnie zazwyczaj w przedziale głębokości od 10-2 do 103 m.

• Temperatura podstawowa (The foundation temperature) – SSTfnd

Z definicji jest to temperatura wody na głębokości gdzie nie dociera wpływ zmian dobowych (ocieplania dziennego lub ochładzania nocnego). Odpowiada ona temperaturze podpowierzchniowej w przypadku braku zmian dobowych na powierzchni morza.

•https://www.ghrsst.org/

21 kwietnia 2023 Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5 6

The hypothetical vertical profiles of temperature for the upper 10 m of the ocean surface in low wind speed conditions during the night and day shown in the figure encapsulate the effects of the dominant heat transport processes and time scales of variability associated with distinct vertical and volume regimes (horizontal and temporal variability is implicitly assumed).

https://www.ghrsst.org/

Temperatura powierzchni morzaTemperatura powierzchni morza

21 kwietnia 2023Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5

7

Źródła danych SSTŹródła danych SST

Input Data to the GHRSST-PPThe GHRSST-PP uses a variety of input data that are indexed in this page. Follow the links below for a full description the GHRSST-PP data products you are

interested in.Satellite data

– AMSR-E homepage– AATSR homepage@University of Leicester– ATSR homepage@RAL– SSM/I data– TRMM TMI real-time data (Wentz)– Meteosat Next Generation (MSG)– GOES project– GMS-5 data (Japan Meteorlogical Agency Satellite Center– AVHRR Pathfinder Oceans Project at the University of Miami's RSMAS– http://www.ospo.noaa.gov/Products/ocean/sst/anal_fields.html– MODIS– ASTER homepage– DMI - Weekly and daily SST analysis from satellite observations– BSH - Sea Surface Temperature: Weekly mean, daily mean

In situ SST data:

– NOAA National Oceanographic Data Center The world's largest collection of publicly available oceanographic data.– NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory Archive for in-situ data including the TOGA TAO Buoy Data.– NOAA National Data Buoy Center Archive for moored and drifting buoy data.– BOOS SST-OBS – AVHRR Pathfinder Oceans Matchups Database– ISAR VOS in situ radiometer– SISTeR in situ radiometer– ODAS buoys around the UK


8

http://www.ghcc.msfc.nasa.gov/AMSR/

http://www.le.ac.uk/ph/research/eos/aatsr/

http://www.atsr.rl.ac.uk/

http://www.remss.com/ssmi/ssmi_browse.html

http://www.remss.com/tmi/tmi_browse.html

http://www.osi-saf.org/

http://rsd.gsfc.nasa.gov/goes/

http://mscweb.kishou.go.jp/

http://www.rsmas.miami.edu/groups/rrsl/pathfinder/index.html

21 kwietnia 2023 9

Efekt naskórkowy (3)Efekt naskórkowy (3)

• Model Solovieva i Schlüssela (1994) T

Q

c

R

R

K e

K ep

f

f crcr

01 / 2

1 / 4 1 / 2

1 1P r*

Pr - liczba Prandtla, Rf - liczba Richardsona, Ke - liczba Keulegana, Rfcr - krytyczna liczba Richardsona, Kecr - krytyczna liczba Keulegana, Λ0 - stała bezwymiarowa równa 13.3. W modelu tym, przejście od wolnej do wymuszonej konwekcji określa krytyczna liczba Richardsona, a przejście od średnich do dużych prędkości wiatru i warunki załamywania się fal - krytyczna liczba Keulegana

-Prognoza efektu naskórkowego w modelu Fairal (wykres po lewej) i Soloviev Schlüssel (po prawej). Obliczenia wykonano na podstawie szacunku strumieni i energii mieszania wiatrowego w modelu UKMO dla okresów bezchmurnych nad Atlantykiem w 1997 r.


10

Temperatura powierzchni morza Temperatura powierzchni morza z poziomu satelitarnegoz poziomu satelitarnego

• Pomiar radiacji przez radiometr zainstalowany na pokładzie satelity

• Zamiana radiacji na temperaturę radiacyjną

– korekcja instrumentalna

– korekcja atmosferyczna

• Maskowanie obszarów niewidocznych w kanałach spektralnych radiometru

• Korekcja geometryczna i dowiązanie geograficzne

• Zamiana temperatury radiacyjnej na temperaturę powierzchni morza

• Określenie temperatury w obszarach niewidocznych dla satelity (np. zasłoniętych chmurami)

wartości

kalibracja

równaniePlanck'a

korekcjaatmosferyczna

radiacja opuszczającapowierzchnię morza

wpływ atmosfery

czujnik na satelicie

zapiscyfrowy

temperaturaradiacyjna

promieniowanie podczerwonezarejestrowane przez czujnik na satelicie

temperatura powierzchni morza

Proces powstawania Proces przetwarzaniainformacji informacji


21 kwietnia 2023 11

Temperatura powierzchni morza na podstawie surowych danych AVHRR

• określenie tzw. punktów kalibracyjnych

• wyznaczenie krzywej kalibracji

• określenie temperatury radiacyjnej

• kalibracja atmosferyczna


21 kwietnia 2023 12

Obiekty wzorcoweObiekty wzorcowe

• ciało doskonale czarne podgrzewane do temperatury ok. 288 K

• przestrzeń kosmiczna (0 K)


21 kwietnia 2023 13

Ramka HRPTRamka HRPT

Header

Sync6 words 2 w. 4 w. 10 w. 30 words 50 words 1 w.

TIP data520 words

Spare125 words

AVHRR videodata 10240 words

Sync100 words

Sync (103)Space data.......... (53-102)

Back scan data ...................... (23-52)Dane telemetryczne (temp. czujnika)..... (13-22)

Kod czasu....................................................... ( 9-12)Identyfikacja..............................................................

( 7-8)

Header

Sync6 words 2 w. 4 w. 10 w. 30 words 50 words 1 w.

TIP data520 words

Spare125 words

AVHRR videodata 10240 words

Sync100 words

Sync (103)Space data.......... (53-102)

Back scan data ...................... (23-52)Dane telemetryczne (temp. czujnika)..... (13-22)

Kod czasu....................................................... ( 9-12)Identyfikacja..............................................................

( 7-8)


http://www.ncdc.noaa.gov/oa/pod-guide/ncdc/docs/klm/html/c4/sec4-1.htm

21 kwietnia 2023 14

Temperatura wzorcaTemperatura wzorca

306 307 306314 314 314292 292 292300 300 300 1 2 1

termometr ai0 ai1 ai2 ai3 ai4

i=1i=2i=3i=4

277.099276.734276.876276.160

5.048E-025.069E-025.148E-025.128E-02

2.823E-062.493E-061.040E-061.414E-06

0 0

b i przyjmuje się jako równe 0.25 T i jest temperaturą każdego termometru okre ślaną ze wzoru:

w s p ó łc zy n n ik i a i n o k re ś la n e s ą d la k a ż d e go sa t e l ity p rze d w y s t r z e l e n ie m

4

1i iT bT

2 3 40 1 2 3 4( ) ( ) ( ) ( )i i i i i i i i i iT a a X a X a X a X


21 kwietnia 2023 15

RadiacjaRadiacja

Zmierzone wielkości radiacji odpowiadające temperaturze wzorca (NT) w każdym z trzech kanałów AVHRR (3b, 4, 5) i przestrzeni kosmicznej (Nsp) we wszystkich pięciu kanałach, umieszczane są po dziesięć odczytów w każdej skanowanej linii

689 340 349 690 341 349 692 341 350 694 391 350 693 341 350 693 341 350 692 341 350 692 341 350 688 341350 691 341 350 35 37 997 992 991 35 37 996 993 991 36 37 986 992 991 35 37 985 992 991 36 37 981 992 99136 37 984 992 991 35 37 988 992 991 35 37 988 992 991 35 37 990 992 991 35 37 994 992 991

691 341 349 677 341 349 675 341 399 674 341 350 677 340 350 677 340 350 683 341 399 688 341 350 690 341349 695 340 350 35 37 993 992 990 35 37 993 992 991 35 37 995 992 991 35 37 993 992 991 35 37 998 992 99035 37 997 992 991 35 37 997 992 991 36 37 994 992 990 35 37 994 992 991 35 37 996 992 992

Fragment headera (back scan data i space data, słowa 23-102) zawierający wyniki pomiaru wzorca i przestrzenikosmicznej. Przedstawione są fragmenty dwóch kolejnych linii.

Zaleca się, aby do określania krzywej kalibracji posługiwać się powyższymi danymi uśrednionymi dla każdego kanału spektralnego z przynajmniej 50 linii


21 kwietnia 2023 16

Kalibracja

W ielko ści NT , N sp, TT i Tsp pozwalają na wyznaczenie wspó łczynników krzywej kalibracji czylirównania

L G N I

L G N Iisp i isp i

ita r i ita r i

- znormalizowana funkcja czułości detektora dla liczby falowej kj stablicowana dla każdego kanału spektralnego i egzemplarza AVHRR, a B - prawo Plancka zapisane dla liczby falowej:

i określa numer kanału spektralnego a radiacja L zależy od temperatury i charakterystyki czułości spektralnej tego kanału

i i i iL G N I

1

ˆ( , ) ( )n

i j bi j jj

L B k T k k

ˆ ( )jk


21 kwietnia 2023 17

Temperatura radiacyjna (1)Temperatura radiacyjna (1)

2 3 31

2

2( , )

exp( 1) exp( 1)

j jj

j j

hc k C kB k T

hck kC

kT T

ln( )ibi

LT


21 kwietnia 2023 18

Temperatura radiacyjna (2)Temperatura radiacyjna (2)

kanał spektralny: 3 4 5

αβ

12.25543821.046

9.20581344.832

8.93731226.189

ln( )bii

TL


21 kwietnia 2023 19

Współczynniki kalibracyjneWspółczynniki kalibracyjne

! Table D.1-8 contains NOAA-K coefficients c0, c1 and c2 that relate! temperature, TPRT, of each PRT to count value, CPRT, by the equation:!! PRT c0 c1 c2! 1 276.60157 0.051045 1.36328E-06! 2 276.62531 0.050909 1.47266E-06! 3 276.67413 0.050907 1.47656E-06! 4 276.59258 0.050966 1.47656E-06! Table D.1-9 contains the PRT weighting factors for NOAA-K.! b1 b2 b3 b4! 0.25 0.25 0.25 0.25

! Platinum Resistance Thermometer weighting and polynomials! PRT WT(b?) a0 a1 a2 a3 a4prt 1 0.2500 276.60157 0.051045 1.36328E-06 0 0prt 2 0.2500 276.62531 0.050909 1.47266E-06 0 0prt 3 0.2500 276.67413 0.050907 1.47656E-06 0 0prt 4 0.2500 276.59258 0.050966 1.47656E-06 0 0


21 kwietnia 2023 20

! Table D.1-10. Normalized response functions (60 point spline) for the! NOAA-K AVHRR/3 thermal channels.!! Channel 3B

! AVHRR Normalized Response Functions

avhrr_response AVHRR CHANNEL 3 !3B STARTING WAVE # 2226.17993 INCREMENT 19.47456 NUMBER OF POINTS 60

0.22480E-06 0.00000E+00 0.00000E+00 0.16012E-06 0.00000E+00 0.00000E+00 0.20434E-04 0.17275E-04 0.00000E+00 0.10168E-06 0.75313E-06 0.40871E-05 0.17785E-04 0.74921E-04 0.22185E-03 0.48267E-03 0.74265E-03 0.99069E-03 0.15417E-02 0.27618E-02 0.39083E-02 0.39820E-02 0.40702E-02 0.42223E-02 0.41632E-02 0.40969E-02 0.40508E-02 0.39408E-02 0.37578E-02 0.35646E-02 0.32795E-02 0.12035E-02 0.18680E-03 0.34077E-04 0.71878E-05 0.16921E-05 0.55911E-06 0.88778E-06 0.00000E+00 0.16001E-06 0.00000E+00 0.55182E-07 0.35867E-06 0.33677E-07 0.20459E-06 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.68498E-07 0.00000E+00 0.23649E-06 0.45775E-07 0.90267E-07 0.19821E-06 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00

! Channel 4avhrr_response AVHRR CHANNEL 4 STARTING WAVE # 782.47241 INCREMENT 6.10157 NUMBER OF POINTS 60

! Starting WAVE #: 782.47241 Increment: 6.10157

0.91441E-05 0.11615E-04 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.11532E-04 0.00000E+00 0.32498E-05 0.00000E+00 0.20139E-04 0.14238E-03 0.94296E-03 0.37084E-02 0.81656E-02 0.10917E-01 0.11776E-01 0.11977E-01 0.11974E-01 0.11508E-01 0.11398E-01 0.11640E-01 0.11725E-01 0.11593E-01 0.11377E-01 0.11138E-01 0.10369E-01 0.76897E-02 0.40091E-02 0.13444E-02 0.29657E-03 0.54774E-04 0.13854E-04 0.93097E-05 0.53660E-05 0.41669E-05 0.67957E-05 0.36303E-05 0.46783E-05 0.00000E+00 0.11191E-04 0.51980E-05 0.58223E-06 0.20847E-06 0.00000E+00 0.00000E+00 0.76611E-06 0.53901E-05 0.78106E-05 0.00000E+00 0.19177E-05 0.00000E+00 0.00000E+00 0.63347E-05 0.31430E-05 0.00000E+00 0.00000E+00

Channel 5avhrr_response AVHRR CHANNEL 5 STARTING WAVE # 714.28564 INCREMENT 4.92611 NUMBER OF POINTS 60

! Starting WAVE #: 714.28564 Increment: 4.92611

0.00000E+00 0.96341E-06 0.00000E+00 0.00000E+00 0.33594E-05 0.00000E+00 0.00000E+00 0.79902E-05 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.29595E-04 0.34591E-03 0.36016E-02 0.11767E-01 0.13290E-01 0.13408E-01 0.13770E-01 0.14156E-01 0.14903E-01 0.15807E-01 0.16106E-01 0.15993E-01 0.16047E-01 0.15413E-01 0.13735E-01 0.12254E-01 0.10649E-01 0.16088E-02 0.89934E-04 0.15244E-05 0.00000E+00 0.11269E-04 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.11237E-06 0.00000E+00 0.76358E-06 0.79603E-06 0.00000E+00 0.55309E-06 0.00000E+00 0.28316E-05 0.00000E+00 0.00000E+00

! Table D.1-11 contains the radiance-to-temperature coefficients for NOAA-K! AVHRR/3 Channels 3B, 4 and 5.!! Vc A B! Channel 3B 2695.9743 -1.624481 1.001989! Channel 4 925.4075 -0.338243 1.001283! Channel 5 839.8979 -0.304856 1.000977

! AVHRR IR channel non-linearity correction! Using RAD = p0 + p1*RLIN + p2*RLIN^2! (where p0=C p1=A and p2=B)

! CH p0 p1 p3nonlin_poly 3 0.0 1.0 0.0nonlin_poly 4 4.76 0.9068 0.0004534nonlin_poly 5 3.83 0.9341 0.0002811

! Space Radiance value! CH RSPspace_radiance 3 0.0space_radiance 4 -4.50space_radiance 5 -3.61


21 kwietnia 2023 21

Transmisja promieniowania Transmisja promieniowania podczerwonego przez atmosferępodczerwonego przez atmosferę

• W paśmie 3-15 µm podstawo-wymi procesami współ-oddziaływania atmosfery ziemskiej z promieniowaniem elektromagnetycznym są procesy absorpcji i reemisji

• Procesy rozpraszania praktycznie mogą być pominięte

Najważniejszymi składnikami atmosfery absorbującymi promieniowanie w tej części widma są: para wodna, ozon i dwutlenek węgla

Efekt reemisji wynika z różnicy temperatur pomiędzy atmosferą i morzem. Będąc zazwyczaj chłodniejszą od morza, atmosfera absorbuje jego promieniowanie, a następnie emituje je zgodnie z prawem Plancka. Maksimum tej emisji jest, zgodnie z prawem Wiena, przesunięte w stronę fal dłuższych i słabsze. W rezultacie prowadzi to do zmniejszenia radiacji dochodzącej do satelity czyli do zaniżenia temperatury morza mierzonej z orbity w stosunku do rzeczywistej.


21 kwietnia 2023 22

Strategia korekcji atmosferycznejStrategia korekcji atmosferycznej

Do czujnika na pokładzie satelity dociera radiacja:

• emisja powierzchni morza:

• emisja atmosfery:

• promieniowanie słoneczne odbite od powierzchni morza:

• promieniowanie atmosfery odbite od powierzchni morza:

' ' ' ' ', , , ,( ) ( ) ( ) ( ) ( )e a rs raL L L L L

', ( ) ( ) ( , ; , 0)e w sL B T p

0'

,

( , ; ,0)( ) [ ( )]

s

a A

p

d pL B T p dp

dp

'

1

( ) (1 ) cos ( , ;0, )

( , ; ,0)rs s s s

s

L E p

p

',

0

( , ; , )(1 ) ( , ; ,0) [ ( )]

sp

sra s A

d p pL p B T p dp

dp


21 kwietnia 2023 23

Praktyczne sposoby korekcji atmosferycznej

• Metoda pojedynczego kanału

• Metody wielokanałowe– rozszczepionego okna

– podwójnego okna– potrójnego okna– metoda sondowania

mikrofalowego• metoda 'wielospojrzenia'

1 1 1 1 1 1 1

2 2 2 2 2 2 2

( ) ( ) ( )(1 )

( ) ( ) ( )(1 )B w P

B w P

L B T B T t B T t

L B T B T t B T t

( ) ( ) ( ) ( ) [1 ( )]w A s P AT t T T t

1 1 1 1 1 2 2( ) ( ) [ ( ) ( )]w B B BB T B T B T B T


24

Metoda rozszczepionego oknaMetoda rozszczepionego okna

• Tsclim - wartość klimatyczna temperatury

• secθ = 1/cos θ – 1

• θ – kąt zenitalny satelity

• a, b, ..., m, n - współczynniki określane na podstawie analizy regresji

• W = W0/cos θ

• W0 = zawartość pary wodnej w pionowej kolumnie atmosfery

L in io w a

= (a + b sec ) + (c + d sec ) + e sec + f11 1 2S S T T T

N ie lin io w a

= a + (b + c sec ) ( - ) + d1 1 sc lim 1 1 1 2S S T T T T T

P ara w o d n a

= a + (b + c ) ( - ) + d sec + e + f11 11 1 2S ST T W T T W

P ara w o d n a (w ers ja sp ec ja ln a )

= a + (b + c + d + e sec + f sec + g sec ) ( - )

+ h + i + j sec + k sec + m sec + n1 1

2 21 1 1 2

2 2

SS T T W W W W T T

W W W W

K w ad ra to w a

= (a + b sec ) + (c + d sec ) ( - ) + (e + f sec ) ( - ) + g sec + h11 11 1 2 11 1 22S ST T T T T T

K w ad ra to w a a lte rn a ty w n a

= (a + b sec ) + (c + d sec ) ( - ) + (e + f sec )

+ (g + h sec ) + (i + j sec ) + k sec + m11 11 1 2 11

1 2 11 1 2

S S T T T T T

T T T

2

2

1 1 2( )w B B BT T T T

Zestaw Zestaw współczynników współczynników

równań (1) i (2) dla równań (1) i (2) dla poszczególnych poszczególnych

satelitów i pory dniasatelitów i pory dnia

Algorithm MCSST

Satellite TimeCoefficients

a1 a2 a3 a4

NOAA-12 DAY 0.963563 2.579211 0.242598 -263.006

NOAA-12 NIGHT 0.967077 2.384376 0.480788 -263.940

NOAA-14 DAY 1.017342 2.139588 0.779706 -278.430

NOAA-14 NIGHT 1.029088 2.275385 0.752567 -282.240

NOAA-15 DAY 0.964243 2.712960 0.387491 -262.443

NOAA-15 NIGHT 0.976789 2.770720 0.435832 -266.290

NOAA-16 DAY 0.999314 2.301950 0.628976 -273.768

NOAA-16 NIGHT 0.995103 2.536570 0.753281 -273.146

NOAA-17 DAY 0.992818 2.499160 0.915103 -271.206

NOAA-17 NIGHT 1.010150 2.581500 1.000540 -276.590

Algorithm NLSST

b1 b2 b3 b4

NOAA-12 DAY 0.876992 0.083132 0.349877 -236.667

NOAA-12 NIGHT 0.888706 0.081646 0.576136 -240.229

NOAA-14 DAY 0.939813 0.076060 0.801458 -255.165

NOAA-14 NIGHT 0.933109 0.078095 0.738128 -253.428

NOAA-15 DAY 0.913116 0.090576 0.476940 -246.887

NOAA-15 NIGHT 0.922560 0.093611 0.548055 -249.819

NOAA-16 DAY 0.914471 0.077612 0.668532 -248.116

NOAA-16 NIGHT 0.898887 0.083933 0.755283 -244.006

NOAA-17 DAY 0.936047 0.083867 0.920848 -253.951

NOAA-17 NIGHT 0.938875 0.086427 0.979108 -255.023

25

21 kwietnia 2023 26

Metoda potrójnego oknaMetoda potrójnego okna

K lasy czn y : S S T T T T d e f11 3 1 2( )

N ie lin io w y : SS T T T T a b c11 3 1 2Tsc lim ( )

3 ,7 m cen tra ln y : i S ST T T Tch ch g h3 ( )i j

a, b, ..., i - współczynniki określane na podstawie analizy regresji (mogą zależeć liniowo od kąta zenitalnego satelity θ)

Tchi i Tchj - temperatura radiacyjna w jednym z kanałów ze środkiem w 11, 12 lub 3.7 µm


21 kwietnia 2023 27

Serwis satelitarny (1)Serwis satelitarny (1)

• Serwis operacyjny od roku 1970 oparty na danych satelitów meteorologicznych z serii TIROS N/NOAA

• Podstawowe parametry radiometru AVHRR– Orbita heliosynchroniczna

• poranna• popołudniowa

– Szerokość ścieżki 2580 km– Tryb pracy

• HRPT (w czasie rzeczywistym i pełną dziesięciobitową rozdzielczością)• GAC (wartości uśrednione co trzecią linię i co czwarty piksel w linii, na sygnał ze stacji

odbiorczej)• LAC (z pełną rozdzielczością, rejestrowane przez 10 minut nad określonym z Ziemi obszarem

i transmitowane na sygnał stacji odbiorczej w czasie przelotu w zasięgu jej odbioru)• APT (ze zredukowana rozdzielczością przestrzenną do ok. 4 km i instrumentalną (do 8 bitów)

oraz liczbą kanałów ograniczoną do dwóch dowolnie wybieranych, w czasie rzeczywistym, w postaci analogowej)


21 kwietnia 2023 28


Radiometr VHRR AVHRR/1 AVHRR/2 AVHRR/3 VIRSR

Data startu 1972 1979 1981 1999 200?

Rozdzielczość [m] 900 1100 1100 1100 1100

Rozdzielczość termiczna [oC] 0.5 0.12 0.12 0.12 0.10

Kwantyzacja [bit] 8 10 10 10 12

Liczba kanałów 2 4 5 6 7

Kanały spektralne

123a3b4567

0.5-0.70.75-1.010.5-12.5

0.58-0.680.725-1.10 3.55-3.93

10.5-11.5

0.58-0.680.725-1.10 3.55-3.93

10.3-11.3 11.5-12.5

0.58-0.680.72-1.001.58-1.643.55-3.9310.3-11.311.5-12.5

0.605-0.6250.860-0.8801.580-1.640

3.620-3.8308.400-8.700 10.3-11.3 11.5-12.5


29



21 kwietnia 2023 30



21 kwietnia 2023 31

Maskowanie chmurMaskowanie chmur

• Badanie wartości temperatury radiacyjnej w kanałach 11 i 12 µmNp.: scena jest bezchmurna jeśli spełniony jest warunek

• Wykorzystanie informacji z kanałów w zakresie widzialnym (tylko pora dzienna)

• Metody analizy obrazu

11 11 122.9( ) 2.3wT T T T


32

Maskowanie chmur (2)Maskowanie chmur (2)

T4 i T5 - temperatura radiacyjna w kanałach 4 i 5, R1, R2, R3 - współczynniki odbicia w kanałach 1, 2 i 3, R21=R2-R1, T4w - średnia temperatura radiacyjna w kanale 4 dla wszystkich pikseli zidentyfikowanych jako woda, lód (indeks i) lub chmury (indeks c), T2w - średnie albedo w kanale 2 dla wszystkich pikseli zidentyfikowanych jako woda


33



21 kwietnia 2023 34



21 kwietnia 2023

Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5 35



21 kwietnia 2023 37Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5

3821 kwietnia 2023 Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5

21 kwietnia 202339

• TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)– TMI (TRMM Microwave Imager)

Rozdzielczość przestrzenna 30 kmZastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5

21 kwietnia 2023 40Zastosowanie technik satelitarnych..., wykład 5

4121 kwietnia 2023

21 kwietnia 2023 42

http://www.cdc.noaa.gov/map/clim/sst_olr/sst_anim.shtml


• https://www.ghrsst.org/


43

Documents

Podstawy detekcji temperatury morza z poziomu satelitarnego