Дистанционное зондирование Земли в системе оценки качества окружающей среды

Доступ к данным дистанционного зондирования Земли регулируется политикой «открытого неба» (Open Sky Policy), в соответствии с которой, каждому потребителю гарантируется свободный доступ ко всем имеющимся данным на недискриминационной основе. Основным международным консультативным органом, созданным в 1984 г. для обмена информацией, координации и обсуждения политики в области ДЗЗ служит Комитет по спутникам дистанционного зондирования Земли CEOS (Committee on Earth Observation Satellites).

Системы получения и распространения данных оперативного мониторинга держатся на «четырех китах»:

• ? носителях съемочной аппаратуры;
• ? собственно аппаратуре дистанционного зондирования;
• ? бортовых средствах передачи данных на Землю по радиоканалу;
• ? наземных комплексах приема этой информации, ее обработки и предоставления потребителям.

Для получения данных ДЗЗ могут использоваться разные космические аппараты — ракеты, пилотируемые космические корабли и орбитальные станции, автоматические искусственные спутники Земли (ИСЗ) и другие космические аппараты. Обычно используются два основных типа спутников: геостационарные и полярноорбитальные. Если первые постоянно обеспечивают обзор одной и той же части планеты, сохраняя неизменное положение относительно определенной точки на экваторе, то вторые, находясь на орбите, плоскость которой примерно перпендикулярна плоскости вращения Земли, через определенный период времени, продолжительность которого зависит от ширины полосы обзора ИСЗ, оказываются над заданным районом наблюдения. Соответственно, зона обзора со спутника на геостационарной орбите ограничивается широтным районом 50° С.Ш. — 50° Ю. Ш; полярно-орбитальная же система наблюдения сталкивается с иной трудностью: спутник может оказаться над одним и тем же районом съемки в различные периоды «местного» или солнечного времени. При этом сопоставление данных, полученных при различных условиях солнечного освещения, оказывается весьма затруднительным, поэтому такие спутники выводят, как правило, на так называемые «солнечносинхронные» орбиты. В зависимости от орбиты движения на качество космических снимков влияют несколько параметров: форма орбиты; наклонение; высота; период обращения вокруг Земли. На качество космических снимков сильное влияние оказывает и атмосфера. Ее наличие вызывает осложнения разного характера. Экранирующее влияние облачности: в каждый момент времени она закрывает более 50% поверхности земного шара; некоторые районы остаются закрытыми облачностью большую часть времени года. Поглощение солнечных лучей определенных длин волн: съемку выполняют, используя только те участки спектра, где электромагнитное излучение не поглощается, то есть в «окнах прозрачности» атмосферы. Большое «окно прозрачности» (0,4—1,3 мкм) приходится на видимый и ближний инфракрасный диапазон; в тепловом инфракрасном диапазоне есть три более узких окна, и здесь возможно использование ограниченного набора длин волн. Наибольшая прозрачность атмосферы наблюдается в радиодиапазоне. Кроме того, съемку затрудняют рассеивание лучей, атмоферная дымка и другие факторы.

Рассмотрим некоторые современные спутники, дающие информационную базу для мониторинга состояния окружающей среды.

18 декабря 1999 г. был выведен на орбиту спутник EOS АМ-1, который носит название Terra. Это первый спутник программы EOS (Earth Observing System — Глобальный мониторинг поверхности Земли) в рамках Инициативы изучения планеты Земля (Earth Science Enterprise), проводимой NASA (Национальным космическим агентством США). На нем установлена аппаратура, которая в течение 6 лет будет обеспечивать сбор информации об облачном покрове, аэрозолях, радиационном балансе Земли, свойствах подстилающей поверхности и ее энергетическом взаимодействии с атмосферой. При этом в ходе программы будут фиксироваться происходящие глобальные изменения, выявляться ключевые процессы, регулирующие состояние окружающей природной среды, а также совершенствоваться модели, позволяющие изучать и прогнозировать эти изменения.

Практическое использование американской системы изучении природных ресурсов Земли LANDSAT начато в 1972 г. с запуска космического аппарата Landsat-1. 15 апреля 1999 г. был успешно выведен на орбиту очередной спутник этой серии Landsat-7 — совместный проект Геологической Службы США (USGS), NASA и NOAA (Национальное управление США по исследованию океана и атмосферы). Информация, поступающая со спутников системы LANDSAT, широко используется при решении многих проблем экономического, научного, политического и военного характера. В частности, эти данные широко применяются в следующих областях: география, океанография, гидрология, геология, изучение природных ресурсов отдельных регионов, стран и Земли в целом,.

Среди других широко известных программ и систем дистанционного зондирования Земли необходимо также упомянуть следующие:

• ? Французская космическая система изучения природных ресурсов Земли SPOT (Systeme Probatoire d’Observation de la Terre) активно функционирует с февраля 1986 г. Система преимущественно используется для получения информации дистанционного зондирования, необходимой для решения задач картографирования, землепользования, сельского и лесного хозяйства, планирования градостроительства, для составления цифровых карт местности и контроля за изменениями состояния окружающей среды;
• ? Американская метеорологическая система на базе полярно-орбитальных космических аппаратов серии NOAA используется при решении задач, связанных с прогнозированием погоды, а также для получения информации дистанционного зондирования в интересах сельского и лесного хозяйства, климатологии и океанографии, мониторинга состояния окружающей среды, при изучении околоземного космического пространства, озонового слоя и содержания аэрозолей в атмосфере, при исследованиях снежного и ледового покровов Земли, выявления пожаров, измерения вегетационного индекса. Кроме того, на спутниках этой серии устанавливается аппаратура сбора данных с наземных метеорологических платформ, а также оборудование приема сигналов бедствия в рамках системы Kocnac/SARSAT.

Система европейских КА ERS (European Remote Sensing satellite) Европейского космического агентства (ESA) осуществляет глобальную систематическую съемку земной поверхности с целью уточнения прогнозов погоды на основе измерения направления ветра и температуры морской поверхности, картирования ледяных покровов, выявления зон загрязнения морской поверхности, контроля состояния прибрежных зон и для решения других, прежде всего океанографических, задач. Кроме того, ИСЗ ERS могут быть использованы для получения информации ДЗЗ в интересах сельского лесного хозяйства, проведения геологических изысканий.

Российские космические аппараты серии «Ресурс-О» оснащаются аппаратурой высокого и среднего разрешения, обеспечивающей съемку поверхности Земли в нескольких спектральных диапазонах. Российский спутник «Комета» специально разработан для информационного обеспечения при создании топографической продукции. Фотографические данные также получают со спутников серии Ресурс-Ф.

Отдельно следует упомянуть малые космические аппараты-спутники массой до 500 кг, стоимостью не более 50 млн. долларов и с ограниченным составом целевой аппаратуры. Развитию проектов, связанных с разработкой малых спутников ДЗЗ, способствовали как новые достижения в области совершенствования датчиков дистанционного зондирования, аппаратуры ориентации ИСЗ, источников энергообеспечения и других бортовых подсистем, так и известные сложности в продвижении широкомасштабных программ. Работы по созданию собственных малых ИСЗ дистанционного зондирования ведутся в России и многих других странах.

Информация со спутников принимается наземными станциями приема данных дистанционного зондирования Земли. Это могут быть и большие приемные комплексы, и малые станции приема космической информации. Малые станции приема спутниковой информации производятся как у нас в стране, так и за рубежом. Из российских станций следует упомянуть станции «Лиана», «Алиса», «СканЭкс», «ЕОСкан», «УниСкан», разрабатываемые и выпускаемые инженерно-технологическим центром «СканЭкс».

На использовании данных дистанционного зондирования основаны многие международные проекты и программы по мониторингу и оценке состояния окружающей среды. Например, проект GEWEX по изучению глобального цикла энергии и воды и их влияния на изменение климата (часть Всемирной Программы Исследований Климата; WCRP — World Climate Research Program). С 1983 г. осуществляется Международный проект по спутниковой климатологии облачности (ISCCP — International Satellite Cloud Climatology Project). Международный проект по спутниковой климатологии поверхности суши 1SLSCP (International Satellite Land Surface Climatology Project) был организован для разработки методологии получения информации о климатических характеристиках поверхности суши.