WikiDer > Атмосферное зондирование

Atmospheric sounding

Атмосферное зондирование или же атмосферное профилирование измерение вертикального распределения физических свойств атмосферный столбец, такой как давление, температура, скорость ветра и направление ветра (таким образом получая сдвиг ветра), жидкая влажность, озон концентрация, загрязнение и другие свойства. Такие измерения выполняются разными способами, включая: дистанционное зондирование и на месте наблюдения.

Наиболее распространенным зондированием на месте является радиозонд, который обычно метеозонд, но также может быть ракетный зонд.

При дистанционном зондировании обычно используются пассивные инфракрасный и микроволновые радиометры:

бортовые приборы
наземные станции
Спутниковые приборы для наблюдения за Землей, такие как ВОЗДУХ и АМСУ
наблюдение атмосферы на разных планетах, таких как Датчик климата Марс на Марсианский разведывательный орбитальный аппарат

Прямые методы

Датчики, которые измеряют составляющие атмосферы напрямую, такие как термометры, барометры и датчики влажности, могут быть отправлены на воздушные шары, ракеты или капли. Их также можно носить на внешних корпусах кораблей и самолетов или даже устанавливать на башнях. В этом случае все, что нужно для регистрации измерений, - это устройства хранения и / или транспондеры.

Косвенные методы

Более сложный случай связан с датчиками, в основном установленными на спутнике, такими как радиометры, оптические датчики, радар, лидар и облакомер а также содар поскольку они не могут напрямую измерить интересующее количество, такое как температура, давление, влажность и т. д. Понимая процессы излучения и поглощения, мы можем выяснить, на что прибор смотрит между слоями атмосферы. Хотя этим типом приборов также можно управлять с наземных станций или транспортных средств - оптические методы также могут использоваться внутри наземных приборов - спутниковых инструменты особенно важны из-за их обширного регулярного охвата. В АМСУ инструменты на трех NOAA и два ЕВМЕТСАТ спутники, например, могут сделать выборку всего земного шара с разрешением лучше одного градуса менее чем за день.

Мы можем выделить два широких класса датчиков: активный, Такие как радар, у которых есть собственный источник, и пассивный это только обнаруживает то, что уже есть. Для пассивного инструмента может быть множество источников, включая рассеянное излучение, свет, излучаемый непосредственно солнцем, луной или звездами - оба более подходящие в видимом или ультрафиолетовом диапазоне - а также свет, излучаемый теплыми объектами, что более важно. уместно в микроволновке и инфракрасном диапазоне.

Просмотр геометрии

Эхолот смотрит на край атмосферы, где он виден над Землей. Он делает это одним из двух способов: либо отслеживает солнце, луну, звезду или другой передающий спутник через конечность, когда источник получает оккультный позади Земли или смотрит в пустое пространство, собирая радиацию, рассеянную одним из этих источников. Напротив, надир- атмосферный эхолот смотрит сквозь атмосферу на поверхность. В ИЛОМАХИЯ прибор работает во всех трех режимах.

Атмосферная обратная задача

Постановка задачи

Следующее применимо в основном к пассивным датчикам, но в некоторой степени применимо и к активным датчикам.

Обычно существует вектор значений количества, которое нужно получить, ${displaystyle {vec {x}}}$ , называется вектор состояния и вектор измерений, ${displaystyle {vec {y}}}$ . Вектор состояния может быть температурой, числовой плотностью озона, влажностью и т. Д. Вектором измерения обычно являются подсчеты, яркость или яркостная температура радиометра или аналогичного детектора, но он может включать любую другую величину, имеющую отношение к проблеме. форвардная модель отображает вектор состояния в вектор измерения:

{displaystyle {vec {y}} = {vec {f}} ({vec {x}})}

Обычно отображение, ${displaystyle {vec {f}}}$ , известно из первых физических принципов, но это не всегда так. Вместо этого может быть известно только эмпирическипутем сопоставления фактических измерений с фактическими состояниями. Спутник и многое другое дистанционное зондирование инструменты измеряют не соответствующие физические свойства, то есть состояние, а скорее количество излучения, испускаемого в определенном направлении на определенной частоте. Обычно легко перейти от пространства состояний к пространству измерения - например, с Закон пива или же перенос излучения- но не наоборот, поэтому нам нужен какой-то способ инвертирование ${displaystyle {vec {f}}}$ или найти обратная модель, ${displaystyle {vec {f}} ^ {- 1}}$ .

Методы решения

Если проблема в линейный мы можем использовать какой-нибудь метод обратной матрицы - часто проблема некорректно или же неустойчивый так что нам нужно будет упорядочить это: хорошие, простые методы включают нормальное уравнение или же разложение по сингулярным числам. Если задача слабо нелинейная, итерационный метод такой Ньютон-Рафсон может быть уместным.

Иногда физика слишком сложна для точного моделирования или прямая модель слишком медленная для эффективного использования в обратном методе. В этом случае, статистический или же машинное обучение такие методы как линейная регрессия, нейронные сети, статистическая классификация, оценка ядраи т. д. могут быть использованы для формирования обратной модели на основе набора упорядоченных пар выборок, отображающих пространство состояний в пространство измерения, то есть ${displaystyle lbrace {vec {x}}: {vec {y}} скобка}$ . Они могут быть созданы либо из моделей, например. векторы состояния из динамических моделей и векторы измерений из переноса излучения или аналогичных прямых моделей - или из прямого, эмпирического измерения. В других случаях, когда статистический метод может быть более подходящим, нелинейный проблемы.

Список методов

Смотрите также

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Атмосферное зондирование в Wikimedia Commons
Зондирование атмосферы Университета Вайоминга

Navigation