بسته سنسور اندازه گیری بارش باران گرمسیری (TRMM)

تاریخ پذیرش نمایش داده شده برای مقالاتی که قبل از سال 2023 منتشر شده است ، طی یک هفته تقریبی است. در صورت لزوم ، تاریخ پذیرش دقیق را می توان از طریق ایمیل amsjol@ametsoc. org دریافت کرد.

دسترسی کامل

خلاصه

این یادداشت در نظر گرفته شده است که در درجه اول به عنوان یک راهنمای مرجع برای کاربرانی که مایل به استفاده از داده های ماموریت اندازه گیری بارندگی گرمسیری هستند ، خدمت می کند. این هر یک از سه ابزار بارندگی اصلی را در بر می گیرد: رادیومتر مایکروویو منفعل ، رادار بارش و سیستم رادیومتر قابل مشاهده و مادون قرمز روی فضاپیما. خصوصیات رادیومتری ، هندسه اسکن ، روشهای کالیبراسیون و محصولات داده برای هر یک از این سه سنسور شرح داده شده است.

آدرس نویسنده مسئول: دکتر کریستین D. Kummerow ، کد 912 ، آزمایشگاه جوی ، مرکز پرواز فضایی ناسا گودارد ، گرینبلت ، MD 20771.

خلاصه

این یادداشت در نظر گرفته شده است که در درجه اول به عنوان یک راهنمای مرجع برای کاربرانی که مایل به استفاده از داده های ماموریت اندازه گیری بارندگی گرمسیری هستند ، خدمت می کند. این هر یک از سه ابزار بارندگی اصلی را در بر می گیرد: رادیومتر مایکروویو منفعل ، رادار بارش و سیستم رادیومتر قابل مشاهده و مادون قرمز روی فضاپیما. خصوصیات رادیومتری ، هندسه اسکن ، روشهای کالیبراسیون و محصولات داده برای هر یک از این سه سنسور شرح داده شده است.

آدرس نویسنده مسئول: دکتر کریستین D. Kummerow ، کد 912 ، آزمایشگاه جوی ، مرکز پرواز فضایی ناسا گودارد ، گرینبلت ، MD 20771.

1. بررسی اجمالی TRMM

جو سه چهارم انرژی گرمای خود را از آزاد شدن گرمای نهان با بارش می گیرد و تخمین زده می شود دو سوم این بارش در مناطق استوایی قرار می گیرد. تفاوت در الگوهای بارندگی در مقیاس بزرگ و انتشار انرژی مرتبط با آنها در مناطق استوایی ، به نوبه خود ، بر کل گردش جهانی تأثیر می گذارد ، همانطور که در رویدادهای ال نینو آشکار می شود ، فقط یک نمونه را ذکر می کند. مهمترین تأثیر باران و تنوع آن بر روی زیست کره ، از جمله انسان است. بارندگی "متوسط" به ندرت مشاهده می شود. درعوض ، چندین فصل خشکسالی و گرسنگی اغلب یک یا دو سال از ریزش و سیل های فاجعه بار دنبال می شود. برآورد کمی از بارش گرمسیری ، متأسفانه ، بسته به تخمین ها هنوز هم تا 100 ٪ متفاوت است. این اختلافات به دلیل عدم وجود اندازه گیری مستقیم بارندگی و همچنین ماهیت بسیار متغیر پارامترها از نظر مکانی و زمانی است.

فرآیندهای ابر و باران اکنون در مقیاس گروه های ابر (50-100 کیلومتر) نسبتاً خوب شبیه سازی شده اند. با این حال ، مدل های جهانی برای پیش بینی آب و هوا و آب و هوا وضوح بسیار درشت تر دارند ، بنابراین باید فرآیندهای ابری را "پارامتر" کنند. بیشتر این پارامترها بسیار خام هستند. به ویژه در مناطق استوایی ، باران و گرمایش نهفته آن در اولیه سازی مدل های جهانی آب و هوا و آب و هوا و همچنین در مرحله پیش بینی آنها بسیار مهم است. در حال حاضر ، اختلافات زیادی بین نتایج مدل های مختلف وجود دارد. همه این مدل ها به طور ناکافی بارش و رطوبت خاک را پیش بینی می کنند. شبیه سازی ضعیف از خواص ابر یکی از عواملی است که باعث می شود مدل ها با توجه به میزان گرم شدن کره زمین با دی اکسید کربن مضاعف بسیار متفاوت باشند. کمبود اطلاعات کمی بارش یک تنگنای طولانی مدت برای علم جوی بوده است. این شکاف در مرکز چرخه هیدرولوژیکی تقریباً در تمام علوم زمین و کاربردهای آنها تأثیر منفی داشته است. از آنجا که مناطق استوایی 75 ٪ از اقیانوس پوشیده شده است ، بارش در مناطق گرمسیری جهانی را می توان به طور رضایت بخش فقط از فضا اندازه گیری کرد.

مأموریت اندازه گیری بارندگی گرمسیری (TRMM) یک مأموریت مشترک بین اداره ملی هوانوردی و فضایی (NASA) ایالات متحده و آژانس توسعه فضای ملی (NASDA) ژاپن است. اهداف TRMM اندازه گیری بارندگی و انرژی (یعنی گرمای نهان تراکم) تبادل مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری جهان است. ابزارهای بارندگی اولیه در TRMM تصویرگر مایکروویو TRMM (TMI) ، رادار بارش (PR) و سیستم رادیومتر قابل مشاهده و مادون قرمز (VIRS) است. علاوه بر این ، ماهواره TRMM دو ابزار مرتبط با سیستم مشاهده زمین (EOS) را در ابرها و سیستم انرژی تابشی زمین (CERES) و سیستم تصویربرداری رعد و برق (LIS) حمل می کند. بخش فضایی TRMM یک ماهواره در مدار دایره ای 350 کیلومتری با زاویه تمایل 35 درجه است. قرار بود در تابستان 1997 با حداقل 3 سال از زندگی مأموریت راه اندازی شود.

ترکیبی از سنسورهای منفعل و فعال ماهواره ای که در TRMM آینده مستقر می شوند ، می توانند اطلاعات مهمی را در مورد توزیع سه بعدی بارش و گرمایش در مناطق گرمسیری ارائه دهند (سیمپسون و همکاران 1996). اندازه گیری های همزمان از TMI و PR مکمل هستند: رادیومترهای مایکروویو منفعل تابش را اندازه گیری می کنند که محصول نهایی اثرات یکپارچه جذب الکترومغناطیسی و پراکندگی از طریق ابر رسوب در امتداد منظره سنسور است. وابستگی فرکانس خصوصیات الکترومغناطیسی ذرات ابر و بارش امکان طراحی رادیومترهای مایکروویو منفعل چند کاناله را فراهم می کند که می توانند در اعماق مختلف در یک ابر رسوب صدا شوند ، اما تکلیف ارتفاع از خواص ابر چندان خاص نیست. از طرف دیگر ، سنسورهای فعال مایکروویو (رادارها) اطلاعات مربوط به ارتفاع خاص را بر اساس تأخیر زمانی قدرت بازگشت بازده بارش ارائه می دهند. با این حال ، رادارهای ساده یک پارامتری (مانند TRMM PR) فقط در یک فرکانس انتقال/دریافت و قطبش کار می کنند. برای به دست آوردن پروفایل های آب بارش بدون ابهام از این رادارها ، اثرات سیگنال ثانویه مانند ضعف مسیر باید به طور مستقل تعیین شود.

ویروس در TRMM برای تکمیل توضیحات دو سنسور مایکروویو ، دمای بالای ابر و ساختارها را اضافه می کند. در حالی که اطلاعات بارش مستقیم از VIRS نسبت به آنچه که توسط سنسورهای مایکروویو به دست می آید قابل اعتماد تر است ، VIRS نقش مهمی را به عنوان پلی بین مشاهدات با کیفیت بالا اما نادر از TMI و PR با داده های موجود و داده های سری طولانی تر در دسترس از ژئستاتاسیون فراهم می کند. سیستم عامل های ماهواره ای VIS/IR.

Ceres و LIS ، در حالی که به عنوان ابزارهای EOS معرفی شده اند ، هنوز هم در ماموریت TRMM نقش مهمی برای گردآوری اهداف علمی دارند. سنسور رعد و برق (گودمن و همکاران 1996) ، گذشته از نقشه برداری از فرکانس جهانی حوادث رعد و برق ، نقش مهمی در جفت شدن رعد و برق به بارش ها ایفا می کند - در نتیجه درک کلی ما از رعد و برق و همچنین فرآیندهای بارش را تقویت می کند. ابزار CERES (Wielicki و همکاران 1996) امکان تعیین تعادل انرژی تابشی را فراهم می کند. همراه با گرمایش نهفته حاصل از بارش ، یک تصویر به طور قابل توجهی بهبود یافته از سیستم انرژی جوی می تواند پدیدار شود.

تعداد قابل توجهی از انتشارات علمی اخیر بر اهمیت TRMM، توسعه الگوریتم های بارش و کاربردهای داده های TRMM تمرکز کرده اند. تمرکز این مقاله بر روی اندازه گیری هایی است که توسط سنسورهای بارندگی TRMM انجام می شود. بخش های بعدی هر یک از سه ابزار اصلی بارندگی، ویژگی های اندازه گیری، هندسه روبشی و محصولات داده ای مورد انتظارشان را شرح می دهند. شکل 1 نمای کلی از هندسه اسکن فضاپیما را نشان می دهد که مکان های ردپای نسبی PR، VIRS و TMI را نشان می دهد.

2. تصویرگر مایکروویو TRMM (TMI)

TMI یک رادیومتر مایکروویو غیرفعال نه کانالی است که بر اساس مایکروویو/تصویر سنسور ویژه (SSM/I) است که از سال 1987 بر روی ماهواره های برنامه ماهواره ای هواشناسی دفاعی ایالات متحده (DMSP) پرواز می کند. تفاوت های اصلی اضافه شدن یکجفت کانال 10. 7 گیگاهرتز با قطبش افقی و عمودی و تغییر فرکانس کانال بخار آب از 22. 235 به 21. 3 گیگاهرتز. این تغییر مرکز خط بخار آب به منظور جلوگیری از اشباع در مدار گرمسیری TRMM انجام شد. جدول 1 ویژگی های عملکرد نه کانال TMI را نشان می دهد. افزایش وضوح فضایی مشهود در جدول 1 به دلیل مدار پایین تر ماهواره TRMM با توجه به DMSP به جای تفاوت های حسگر است.

آ. آنتن و اسکن مخروطی

آنتن TMI یک سهمی افست است که اندازه دیافراگم آن 61 سانتی متر (در جهت انتشار پیش بینی شده) و فاصله کانونی 50. 8 سانتی متر است. پرتو آنتن سطح زمین را با زاویه نادر 49 درجه مشاهده می کند که منجر به زاویه برخورد 52. 8 درجه در سطح زمین می شود. آنتن TMI حول یک محور نادر با سرعت ثابت 31. 6 دور در دقیقه می چرخد. این چرخش یک "دایره" روی سطح زمین ترسیم می کند. فقط 130 درجه از بخش جلو دایره کامل برای گرفتن داده استفاده می شود. بقیه برای کالیبراسیون و سایر اهداف خانه داری ابزار استفاده می شود. از مدار TRMM، بخش اسکن شده 130 درجه، عرض نواری 758. 5 کیلومتر نشان داده شده در شکل 1 را به دست می دهد. در طول هر چرخش کامل (یعنی یک دوره اسکن در حدود 1. 9 ثانیه)، نقطه زیرماهواره به فاصله d 13. 9 کیلومتر پیش می رود. از آنجایی که اندازه کوچکترین ردپای (کانال های 85. 5 گیگاهرتز) تنها 6. 9 کیلومتر (جهت پایین مسیر) در 4. 6 کیلومتر (جهت متقاطع) است، بین اسکن های متوالی "فاصله" 7. 0 کیلومتر وجود دارد. با این حال، این تنها فرکانس است که در آن یک شکاف کوچک وجود دارد. برای همه کانال های با فرکانس بالاتر، ردپاهای حاصل از اسکن های متوالی با اسکن های قبلی همپوشانی دارند. اندازه "ردپای" در اینجا میدان دید موثر (EFOV) است. تعریف آن در بخش 2b توضیح داده شده است.

بمیدان دید موثر (EFOV)

میدان دید آنی (IFOV) ردپایی است که از تقاطع عرض پرتو آنتن (در نظر گرفته شده بین 3 دسی بل یا نیم نقطه قدرت) و سطح زمین حاصل می شود. با توجه به شکل خود آنتن، و زاویه تابش خارج از نادر در سطح، الگوی حاصل در سطح زمین را می توان با یک بیضی توصیف کرد. قطر کوچک بیضی در جهت اسکن یا متقاطع است که IFOV-CT نامیده می شود، در حالی که قطر اصلی در جهت پایین به نام IFOV-DT است.

از آنجا که TMI در حال چرخش است در حالی که گیرنده آن در حال ادغام است ، باید مفهوم میدان دید مؤثر (EFOV) معرفی شود. این منطقه مؤثر است که در طول زمان ادغام توسط پرتو آنتن جارو شده است ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. برای کانال های 85. 5 گیگاهرتز ، پرتو آن از موقعیت شروع آن در امتداد جهت اسکن یک IFOV-CT در فاصله حرکت می کند. EFOV به عنوان بیضی سنگین بین دو IFOV در نظر گرفته شده است. مرکز EFOV موقعیت پرتو آنتن در نقطه میانی دوره ادغام است. EFOV های فرکانس های دیگر به طور مشابه تعریف می شوند. با این حال ، توجه کنید که برای کانال های 85. 5- و 37. 0 گیگاهرتز ، EFOV تقریباً به اندازه IFOV است. این امر به این دلیل است که طول زمان ادغام (اسمی) (a. k. a. ، "زمان ادغام نمونه واحد") به ترتیب 3. 3 و 6. 6 ms انتخاب شده است ، که زمان های لازم برای پرتوهای مربوطه برای جابجایی یک فاصله IFOV است. با این حال ، طول مدت زمان ادغام اسمی 6. 6-MS برای تمام بقیه فرکانس های پایین استفاده می شود. بنابراین EFOV-CT آنها بدون توجه به پرتوهای واقعی آنها 9. 1 کیلومتر است. EFOV های نشان داده شده در شکل 2 EFOV های تک نمونه ای نامیده می شوند زیرا آنها نتایج تنها یک دوره زمانی ادغام یا "یک نمونه" هستند.

حرکت ماهواره ای در جهت پایین مسیر در زمان ادغام میلی ثانیه بسیار اندک است. در جهت پایین ، EFOV-DTS به همان اندازه IFOV-DT گرفته می شود. با این تعاریف ، اندازه EFOV-CTS برای فرکانس های پایین تر به نظر می رسد "از نظر مصنوعی خیلی باریک" در مقایسه با IFOV های مربوطه هستند. توجه به این نکته حائز اهمیت است که این EFOV-CT از نظر مصنوعی باریک است که به عنوان داده دمای روشنایی TMI استاندارد ارائه می شود. همچنین می توان با پیوستن به یک عدد (n) از EFOV های یک نمونه همسایه (در جهت CT) با هم ، یک پرتو EFOV-CT را تعریف کرد تا یک پرتو معادل EFOV یا BEFOV را تشکیل دهد. با استفاده از مقادیر N ذکر شده در جدول 1 منجر به CTS BEFOV خواهد شد که از نظر اندازه با CTS IFOV قابل مقایسه هستند. مقادیر n از 2-4 متغیر است.

به طور خلاصه ، داده های TMI در سطح EFOV تک نمونه ای ارائه می شود ، اما برای آن فرکانس ها (10. 7 ، 19. 4 و 21. 3 گیگاهرتز) که حاوی بیش از یک نمونه در هر عرض پرتو هستند ، کاربر می تواند داده ها را به BEFOV های معادل بپردازد ،که در آن زمان به اندازه IFOV های داده شده توسط پرتوهای آنتن هستند. Befovs نمایانگر وضوح واقعی (یا ردپای) TMI است.

ج. کالیبراسیون وارده

در پایان قسمت 130 درجه فعال مشاهده زمین از اسکن ، TMI یک فرآیند کالیبراسیون دو نقطه ای را طی می کند ، که شامل یک نگاه هر یک از آنها در دمای مرجع "داغ" و "سرد" است. در طول کالیبراسیون داغ ، شاخهای خوراک به موقعیتی منتقل می شوند که "بار گرم" را مشاهده می کند که دمای روشنایی آن به طور دقیق شناخته شده است. در مرحله بعد ، شاخهای خوراک به موقعیت دوم منتقل می شوند که پرتوهای آنها توسط "زیر مولفل فضای سرد" برای مشاهده اشعه پس زمینه کیهانی منعکس می شود. کالیبراسیون دو نقطه ای در هر دوره اسکن تکرار می شود تا کالیبراسیون فوری TMI ایجاد شود و هرگونه اثرات نوسان افزایش را حذف کند. کالیبراسیون مکرر پردازنده کلید اصلی حفظ پایداری TMI است که یک رادیومتر مایکروویو از نوع قدرت است.

د. محصولات داده استاندارد TMI

داده های سطح استاندارد 1B TMI به عنوان EFOV های تک نمونه ای ارائه می شود. آنها دمای روشنایی مایکروویو "کالیبره شده" (با استفاده از داده های مناسب کالیبراسیون پردازنده) برای آن EFOV خواهند بود و برای اثر قطبش متقابل اصلاح می شوند. هر خط اسکن شامل زمان خط اسکن ، همراه با شاخص های کیفیت داده و یک نشانگر جهت TRMM خواهد بود. بر خلاف ماهواره های SSM/I ، لازم است گاهی اوقات فضاپیمای TRMM را با 180 درجه بچرخانید تا تعادل حرارتی را حفظ کند. بنابراین پرتوی TMI ممکن است از نقطه زیرساخت TRMM پیش باشد یا از آن پیروی کند. داده های علوم زمین در هر خط اسکن از مقادیر عرض جغرافیایی و طول جغرافیایی همراه با دمای روشنایی برای 208 EFOV در 85 گیگاهرتز و 104 EFOV در تمام کانالهای با فرکانس پایین باقی مانده است. در طول جهت اسکن ، EFOV های همه فرکانس ها کواکسیال هستند و EFOV-CT ها از همان اندازه هستند (یعنی 9. 1 کیلومتر ، به جز کانال های 85 گیگاهرتز که از فاصله 4. 6 کیلومتر فاصله دارند). همه خطوط اسکن یکسان هستند. TMI مانند SSM/I به اسکن های "A" و "B" متمایز نمی شود. داده ها به عناصر یک مدار تبدیل می شوند که مدارها در جنوبی ترین زیرزمین ماهواره ای شروع می شوند. هر گرانول از داده های TMI با 50 خط اسکن قبل و بعد از مدار واقعی قرار می گیرد. این کار برای تسهیل ادغام داده های TMI با داده های ابزار PR و VIRS شرح داده شده در بخش 3 انجام شد.

3. رادار بارش (PR)

روابط عمومی اولین رادار باران در فضا خواهد بود. اهداف اصلی آن را می توان به عنوان 1) ارائه ساختار سه بعدی بارندگی ، به ویژه توزیع عمودی خلاصه کرد. 2) به دست آوردن اندازه گیری بارندگی کمی از طریق زمین و همچنین اقیانوس. و 3) بهبود دقت بازیابی بارش TRMM با استفاده ترکیبی از داده های سنسور فعال (PR) و منفعل (TMI و VIRS). روابط عمومی توسط NASDA با همکاری آزمایشگاه تحقیقات ارتباطات ، وزارت پست ها و ارتباطات از راه دور توسعه یافته است.

آ. شرح سیستم

PR یک سیستم آرایه فاز فعال 128 عنصر با سرعت 13. 8 گیگاهرتز است. یک نمودار بلوک عملکردی در شکل 3 نشان داده شده است. فرستنده/گیرنده (T/R) از 128 تقویت کننده توان حالت جامد (SSPA) ، LNA ها و شیفت های فاز دیود (PHS) تشکیل شده است. در واقع ، PHS در تقسیم کننده/COMBINER-2 (DIV/CMB-2) گنجانده شده است. هر عنصر T/R به یک آنتن موجبر موج دار 2 متر متصل می شود ، که توسط آن یک آرایه مسطح 2 متر 2 متر ساخته می شود. برای دستیابی به سطح پایین آنتن آنتن (به عنوان مثال ، برای سرکوب درهم و برهمی سطح سیدلوب همراه) ، قدرت خروجی SSPA و سود LNA برای دستیابی به توزیع تیلور (SL = -35 dB ، n = 6) با کمیت 1-DB وزن می شوند. پارامترهای PR در جدول 2 آورده شده است. ساختار مکانیکی PR در اندازه حدود 2. 3 متر × 2. 3 متر × 0. 7 متر است و از سکو و آنتن تشکیل شده است. بستر آنتن توسط یک تکنیک نصب سینماتیک به سکو وصل می شود تا از تخریب الگوی آنتن ناشی از اعوجاج مکانیکی و حرارتی آنتن جلوگیری شود.

روابط عمومی از تکنیک چابکی فرکانس برای به دست آوردن 64 استفاده می کند (N_حرف= 64) نمونه های مستقل با فرکانس تکرار پالس ثابت 2776 هرتز ، که در آن یک جفت پالس 1. 6 میکروگرم در فرکانس متفاوت 6 مگاهرتز متفاوت است. سی و دو جفت پالس برای هر یک از 49 سطل زاویه ای با فاصله زاویه ای 0. 71 درجه در طول چرخش 215 کیلومتری منتقل می شود. مفهوم مشاهده PR در شکل 1 نشان داده شده است.

ب. حالت کاربری

جدول 3 حالت های عملکرد PR را خلاصه می کند. به طور اسمی ، PR در حالت مشاهده عمل می کند که آنتن PR در جهت عبور از مسیر بیش از 17 درجه (Swath 215 کیلومتری) اسکن می کند. به صورت دوره ای ، PR یک کالیبراسیون خارجی با یک کالیبراسیون رادار فعال (ARC) و یک کالیبراسیون حلقه داخلی برای اندازه گیری عملکرد انتقال گیرنده PR انجام می دهد. حالت های دیگر شامل حالت آماده به کار (برای متوقف کردن تابش RF به طور موقت و بارگذاری داده های فاز تغییر در PR) ، حالت تجزیه و تحلیل (برای نظارت بر عملکرد 128 LNA) و حالت بررسی سلامت (برای بررسی عملکرد CPU پردازندهخاطرات). رادار بارش در امتداد الگوی آنتن مسیر را می توان در کالیبراسیون قوس اندازه گیری کرد. الگوی مسیر متقاطع همچنین می تواند با استفاده از یک نگرش ویژه فضاپیما (مانور خمیازه 90 درجه) با قوس اندازه گیری شود. این کار در مرحله اولیه بررسی TRMM انجام خواهد شد.

وزن آرایه آنتن با استفاده از تله سنجی مانیتور قدرت SSPA و داده های به دست آمده از حالت تجزیه و تحلیل PR کنترل می شود. در حالت تجزیه و تحلیل ، هر یک از 128 LNA برای یک دوره 0. 6 ثانیه فعال می شوند و سطح اکو سطح با استفاده از LNA اندازه گیری می شود. این 128 بار تکرار می شود تا تأیید کند که هر LNA به طور عادی کار می کند و برآوردی از وزن دریافت دامنه آنتن را بدست می آورد.

ج. طرح جمع آوری اکو رادار

اکو رادار PR شامل سه مؤلفه زیر است: اکو باران ، اکو سطح و تصویر آینه اکو. اکو سطح به دلیل اهمیت سطح اکو برای برآورد میرایی کل مسیر (Meneghini و Kozu 1990) اندازه گیری می شود و دامنه سطح را در امتداد پرتو رادار فراهم می کند. تصویر آینه ، که پژواک باران است که از طریق بازتاب مضاعف در سطح دریافت می شود ، ممکن است برای برخی از طرح های بازیابی میزان بارندگی مفید باشد. در شیوع نادر اندازه گیری می شود. در نزدیکی نادر ، داده ها به منظور بهبود بازیابی پروفایل های اکو که دارای فرکانس مکانی بالا (بازگشت سطح و باند روشن) هستند ، بیش از حد (فواصل 125 متر) بیش از حد نمونه برداری شده اند. پارامترهای اصلی جمع آوری داده های رادار در جدول 4 خلاصه شده است.

اندازه گیری مستقل از سطح نویز سیستم برای هر سطل زاویه ای به منظور برآورد قدرت اکو رادار از کل (Echo Plus Noise) دریافت شده است. برای این اندازه گیری ، در مجموع چهار سطل دامنه اختصاص داده می شود ، جایی که درهم و برهمی سطح سایدلوب و پژواک باران باید ناچیز باشد. این منجر به 256 نمونه مستقل برای نویز سیستم می شود. با استفاده از این اندازه گیری نویز سیستم ، نسبت سیگنال به نویز مؤثر (Meneghini و Kozu 1990) از حدود 4 dB با سرعت باران 0. 7 میلی متر در ساعت 1 بدست می آید.

د. پردازش داده ها

داده های راداری بارش به عنوان سطح 1B و سطح 1C بایگانی می شوند. داده های سطح 1B تعریف استاندارد از داده های ابزار را با اطلاعات ژئو جابجایی ضمیمه دنبال می کنند. در مورد PR ، داده های سطح 1B حاوی قدرت و سر و صدای برگشتی است. سطح 1C در درجه اول برای کاهش حجم داده های راداری برای برنامه های بارش ایجاد شد. برای این منظور ، مقادیر قدرت و سر و صدا به بازتاب ظاهری تبدیل می شوند (به عنوان مثال ، هیچ تصحیح میرایی اعمال نمی شود). علاوه بر این ، تمام پیکسل هایی که از آستانه بارندگی 15 دسی بل Z (بسیار پایین تر از حساسیت PR) تجاوز نمی کنند ، حذف شده اند. به این ترتیب ، تقریباً 2. 2 Gbyte Day - 1 از داده های سطح 1B PR به تقریباً 450 MByte Da y-1 کاهش می یابد. کلیه محصولات ژئوفیزیکی ، از جمله نقشه های باران سه بعدی ، ویژگی های کیفی باران (نوع باران ، طوفان بالا و ارتفاعات درخشان) و آمار مقطع پراکندگی سطح از زاویه های شیوع نادیر تا 17 درجه (Okamoto و Kozu 1993) از آن محاسبه می شوند. محصولات داده سطح 1.

ه. استراتژی کالیبراسیون

کالیبراسیون دقیق PR برای تعیین شرایط رابط روشن بین الگوریتم های سطح 1 و سطح بالاتر مهم است و از این طریق محصولات باران دقیق و پایدار را تضمین می کند. برای توسعه الگوریتم کالیبراسیون PR ، تغییر و رانش پارامترهای سیستم PR مدل شده است که دارای مؤلفه های "مدت متوسط" و "بلند مدت" است. اولی ناشی از تغییر دما در داخل PR است و تقریباً یک دوره یک انقلاب (تقریباً 91 دقیقه) دارد. بنابراین ، تصحیح این اصطلاح را می توان با نظارت بر دما انجام داد. دومی ممکن است به دلیل تخریب تدریجی عملکرد سیستم (افزایش ، از دست دادن و غیره) و/یا عدم موفقیت برخی از عناصر آرایه فعال رخ دهد. از آنجا که این اصطلاح ممکن است شامل تغییر در خصوصیات آنتن و سنسورهای تله متری باشد ، کالیبراسیون با استفاده از یک هدف مرجع خارجی مورد نیاز است.

1) کالیبراسیون داخلی

الگوریتم کالیبراسیون داخلی با استفاده از یک مدل سیستم PR مفصل تهیه شده است که وابستگی دما از کلیه پارامترهای سیستم مربوط به فرآیند تبدیل از مقدار شمارش به قدرت دریافت شده رادار و در نهایت به ضریب بازتاب رادار را توصیف می کند. تجزیه و تحلیل خطای اولیه نشان می دهد که خطا (3 σ) کمتر از 1 دسی بل در تخمین فاکتور بازتاب رادار قابل دستیابی است.

2) کالیبراسیون خارجی

کالیبراسیون خارجی PR با استفاده از قوس قرار داده شده در یک محل کالیبراسیون زمینی در ژاپن انجام می شود (Satake et al. 1995 ؛ Kumagai et al. 1995). قوس دارای سه عملکرد خواهد بود: فرستنده رادار ، گیرنده رادار و فرستنده چراغ. برای کاهش خطای ناشی از عدم اطمینان از پرتوی آنتن PR ، از اسکن آنتن نمونه ویژه استفاده می شود. سطح اکو ARC به دست آمده از جهت های پرتو چندگانه ، تخمین دقیق از اشاره آنتن PR و سطح اکو قوس "اوج" متناسب با موقعیت مرکز پرتو آنتن PR را فراهم می کند. کالیبراسیون خارجی هر ماه برای برآورد رانش بلند مدت افزایش سیستم PR انجام می شود. نتیجه برای نظارت بر روند بلند مدت پارامترهای سیستم PR جمع می شود. فاکتورهای کالیبراسیون PR به روز شده بر اساس تجزیه و تحلیل آماری داده های روند تعیین می شود.

4- اسکنر قابل مشاهده و مادون قرمز (VIRS)

VIRS یک طیف سنجی تصویربرداری پنج کانال با باند در طول موج از 0. 6 تا 12 میکرومتر است. از داده های VIRS برای مطالعه بارش با استفاده از تکنیک های قابل مشاهده و IR استفاده می شود. علاوه بر این ، پیوندی بین بارش مشتق شده و داده های مشابه هم از نظر تاریخی و هم معاصر از سنسورهای ژئوسینکرون و کم زمین در مدار زمین فراهم می کند.

VIRS ، از بسیاری جهات ، شبیه به رادیومتر پیشرفته با وضوح بالا (AVHRR) است که از سال 1978 در مجموعه ملی فضاپیما اداره ملی اقیانوس و جوی (NOAA) به این نتیجه رسیده است که هر دو دارای طول موج یکسان و پهنای باند هستند. تفاوت عمده بین این دو سیستم ، 2. 11 کیلومتری نادیر IFOV از VIR ها بر خلاف 1. 1 کیلومتر برای AVHRR و این واقعیت است که VIRS دارای یک دیفیوزر خورشیدی پردازنده برای کالیبراسیون پس از پس از جمع آوری دو باند خورشیدی منعکس شده است. ویژگی های عملکرد پنج کانال VIRS ، که در طول آزمایش گرمای حرارتی سیستم اندازه گیری می شود ، در جدول 5 ذکر شده است. عملکرد داغ (بدترین حالت) عملکرد کانال 5 دمای هواپیمای کانونی 122 K و NEΔT 0. 13 K را نشان می دهد.

آ. هندسه اسکن

نمای منفجر شده از اسکنر VIRS در شکل 4 نشان داده شده است. اپتیک ها شامل یک آینه اسکن چرخ دستی دو طرفه است. یک تلسکوپ Cassegrain به قطر 8. 9 سانتی متر ؛دو پنجره خنک کننده تابشی. و یک هواپیمای کانونی سرد با یک فیلتر طیفی ، لنزهای Aplanat و عنصر ردیاب برای هر یک از پنج کانال. عرض Swath ناشی از مدار 350 کیلومتری و اسکن 45 درجه ± 720 کیلومتر است. هر پیکسل دارای زمان ادغام 292- میکروگرم است و در نتیجه یک عملکرد پاسخ مثلثی با عرض اسکن 4. 22 کیلومتر و نیم عرض (IFOV) 2. 11 کیلومتر در نادر است. در زاویه اسکن 45 درجه ، IFOV در هر دو جهت متقاطع و در امتداد مسیر به 3. 02 کیلومتر رشد می کند. خطوط اسکن در نادر و در نتیجه با هم همپوشانی تقریباً 0. 9 کیلومتر در لبه Swath دارند. هواپیمای کانونی 54. 18 MRAD را در هر لحظه در مسیر متقاطع مشاهده می کند. این نشان دهنده پنج IFOV از 6. 02 MRAD هر یک و فضایی بین هر یک از 6. 02 MRAD است. بنابراین ، پیکسل مشاهده شده توسط اولین ردیاب در هواپیمای کانونی توسط ردیاب پنجم 2. 33 ms بعداً مشاهده می شود. این تأخیرها برداشته می شوند و کانال ها در طول پردازش زمین تقریباً به 0. 2 پیکسل تبدیل می شوند.

ب. کالیبراسیون وارده

کالیبراسیون رادیومتری VIR ها را می توان به تکنیک های خورشیدی و حرارتی منعکس شده تقسیم کرد. کانال های خورشیدی منعکس شده (1 و 2) در ابتدا از شمارش برای تبدیل درخشش ایجاد شده با مشاهده یک کره یکپارچه به خوبی کالیبره شده در طول آزمایش زمین استفاده می کنند. پارامترهای جدید به صورت دوره ای با استفاده از نماهای خورشید از طریق دیفیوزر خورشیدی پردازنده تعیین می شود. داده های مربوط به دیفیوزر برای هر خط اسکن جمع آوری می شود ، اما دیفیوزر توسط یک درب قابل فرماندهی پوشانده می شود (شکل 4 را ببینید) به جز در حوادث کالیبراسیون. هرگونه تخریب در تابع توزیع بازتاب دو طرفه (BRDF) دیفیوزر با مشاهده ماه به طور مستقیم از طریق بندر فضا چند بار در سال تعیین می شود. برای Virs ، ماه به عنوان منبع بازتاب شناخته شده (Keiffer and Wildey 1996) با اصلاحات برای زاویه فاز قمری ، کتابخانه قمری و فاصله زمین/خورشید و زمین/ماه عمل می کند. تفاوتهای پاسخ مشاهده شده هنگام مشاهده خورشید از طریق دیفیوزر و خورشید از طریق ماه را می توان به تخریب دیفیوزر نسبت داد. با قطر که دو برابر میدان دید VIRS است ، ماه همچنین وسیله ای برای تعیین عملکرد پخش نقطه VIRS در مدار خواهد بود.

کالیبراسیون کانال حرارتی (3 ، 4 و 5) از یک سیاه پوست استفاده می کند که قبل از راه اندازی از طریق یک آزمایشگاه سیاه آزمایشی مشخص شده است و منظره ای از فضا برای ایجاد سود و جبران برای هر خط اسکن است. هرگونه غیرخطی در سیستم از پیش تعیین شده تعیین می شود و برای زندگی مأموریت ثابت فرض می شود. این رویکرد کاملاً شبیه به مورد استفاده AVHRR و سایر رادیومترهای حرارتی است.

ج. الگوریتم های سطح 1B

خروجی سطح 1B برای VIR ها شامل پیکسل های مستقر در هندسی ، با مقادیر درخشندگی طیفی باند محور برای هر کانال خواهد بود. برای کانال های 1 و 2 ، تابش خورشیدی که از دیفیوزر حاصل می شود محاسبه می شود و همراه با تفاوت در تعداد دیجیتالی مشاهده شده در دیفیوزر و نمای فضا ، برای تعیین افزایش سیستم (شمارش/تابش) برای هر کانال استفاده می شود. بشراین افزایش به زمین و فضا تفاوت شمارش برای هر پیکسل نمای زمین تقسیم می شود و از این طریق شمارش ها را به درخشش تبدیل می کند.

برای کانال های 3 ، 4 و 5 ، درخشش طیفی از سیاه پوست با استفاده از دمای فیزیکی و انتشار آن محاسبه می شود. اصلاحات کوچک برای درخشش ناشی از حفره اسکن منعکس شده از سیاه پوست و به ویروس انجام می شود. این درخشش ، مانند کانال های 1 و 2 ، با تفاوت در شمارش بین سیاه پوست و منظره فضایی برای تولید سودهایی که در نمای زمین اعمال می شود ، برای تبدیل شدن به تابش استفاده می شود. بر خلاف سود باند خورشیدی منعکس شده که هفتگی تا ماهانه به روز می شود ، سود باند حرارتی هر خط اسکن را دوباره محاسبه می کند.

یک تغییر کوچک (2 ٪ -5 ٪) در بازتاب طیفی و انتشار با زاویه بروز در آینه اسکن وجود دارد. تصحیح برای هر یک از 261 پیکسل در سراسر زمین برای هر یک از پنج کانال اعمال می شود. سرانجام ، از آنجا که وابستگی کمی به افزایش به دمای الکترونیک وجود دارد (بارنز و همکاران 1996) ، الگوریتم های مربوط به کانال های خورشیدی و حرارتی منعکس شده دارای یک اصطلاح تصحیح دمای کمی هستند.

5. خلاصه

سه ابزار بارندگی اصلی در TRMM تقریباً به طور مداوم در طول کل مأموریت 3 ساله فعالیت خواهد کرد. استثنائات قابل توجه ، کالیبراسیون های گاه به گاه خارجی است که در بخش 3E و مانورهای YAW فضاپیما مورد بحث قرار می گیرند تا کولرهای ماهواره ای را از نور مستقیم خورشید دور نگه دارند. در حالی که ابزارها در طول مانورهای YAW به کار خود ادامه می دهند ، این داده ها نباید در تولید محصولات ژئوفیزیکی استاندارد در نظر گرفته شوند ، زیرا زاویه های بروز و هندسه های اسکن بسیار متفاوت از مواردی است که در اینجا شرح داده شده است.

محصول داده استاندارد (محصولات سطح 1B که توسط EOSDIS تعریف شده است) توسط سیستم داده و اطلاعات TRMM تولید می شود و سپس برای انتشار به جامعه علمی به EOSDIS تحویل داده می شود. انتظار می رود که تمام داده ها تقریباً 6 ماه پس از راه اندازی ماهواره به طور معمول در دسترس باشند. این دوره توسط تیم Science TRMM و دانشمندان ابزار TRMM برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که سنسورها به درستی کالیبره شده اند و نرم افزار پردازش همانطور که پیش بینی می شود کار می کند.

منابع

Baes ، W. L. ، R. A. Baes ، and A. W. Holmes ، 1996: خصوصیات و کالیبراسیون از اسکنر قابل مشاهده و مادون قرمز (VIRS) برای مأموریت اندازه گیری بارندگی گرمسیری (TRMM). SPIE ، 2957 ، 266-2276.

گودمن، اس جی و همکاران، 1996: آشکارساز گذرا نوری: نتایج اولیه. پیش چاپ ها، کنفرانس هشتم. در مورد هواشناسی ماهواره ای، آتلانتا، GA، Amer. شهاب. Soc., 583-587.

Keiffer، H. H.، و R. L. Wildey، 1996: ایجاد ماه به عنوان استاندارد تابش طیفی. J. Atmos. Oceanic Technol., 13, 360-375.

Kumagai، H.، T. Kozu، M. Satake، H. Hanado، و K. Okamoto، 1995: توسعه یک کالیبراتور رادار فعال برای رادار بارش TRMM. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., GE-33, 1316-1318.

منگینی، آر، و تی کوزو، 1990: رادار هواشناسی فضایی. خانه آرتک، 199 ص.

Okamoto، K. و T. Kozu، 1993: الگوریتم های رادار بارش TRMM. Proc. IGARSS'93، توکیو، ژاپن، IEEE Geoscience and Remote Sensing Society، 426-428.

Satake, M., K. Oshimura, Y. Ishido, S. Kawase, and T. Kozu, 1995: TRMM پردازش و کالیبراسیون داده PR توسط NASDA انجام می شود. Proc. IGARSS'95، فلورانس، ایتالیا، IEEE Geoscience and Remote Sensing Society، 57-59.

سیمپسون، جی.، سی. کومرو، دبلیو.-کی. تائو و آر اف آدلر، 1996: در مأموریت اندازه گیری باران گرمسیری (TRMM). شهاب. اتمس. فیزیک، 60، 19-36.

Wielicki، B. A.، B. R. Barkstrom، E. F. Harrison، R. B. Lee، G. L. Smith و J. E. Cooper، 1996: ابرها و سیستم انرژی تابشی زمین (CERES): یک آزمایش سیستم مشاهده زمین. گاو نرعامرشهاب. Soc., 77, 853-868.