Jūros paviršiaus temperatūros stebėjimas naudojant nuotolinio stebėjimo technologiją
Jūros paviršiaus temperatūra (JPT) yra vienas svarbiausių okeanografinių parametrų, nes ji tiesiogiai veikia klimato dinamiką, orus, žuvininkystės produktyvumą ir hidrometeorologinių nelaimių intensyvumą. Net ir nedideli JPT pokyčiai gali turėti įtakos debesų susidarymui, vėjo modeliams, vandenynų srovėms ir jūrų organizmų pasiskirstymui. Klimato kaitos eroje vis labiau reikia tikslių ir ilgalaikių JPT duomenų. Vienas iš efektyviausių būdų atlikti plačiai paplitusį ir tvarų JPT stebėjimą yra palydovinės nuotolinio stebėjimo technologijos.
Kodėl jūros paviršiaus temperatūra yra svarbi?
SST yra viršutinio vandenyno paviršiaus sluoksnio, tiesiogiai sąveikaujančio su atmosfera, temperatūra. SST vertės yra glaudžiai susijusios su šilumos ir vandens garų mainais tarp vandenyno ir oro. Didėjant SST, didėja garavimas, o tai gali sukelti konvekcinių debesų susidarymą ir itin didelius kritulius. Ir atvirkščiai, žemesnė SST gali slopinti lietaus debesų susidarymą tam tikrose vietose.
Pasauliniu mastu Pietų vandenyno osciliacijos (SST) svyravimai yra pagrindiniai klimato reiškinių, tokių kaip El Ninjo – Pietų osciliacija (ENSO) ir Indijos vandenyno dipolis (IOD), rodikliai. Pavyzdžiui, ENSO gali pakeisti kritulių kiekį Indonezijoje: El Ninjo dažnai siejamas su ilgesniais sausros sezonais, o La Ninja sukelia smarkias liūtis ir potvynius. Todėl Pietų vandenyno osciliacijos (SST) stebėsena yra labai svarbus klimato ir orų ankstyvojo perspėjimo sistemų pagrindas.
Jūrų ir žuvininkystės sektoriuje SST padeda sudaryti potencialių žvejybos vietų žemėlapius, ypač derinant su chlorofilo a, srovių ir jūros lygio duomenimis. Daugelis pelaginių žuvų rūšių telkiasi vandens pakrantėse, dažnai aptinkamos pagal temperatūros gradientus. SST stebėsena taip pat yra labai svarbi vertinant koralų balinimo riziką , kurią sukelia užsitęsusios aukštos temperatūros anomalijos.
Nuotolinio stebėjimo koncepcija SST matavimui
Nuotolinis stebėjimas – tai informacijos apie objektus gavimo be tiesioginio kontakto metodas, paprastai naudojant elektromagnetinę spinduliuotę fiksuojančius jutiklius. SST atveju palydoviniai jutikliai paprastai naudoja dviejų tipų bangos ilgius:
1. Terminis infraraudonasis spinduliavimas (TIR)
TIR jutikliai matuoja jūros paviršiaus skleidžiamą šiluminę spinduliuotę. Šis metodas yra populiarus, nes gali užtikrinti gana didelę erdvinę skiriamąją gebą ir smulkias detales. Tačiau jo trūkumas yra tas, kad jį labai veikia debesuotumas, nes debesys blokuoja infraraudonuosius signalus iš jūros paviršiaus.
2. Mikrobangų krosnelė
Mikrobangų jutikliai gali prasiskverbti pro plonus ir vidutinio storio debesis, todėl galima atlikti SST stebėjimus debesuotomis sąlygomis. Tačiau jų erdvinė skiriamoji geba paprastai yra didesnė nei infraraudonųjų spindulių jutiklių ir jie yra jautresni paviršiaus trikdžiams, tokiems kaip smarkus lietus ar stiprus vėjas, kurie keičia vandenyno paviršiaus spinduliavimo gebą.
Techniškai palydovai tiesiogiai nematuoja „temperatūros“, o matuoja spinduliavimą, kuris vėliau paverčiamas temperatūra naudojant algoritmą, kuris atsižvelgia į jūros paviršiaus spinduliavimo gebą, atmosferos sąlygas ir jutiklių kalibravimą. Gauta temperatūra gali būti odos temperatūra (viršutinio paviršiaus „odos“ sluoksnio temperatūra, matuojama infraraudonaisiais spinduliais) arba poodinio / tūrio temperatūra (arčiau kelių milimetrų ar centimetrų, dažnai apytiksliai nustatoma mikrobangų krosnelėmis). Šis skirtumas yra svarbus, kai SST duomenys naudojami konkretiems tyrimams, pavyzdžiui, orų modeliams, vandenynų šiluminei analizei arba patvirtinimui vietoje.
Palydovinių duomenų šaltiniai SST stebėsenai
Įvairūs palydovai teikia SST duomenis, prie kurių galima prisijungti tyrimams ir operacijoms. Keletas dažniausiai naudojamų pavyzdžių:
– MODIS (Terra/Aqua): teikia infraraudonųjų spindulių SST produktus, pasižyminčius pasauline aprėptimi ir gana gera skiriamąja geba, tačiau jiems didelę įtaką daro debesys.
– VIIRS (Suomijaus AE/NOAA-20): MODIS įpėdinis, pasižymintis aukšta radiometrine kokybe ir geru našumu kasdieniam stebėjimui.
– „Sentinel-3“ (SLSTR): turi terminį jutiklį, skirtą didelio tikslumo paviršiaus temperatūros matavimams.
– AVHRR (NOAA serija): viena iš klasikinių jutiklių serijų, skirtų ilgalaikiam SST, svarbi klimato tendencijų tyrimams.
– AMSR2 (GCOM-W) ir kiti mikrobangų jutikliai: naudingi mažinant „akląsias zonas“ dėl debesų tropiniuose regionuose.
Be atskirų produktų, daugelis agentūrų teikia mišrius produktus (daugiajutiklių derinimą), pavyzdžiui, kasdienes arba savaitines SST analizes, kuriose derinami infraraudonųjų spindulių, mikrobangų ir in situ duomenys. Šie mišrūs produktai yra būtini norint padidinti duomenų aprėptį, sumažinti triukšmą ir pagerinti tikslumą.
SST duomenų apdorojimo procesas iš palydovo
SST stebėsena naudojant nuotolinį stebėjimą paprastai vyksta šiais etapais:
1. Duomenų rinkimas
Duomenys gaunami iš oficialių portalų (pvz., NASA, NOAA, EUMETSAT, „Copernicus“) tokiais formatais kaip „NetCDF“ arba „HDF“.
2. Išankstinis apdorojimas
Šis etapas apima geometrinę korekciją, juostos / kanalo pasirinkimą, tyrimo srities iškirpimą ir duomenų kokybės tikrinimą naudojant kokybės žymas.
3. Maskuojantys debesys ir atmosferos trikdžiai
Infraraudonųjų spindulių duomenims debesų maskavimas yra labai svarbus žingsnis. Debesų aptikimo algoritmai paprastai naudoja konkretų kanalų ir slenksčių derinį.
4. Konvertuokite spinduliavimą į SST
Naudojant tam tikrus algoritmus (pvz., padalintą langą), kurie sujungia kelis infraraudonųjų spindulių kanalus, siekiant sumažinti atmosferos poveikį.
5. Patvirtinimas naudojant vietoje pateiktus duomenis
Plūdūrų duomenys, ARGO plūdurai arba laivų matavimai naudojami šališkumui ir tikslumui patikrinti bei prireikus pataisyti.
6. Erdvinė-laikinė analizė
Duomenis galima analizuoti siekiant pamatyti sezoninius modelius., ilgalaikės tendencijos, SST anomalijos arba ekstremalūs įvykiai, pavyzdžiui, jūrų karščio bangos.
SST stebėsenos iššūkiai
Nepaisant didžiulės naudos, nuotoliniais stebėjimais pagrįsta SST stebėsena kelia keletą iššūkių. Pirma, dėl debesuotumo tropiniuose regionuose, tokiuose kaip Indonezija, infraraudonųjų spindulių duomenų spragų yra daug spragų. Antra, temperatūros apibrėžimų skirtumai (paviršiaus ir masės) gali sukelti šališkumą, jei jie nebus pritaikyti prie analizės reikalavimų. Trečia, jūros paviršiaus sąlygos, tokios kaip lietus, vėjas ar bangos, gali turėti įtakos mikrobangų jutiklių rodmenims. Ketvirta, skirtinga erdvinė ir laiko skiriamoji geba tarp jutiklių reikalauja patikimų statistinių ir modeliavimo metodų.
Be to, pakrančių zonos kelia unikalių iššūkių dėl sausumos įtakos, drumstumo ir greitų bei sudėtingų temperatūros svyravimų. Palydovų pikseliai, kurie maišo sausumos ir jūros signalus (mišrūs pikseliai), gali sukelti temperatūros įvertinimo paklaidas netoli pakrantės. Todėl atliekant pakrančių tyrimus labai svarbu pasirinkti tinkamą produktą ir skiriamąją gebą.
SST stebėjimo programa Indonezijoje
Kaip salyno valstybė, Indonezija teikia didelę reikšmę SST informacijai. Žuvininkystės sektoriuje kasdieniai SST žemėlapiai gali padėti žvejams ir valdžios institucijoms nustatyti galimas žvejybos zonas. Aplinkosaugos valdyme didelės SST anomalijos gali būti naudojamos koralų balinimo rizikai stebėti tokiose vietovėse kaip Balis, Nusa Tenggara arba Raja Ampat. Nelaimių valdymo srityje SST stebėsena taip pat svarbi norint suprasti sąlygas, kurios skatina tropinių ciklonų ar itin didelių kritulių susidarymą Indoneziją supančiuose vandenyse.
Be to, SST atlieka labai svarbų vaidmenį tiriant musonų dinamiką, apvelingą vandens srautą pietų Javos ir Nusa Tenggaros salose bei dabartines sąveikas, tokias kaip Indonezijos pratekėjimas (ITF). Naudodamiesi daugialaikiais palydoviniais duomenimis, tyrėjai gali nustatyti, kada ir kur vyksta apvelingas vandens srautas, kuriam paprastai būdingas SST sumažėjimas ir vandens produktyvumo padidėjimas.
Uždarymas
Jūros paviršiaus temperatūros stebėjimas naudojant nuotolinio stebėjimo technologiją tapo pagrindiniu šiuolaikinių okeanografinių tyrimų ir jūrų informacijos paslaugų ramsčiu. Dėl plačios aprėpties, greito atnaujinimo ir ilgalaikio prieinamumo palydoviniai SST duomenys leidžia atlikti analizes, kurias sunku atlikti naudojant vien tik vietoje atliktus matavimus. Nors tokie iššūkiai kaip debesų trukdžiai, temperatūros svyravimai ir ribota skiriamoji geba pakrančių zonose išlieka , jutiklių, algoritmų ir kombinuotų produktų pažanga toliau gerina SST informacijos kokybę.
Ateityje palydovinių duomenų integravimas su vietoje atliktais matavimais ir vandenynų atmosferos modeliais dar labiau sustiprins prognozavimo ir ankstyvojo perspėjimo galimybes. Indonezijai nuotolinio stebėjimo pagrindu veikiančių SST naudojimas yra ne tik labai svarbus moksliniams tyrimams, bet ir strateginis jūrų aprūpinimo maistu saugumui, nelaimių padarinių mažinimui ir tvariam jūrų išteklių valdymui . Tinkamai valdoma SST informacija gali tapti pagrindu priimti labiau pagrįstus sprendimus sprendžiant vis sudėtingesnius klimato iššūkius ir vandenynų dinamiką.
