Спутники на орбите Земли отслеживают влажность почвы, доступность воды, расход воды в реках и круговорот воды в мире

Основная цель миссии SMAP – оценка влажности поверхностного слоя почвы и его состояния (замерзший или оттаявший). Другая первая разведывательная миссия Европейского космического агентства — спутники HydroGNSS, и это стало важным шагом в расширении глобального понимания доступности воды и влияния изменения климата на круговорот воды в мире. Спутник SWOT (Surface Water and Ocean Topography) позволяет оценивать расход воды в реках, определяемый как объем воды, протекающей в секунду в данной точке вдоль реки.

Десятилетие глобального мониторинга круговорота воды: миссия НАСА по активному и пассивному мониторингу влажности почвы. Миссия NASA Soil Moisture Active Passive (SMAP), запущенная в 2015 году, предоставляет данные глобальных радиометрических наблюдений в L-диапазоне за более чем 10 лет. Измерения на низких частотах [частота 1,4 ГГц или длина волны 21 см (8 дюймов)] позволяют получить информацию о состоянии поверхности земли при любых погодных условиях – независимо от солнечного излучения. Основная цель миссии SMAP – оценка влажности поверхностного слоя почвы и его состояния (замерзший или оттаявший), сообщается в журнале Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

На поверхности земли влажность почвы связывает круговорот воды, энергии и углерода. Эти три цикла являются основными факторами, определяющими региональный климат и регулирующими функционирование экосистем.

Художественное изображение обсерватории SMAP, на котором показаны радиометр и радар. NASA/Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт

Основным и рабочим прибором спутника SMAP является L-диапазонный радиометр, который собирает точные данные о яркостной температуре поверхности. Радиометр включает в себя усовершенствованное оборудование и программное обеспечение для обнаружения и подавления радиочастотных помех (РЧП). Радиометр измеряет вертикальную и горизонтальную поляризацию, а также третий и четвертый параметры Стокса (T3 и T4) микроволнового излучения, восходящего от Земли. Отражающая штанга и узел, включающий развертываемый 6-метровый (20 футов) светосетчатый отражатель, вращаются со скоростью 14,6 оборотов в минуту, создавая полосу шириной 1000 км (621 миля) по мере того, как спутник SMAP совершает солнечно-синхронную орбиту вокруг Земли. Такой подход позволяет охватить всю планету за два-три дня с точным повторением каждые восемь дней. Прибор радиометра калибруется ежемесячно путем наведения его на объекты глубокого космоса.

Первоначальная конструкция прибора SMAP включала в себя сопутствующий L-диапазонный радар, который работал с апреля по начало июля 2015 года, получая данные о ко- и кросс-поляризованном радиолокационном обратном рассеянии с пространственным разрешением около 1 км (0,6 мили) с периодичностью около трех дней над сушей. Сбор этих данных выявил зависимость сигналов L-диапазона от влажности почвы, содержания воды в растительности и состояния замерзания-оттаивания. Передатчик радара вышел из строя 7 июля 2015 года. Вскоре после этого, в августе 2015 года, каналы приемника радара были перепрофилированы для записи отраженных сигналов от глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), что сделало SMAP первым полнополяриметрическим GNSS-рефлектометром в космосе для исследования поверхности суши и криосферы.

Десятилетие наблюдений за влажностью почвы с помощью спутника SMAP привело к множеству научных достижений. Данные были использованы для количественной оценки взаимосвязей трех основных метаболических циклов (например, углерода, воды и энергии) на суше. Они также использовались для улучшения оценки засухи и прогнозирования наводнений, а также для повышения точности моделей численного прогнозирования погоды (ЧПП). Кроме того, они используются для измерения количества жидкой воды и толщины ледяных щитов, а также солености поверхности моря. В следующих подразделах описывается, как данные SMAP используются в самых разных целях на благо общества.

Наблюдаемая регуляция фотосинтеза доступностью воды [слева] и доступностью света [справа]. Синий цвет обозначает более выраженное ограничение. Скорость фотосинтеза для обеих карт определялась с помощью измерений флуоресценции, индуцированной солнечным излучением (SIF) (мВт/м² нм ·ср) с помощью прибора для мониторинга тропосферного озона (TROPOMI) в рамках миссии Copernicus Sentinel-5P Европейского союза. Доступность воды определялась с помощью измерений влажности почвы (SM) в рамках миссии Soil Moisture Active Passive (SMAP). Доступность света определялась с помощью измерений фотосинтетически активного излучения (PAR) с помощью спектрорадиометра среднего разрешения (MODIS) на платформах NASA Terra и Aqua. Полученные карты показывают наклон модели (мВт/м² / нм/ср) оценочной зависимости SIF-SM в условиях дефицита воды [слева] и наклон модели ( 10⁻³ /нм/ср) оценочной зависимости SIF-PAR в условиях дефицита света [справа]. Jonard et al (2022) в журнале Biogeosciences

Основная научная цель проекта SMAP — разработка наблюдательных эталонов, демонстрирующих взаимосвязь круговорота воды, энергии и углерода на суше. Влажность почвы — это переменное состояние наземной ветви круговорота воды. Она связывает круговорот воды с круговоротом энергии, ограничивая поток скрытой теплоты — изменение энергии при теплообмене, когда вода претерпевает фазовый переход, например, испарение на границе раздела суша-атмосфера. Влажность почвы также связывает круговорот воды и углерода, что проявляется в фотосинтезе растений. Глобальные наблюдения SMAP за полями влажности почвы в сочетании с дистанционным зондированием элементов круговорота энергии и углерода могут показать, как эти три цикла связаны в реальном мире, служа эталоном для моделей погоды и земной системы.

Фотосинтез подавляется как дефицитом воды, так и недостатком достаточного количества фотосинтетически активного излучения. Глобальные карты показывают, как влажность почвы и свет регулируют фотосинтез. Эти эталонные результаты наблюдений можно использовать для оценки того, как модели земной системы связаны с тремя основными метаболическими циклами климатической системы.

Продукты SMAP также широко используются в прикладных науках и системах поддержки принятия решений в условиях стихийных бедствий. Оценки влажности почвы, основанные на наблюдениях SMAP, предоставляют важную информацию для управления стихийными бедствиями, связанными с водой, например, для мониторинга сельскохозяйственной засухи (определяемой как устойчивый дефицит влажности почвы) и объемов паводков (определяемых как способность ландшафта поглощать воду во время осадков). Проект SMAP создает параллельный поток данных, практически в режиме реального времени, к которому обращается ряд федеральных и государственных учреждений в системах поддержки принятия решений, связанных с мониторингом засухи, продовольственной безопасностью, а также затоплением ландшафтов и проходимостью транспорта.

Влияние добавления данных о влажности почвы [ассимиляция данных SMAP (DA) минус отсутствие DA] к моделированию низкоуровневого струйного течения Великих равнин (GPLLJ) с использованием Единой модели прогнозирования погоды NASA (NU-WRF). Результаты показывают среднее значение по 75 независимым событиям GPLLJ. Графики соответствуют разности скорости ветра по высоте (ось Y) и времени (часы по оси X). Панели соответствуют входу в струю [слева], ядру струи [посередине] и выходу из струи [справа]. Ассимиляция данных о влажности почвы повышает интенсивность моделируемого GPLLJ. Пунктирная штриховка соответствует 99% статистической достоверности. Фергюсон (2020) в журнале Monthly Weather Review.

Улучшение численного прогнозирования погоды, повышение точности модели и снижение неопределенностей прогнозов климатических моделей, достигаемые с помощью SMAP, основаны на предположении о вкладе солнечной энергии в динамику погоды и климата. Влажность почвы оказывает сильное влияние на то, как доступная солнечная энергия распределяется между компонентами (например, поток явной теплоты и поток скрытой теплоты) над сушей. Это влияние распространяется через атмосферный пограничный слой и в конечном итоге влияет на развитие погоды.

В качестве примера можно привести процессы на поверхности земли, которые могут влиять на эволюцию низкоуровневых струйных течений (НЛТ) на Великих равнинах США. Эти струи приводят в движение мезомасштабные конвективные погодные системы. Предыдущие исследования показали, что НЛТ чувствительны к региональным градиентам влажности почвы. Ассимиляция данных о влажности почвы SMAP улучшает прогнозы слабо синоптически обусловленных или несвязанных НЛТ по сравнению с прогнозами связанных НЛТ, вызванных циклонами. Например, модель НАСА для унифицированных исследований и прогнозирования погоды, включающая 75 НЛТ с разрешением 9 км (5,6 мили) как с ассимиляцией данных о влажности почвы SMAP, так и без нее [ассимиляция данных SMAP (DA) и без DA соответственно], показывает, как средняя абсолютная разница скорости ветра между SMAP DA и без DA увеличивается приблизительно линейно в течение моделирования с максимальными различиями на уровне 850 гПа (или мб) для входа в струйное течение и ядра.

Массовая таяние ледяных щитов Гренландии и Антарктиды способствует повышению уровня моря, что является одним из наиболее серьезных и непосредственных негативных последствий изменения климата. Темпы таяния за последние несколько лет вызвали тревогу во всем мире и затронули страны с прибрежными населенными пунктами. Криосферное сообщество призвало к действию, требуя использовать все доступные системы наблюдения и модели для мониторинга закономерностей и темпов таяния наземного льда.

Поверхностное таяние влияет на потерю массы ледяной шапки многими способами: прямой отток талой воды из зоны абляции Гренландского ледяного щита, структурные изменения зоны инфильтрации Гренландского ледяного щита, изменения границ удержания и оттока талой воды, изменения структуры антарктических шельфовых ледников и дестабилизация опорных механизмов оттока ледниковой воды посредством различных процессов (например, гидроразрыв и откол). Долгосрочные климатические модели и модели массового баланса опираются на точное представление процессов образования снега, фирна и льда для прогнозирования будущего уровня моря.

Радиометр SMAP L-диапазона имеет относительно большую длину волны [21 см (8 дюймов)] по сравнению с другими приборами для наблюдения за Землей. Он позволяет измерять содержание жидкой воды (LWC) в ледяных покровах и шельфах, поскольку принимает излучение из глубоких слоев снежно-фирново-ледяного столба. Относительно высокие значения LWC поглощают излучение лишь частично, что делает измерение чувствительным к различным количествам жидкой воды (LWA) во всем столбе. На рисунке 4 показано кумулятивное количество жидкой воды за 2015–2023 годы, рассчитанное на основе измерений SMAP.

Рисунок 4. Суммарное годовое количество суточной жидкой воды (ЖЖВ) по данным SMAP за 2015–2023 годы. Черная сплошная линия на каждой карте представляет собой границы сетки, а серая цветовая маска внутри ледяного покрова указывает на места обнаружения таяния по убывающей яркостной температуре. Андреас Коллиандер/Финский метеорологический институт.

Радиометр SMAP L-диапазона также использовался для определения толщины тонкого морского льда [< 0,5–1 м (<1,6–3,3 фута)] как в Арктике, так и в Южном океане. Данные о толщине тонкого льда, полученные в рамках миссии Европейского космического агентства (ESA) Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS), были перекалиброваны для SMAP с использованием того же фиксированного угла падения. Данные демонстрируют хорошее соответствие и явные преимущества объединенного набора данных. Данные о толщине тонкого льда в L-диапазоне являются полезным дополнением к профилям более толстого льда с более высоким разрешением, полученным с помощью спутниковых альтиметров (например, CryoSat-2 ESA и Ice, Clouds and land Elevation Satellite–2 NASA).

Совместный проект НАСА/Аргентинской спутниковой станции Aquarius/Satélite de Aplicaciones Científicas (SAC)-D (Aquarius), работавший с 2011 по 2015 год, использовал L-диапазонный радиометр и L-диапазонный скаттерометр для создания беспрецедентных ежемесячных карт глобальной солености поверхности моря с разрешением 150 км (93 мили). L-диапазонный радиометр SMAP не только расширил данные о солености поверхности моря в период после завершения проекта Aquarius, но и повысил пространственное разрешение и временную частоту этих измерений благодаря большему отражателю и более широкой полосе обзора. Повышенное разрешение и возможность повторных наблюдений позволяют получить новые и беспрецедентные представления о процессах перемешивания и пресноводных явлениях, отслеживании прибрежных шлейфов и других локальных океанических особенностях.

Оптическая плотность растительности в L-диапазоне (VOD), связанная с содержанием воды в растительности, была получена одновременно с влажностью почвы с использованием двухполяризационных яркостных температур SMAP и используется для лучшего понимания глобальной экологии. Вода в надземной растительной ткани ослабляет и, таким образом, деполяризует поверхностное микроволновое излучение, и VOD количественно оценивает этот эффект. SMAP может предоставлять глобальные наблюдения VOD при любых погодных условиях с временной частотой от двух до трех дней. Изменения VOD указывают либо на регидрацию растений, либо на их рост. Экологи получают выгоду от этих новых данных наблюдений за экосистемой, которые дополняют оптические и ближнеинфракрасные индексы растительности [например, индекс листовой поверхности (LAI)] и имеют более высокую временную частоту, на которую не влияют облака и которая не так быстро насыщается для густой растительности.

Примеры использования данных включают расшифровку условий, когда растительность поглощает почвенную воду только для регидрации (т.е., увеличение VOD без изменения LAI), по сравнению с ростом растений (т.е., увеличение как VOD, так и LAI). Области применения VOD расширяются, и экологическое сообщество рассматривает этот продукт как ценный дополнительный источник информации о взаимосвязи почвы и растений с водным балансом.

В настоящее время этому методу измерения нет наземного аналога. Поэтому для окончательного утверждения этого метода как новой возможности наблюдения за глобальной экологией необходимы полевые эксперименты с использованием бортовых приборов и наземных групп по отбору проб.

Проект SMAP сотрудничал с программой прикладных наук Отдела наук о Земле НАСА (ныне известной как «Науки о Земле в действии») и сообществами, занимающимися мониторингом и прогнозированием стихийных бедствий, для внедрения продуктов SMAP в их деятельность до и после запуска. В некоторых оперативных приложениях, для которых требуется долгосрочная непрерывность данных, данные SMAP по-прежнему используются для оценки текущих условий, а также для исследований и разработок.

Оценки влажности почвы на основе данных SMAP для Калифорнии, Невады, Арканзаса, Миссисипи и Луизианы, использованные Национальной службой сельскохозяйственной статистики (NASS) Министерства сельского хозяйства США (USDA) в их еженедельном отчете за период с 14 по 20 ноября 2022 года. Эти данные для отдельных штатов доступны на веб-сайте NASS, ссылка на который приведена в тексте. NASS

Перед запуском миссия SMAP разработала программу по изучению и содействию прикладному и оперативному использованию данных миссии SMAP в процессе принятия решений на благо общества. Для достижения этих целей SMAP стала первой миссией НАСА, создавшей формальную программу прикладного применения и программу раннего внедрения (EA), которая в конечном итоге стала обязательным требованием для всех будущих спутниковых миссий НАСА, направленных на изучение Земли. Программа раннего внедрения SMAP повышает осведомленность о продуктах миссии, расширяет сообщество пользователей, увеличивает сотрудничество с потенциальными пользователями, улучшает знания о возможностях данных SMAP и ускоряет распространение и использование продуктов миссии после запуска.

Ряд достижений проекта был реализован главным образом благодаря активному и непрерывному взаимодействию с природоохранными агентствами и оперативными органами, работающими в национальных интересах. Данные о влажности почвы SMAP используются Министерством сельского хозяйства США (USDA) для оценки урожайности сельскохозяйственных культур как внутри страны, так и за рубежом. Например, Национальная служба сельскохозяйственной статистики (NASS) Министерства сельского хозяйства США проводит еженедельное обследование состояния посевов, состояния посевов и влажности почвы на пахотных землях США. NASS проводит обследования и публикует данные о влажности почвы на уровне штатов в отчете NASS о ходе посевов.

Традиционное полевое обследование влажности почвы — это масштабный, трудоемкий процесс сбора данных, в значительной степени основанный на ответах фермеров, специалистов по сельскохозяйственному консультированию и/или других экспертов в данной области, предоставляющих данные полевых наблюдений. Одним из недостатков этих наблюдений является то, что они основаны на субъективных оценках, а не на количественных показателях, и могут приводить к пространственной несогласованности в зависимости от ответов людей из соответствующих округов. Более того, отчеты NASS о ходе выращивания сельскохозяйственных культур не содержат конкретной информации о географическом местоположении оцененных условий влажности почвы, что является чрезвычайно полезными метаданными для пользователей данных. NASS внедрила использование данных наблюдений SMAP в свои еженедельные отчеты в течение вегетационного периода (март–ноябрь).

Несмотря на то, что SMAP работает в защищенном диапазоне частот 1400–1427 МГц, радиометр подвергался воздействию радиочастотных помех на протяжении всего срока службы. С момента запуска SMAP в измерениях наблюдались несанкционированные передатчики, работающие в пределах полосы пропускания, а также внеполосные излучения от передатчиков, работающих вблизи выделенного спектра. Ранее запущенные радиометры SMOS и Aquarius свидетельствуют о наличии глобальных радиочастотных помех в L-диапазоне. Следовательно, в конструкции SMAP был предусмотрен новый бортовой цифровой детектор для обнаружения и фильтрации радиочастотных помех. Радиометр генерирует научные данные во времени и частоте, что позволяет использовать несколько методов обнаружения радиочастотных помех в программном обеспечении для обработки данных на земле.

Данные, полученные на орбите, показывают, что обнаружение и фильтрация радиочастотных помех (РЧП) работают хорошо и улучшают качество измерений яркостной температуры SMAP. Алгоритмы наиболее эффективны при фильтрации РЧП, которые являются разреженными по времени и частоте, с минимальным влиянием на эквивалентную шумовую дельта-температуру (NEDT) — показатель чувствительности радиометра. Некоторые районы земного шара остаются проблемными, поскольку РЧП очень высокого уровня и постоянные приводят к значительной потере данных из-за удаления загрязненных данных. Глобальная карта частоты обнаружения РЧП за январь 2025 года показывает большой контраст между Восточным и Западным полушариями, а также между Северным и Южным полушариями. Области изолированных и сильных РЧП соответствуют населенным районам. Частота обнаружения 100% означает, что все пиксели помечены и удалены, что приводит к потере данных. Анализ спектральной информации показывает, что многие источники, вероятно, являются наземными радиолокационными системами; однако сохраняются также многие широкополосные источники высокого уровня и источники низкого уровня, не являющиеся радиолокационными. В районах геополитических конфликтов данные частотно-временного анализа показывают наличие помех, охватывающих всю полосу пропускания приемника радиометра.

Проблема радиочастотных помех дополнительно решается через официальные каналы управления спектром и официальные отчеты, которые включают геолокационные координаты источников, уровни помех, частоту их возникновения в течение наблюдаемого периода и спектральную информацию — все это помогает полевым агентам в выявлении потенциальных нарушителей. Отчеты направляются в офис НАСА по управлению спектром, а затем пересылаются в интересующую страну через Систему отчетности и разрешения спутниковых помех.

Текущий набор научных данных SMAP представлен в таблице. Основные данные сгруппированы по четырем уровням, обозначенным как L1–4. Данные L1 представляют собой яркостную температуру L-диапазона прибора в Кельвинах и включают все четыре параметра Стокса (т.е. горизонтальную и вертикальную поляризацию, а также третий и четвертый параметры Стокса). В данные включены как данные о пересечении экватора в 6:00 утра (нисходящий диапазон), так и данные о пересечении экватора в 18:00 (восходящий диапазон). Пользователь имеет доступ к флагам качества, указывающим на условия, при которых доступны измерения для каждого проекта. Данные L1B упорядочены по времени и включают измерения в продольном и поперечном направлениях. Данные L1C представлены на сетке Equal-Area Scalable Earth V2 (EASE2) с полярной и глобальной проекциями. Данные L2 представляют собой геофизические данные (т.е. влажность почвы, VOD и бинарную классификацию замерзания/оттаивания на фиксированной земной сетке). Данные L2, полученные на половине орбиты, доступны для общественности в течение суток после получения. Продукты L3 представляют собой ежедневные сводки и включают все полуорбиты за этот день.

Смотрите также... Новая информация о приборах, с помощью которых изучают Солнце нашей Солнечной системы Современные вопросы о Солнечной системе: ее скорость, границы, скрытые объекты во внешней части Самая общая и самая новая информация о "бывшей" девятой планете Солнечной системы - Плутоне Впервые предложенная физиком Фрименом Дайсоном в 1960 году идея об инопланетных сферах актуальна и в 21 веке

Таблица. Набор научных продуктов Active Passive для измерения влажности почвы доступен через Национальный центр данных о снеге и льде , один из распределенных центров активного архивирования НАСА .

Проект SMAP также производит данные уровня L4, являющиеся результатом ассимиляции данных. Продукты L4 используют другие данные наблюдений за окружающей средой, такие как осадки, температура и влажность воздуха, радиационные потоки на поверхности земли, а также дополнительную информацию о землепользовании и текстуре почвы, для получения оценок влажности почвы на поверхности [номинально 0–5 см (0–2 дюйма)] и в подповерхностном слое (например, от корневой зоны до метра). Система ассимиляции данных представляет собой объединение модели и измерений и, следовательно, позволяет определить суточный цикл состояния поверхности земли. Система ассимиляции данных также предоставляет оценки поверхностных потоков углерода, энергии и воды, таких как испарение, сток, валовая первичная продуктивность (ВПП) и дыхание. Разница между ВПП и дыханием представляет собой чистый экосистемный обмен , который является чистым источником/поглотителем углеродного цикла на суше.

Процент пикселей на сетке 0,25° за январь 2025 года, помеченных для удаления алгоритмами обнаружения радиочастотных помех активного и пассивного режимов измерения влажности почвы. Присцилла Н. Мохаммед/GSFC

В состав пакета продуктов SMAP также входят данные о яркостной температуре и влажности почвы в режиме, близком к реальному времени (NRT), для использования в оперативных приложениях прогнозирования погоды. Продукт NRT предназначен для доставки данных пользователям в течение трех часов после получения измерений. NRT использует прогнозируемое направление антенны SMAP (вместо телеметрии) и прогнозируемые моделью вспомогательные данные (температура почвы) для поддержки оперативных центров, которым требуется более трех часов данных для обновления моделей прогнозирования погоды. На сегодняшний день SMAP соответствует требуемым и целевым (для NRT) требованиям к задержке.

Два других проекта по обработке данных объединяют синергетические данные с другими (совмещенными) спутниковыми измерениями. Проект SPL2SMAP_S объединяет измерения радиояркости L-диапазона SMAP с измерениями радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR) C-диапазона, полученными в рамках миссии ESA Copernicus Sentinel-1. Данные SAR имеют высокое разрешение и позволяют получать объединенные оценки влажности поверхностного слоя почвы с разрешением 1 и 3 км (0,62 и 1,8 мили). Однако информация о влажности почвы с высоким разрешением доступна только при наличии совпадающих измерений SMAP и Sentinel-1. Частота обновления этого продукта ограничена и может составлять до 12 дней.

Объединенные данные пассивной L-диапазонной радиометрии SMOS–SMAP позволяют получать глобальные, почти ежедневные оценки влажности поверхностного слоя почвы, необходимые для моделирования быстрых гидрологических процессов, таких как гравитационный дренаж и поток подпитки. Эти параметры лишь частично определяются с помощью SMAP, при этом обновление данных происходит каждые два-три дня. Данный продукт интерполирует многоугловые данные SMOS до угла падения SMAP 40º и использует все алгоритмы SMAP, включая коррекцию влияния водоемов на яркостную температуру SMAP, а также вспомогательные данные для геофизических инверсий влажности почвы и VOD, обеспечивая согласованность. Объединенный продукт данных SMAP–SMOS может быть недоступен ежедневно в некоторых регионах, таких как Япония, некоторые части Китая и Ближний Восток, где радиочастотные помехи влияют на сбор данных.

Несмотря на то, что радар SMAP вышел из строя вскоре после запуска, собранные данные были использованы для разработки алгоритма активного-пассивного (AP) режима SMAP, который будет применяться к объединенным данным радиометра SMAP и данным радара, полученным в рамках миссии NASA–Индийской организации космических исследований (ISRO) Synthetic Aperture Radar [NISAR] — недавно запущенной миссии с синтезированной апертурой в L-диапазоне, предназначенной для получения глобальных данных о влажности почвы с пространственным разрешением 1 км (0,62 мили) или выше. Продукт с высоким разрешением может способствовать развитию приложений данных SMAP (например, для мониторинга сельскохозяйственной продуктивности, лесных пожаров и оползней).

Предстоящая миссия отвечает некоторым, но не всем, требованиям к измерениям SMAP и желаемым усовершенствованиям. Миссия Европейского союза «Коперник» — «Коперникусский микроволновый радиометр» (CIMR) — это предлагаемая многоканальная микроволновая радиометрическая обсерватория, включающая L-диапазон и четыре других микроволновых канала, использующих большой сетчатый отражатель. Сетчатый отражатель аналогичен тому, который используется на SMAP, но большего размера. Успешная демонстрация SMAP вращающихся больших развертываемых сетчатых антенн для наблюдений Земли оказалась полезной для проектирования CIMR.

Что касается возможностей обнаружения радиочастотных помех, CIMR также будет использовать подход, аналогичный SMAP. В отношении теплового шума прибора (NEDT) и задержки данных, CIMR соответствует или приближается к желаемым характеристикам следующей миссии и равен или превосходит SMAP по большинству параметров. Собственное разрешение L-диапазона CIMR составляет ~60 км (37 миль); однако измерения являются совпадающими, и измерения с более высоким разрешением в этой конфигурации позволяют восстанавливать радиометрию L-диапазона с более высоким разрешением, чем L-диапазон CIMR. Возможно, удастся объединить L- и C-диапазоны и получить восстановленный продукт L-диапазона с разрешением ~15 км (9 миль) на основе совпадающих и перекрывающихся измерений. Благодаря широкой полосе обзора CIMR возможна частота обновления данных в один день.

Смотрите также... Новая информация о приборах, с помощью которых изучают Солнце нашей Солнечной системы Современные вопросы о Солнечной системе: ее скорость, границы, скрытые объекты во внешней части Самая общая и самая новая информация о "бывшей" девятой планете Солнечной системы - Плутоне Впервые предложенная физиком Фрименом Дайсоном в 1960 году идея об инопланетных сферах актуальна и в 21 веке

Миссия SMAP была запущена в 2015 году и за более чем 10 лет собрала научные данные. Благодаря уникальным характеристикам прибора и условий эксплуатации, глобальная низкочастотная микроволновая радиометрия, проводимая обсерваторией SMAP, позволила получить оценки влажности поверхностного слоя почвы, оптической плотности растительности и состояния замерзания/оттаивания, превосходящие результаты прошлых и текущих исследований. Эти данные широко используются в научных кругах, занимающихся изучением системы Земли, а также применяются в исследованиях, связанных с природными катастрофами.

Сообщества, занимающиеся науками о системе Земли и их применением, активно используют высококачественные глобальные данные радиометрии L-диапазона, собиравшиеся в течение десяти лет. Интенсивность и разнообразие использования научных данных SMAP очевидны по количеству публикаций в рецензируемых журналах, в названии или аннотации которых содержится SMAP или Soil Moisture Active Passive, и в исследованиях используются данные SMAP (например, поиск: база данных www.webofscience.com). Авторы признают, что многие публикации избегают такого подхода к поиску. В настоящее время библиография включает более 1700 записей и более 20 000 цитирований, охватывающих несколько элементов наук о системе Земли, включая гидрологию и региональный и глобальный круговорот воды, океанографию и атмосферные науки, криосферу, глобальную экологию, а также технологии микроволнового дистанционного зондирования.

Программа OpenET, представляющая собой государственно-частное сотрудничество под руководством партнеров консорциума NASA, Геологической службы США, Калифорнийского государственного университета в Монтерей-Бей, Фонда защиты окружающей среды, Института исследований пустыни, Google Earth Engine и HabitatSeven, предоставляет информацию об эвапотранспирации.

Эвапотранспирация — это перемещение воды из земли в атмосферу через растения, а также путем прямого испарения с поверхности земли. Программа OpenET служит важным инструментом для управления водными ресурсами, планирования орошения, мониторинга засухи и оценки риска возникновения пожаров.

Инструмент OpenET Data Explorer был первоначально запущен в 2021 году, и данные по нему были доступны для 17 западных штатов США. Инструмент Farm and Ranch Management Support (FARMS), запущенный в начале 2025 года, предоставляет простой в использовании интерфейс, разработанный для отдельных фермеров и животноводов. На момент выпуска FARMS данные были доступны для 27 штатов. 15 декабря 2025 года данные стали доступны для 48 штатов во всех инструментах.

На карте континентальной части США представлены бесплатные данные OpenET о воде, теперь охватывающие 48 штатов вместо 27 самых западных. Цветовая шкала отображает общее годовое испарение — количество воды, теряемой в атмосферу через растения и испарение, — от оранжевого (низкий уровень) до темно-синего (высокий уровень). OpenET

К областям применения OpenET относятся:

Отчетность об использовании воды: Центральное и Южное водные агентства дельты Калифорнии используют OpenET для поддержки отчетности об использовании воды перед штатом, что привело к увеличению объема отчетности со стороны землевладельцев и значительной экономии средств для фермеров.

Управление орошением: от отдельных землевладельцев до крупных компаний, включая Gallo и Sun Pacific Farming, OpenET помогает фермерам всех размеров отслеживать потребление воды растениями для оптимизации орошения, поддержания или повышения урожайности и снижения затрат.

Учет и управление подземными водами: Водохозяйственные организации Калифорнии и Небраски используют OpenET — платформу учета подземных вод с открытым исходным кодом, разработанную Фондом защиты окружающей среды и его партнерами, — чтобы помочь фермерам отслеживать и управлять своими водными ресурсами. Организации в Орегоне и Канзасе разрабатывают пилотные проекты с использованием этой платформы учета.

28 ноября 2025 года состоялся запуск первой разведывательной миссии Европейского космического агентства — спутника HydroGNSS, что стало важным шагом в расширении глобального понимания доступности воды и влияния изменения климата на круговорот воды в мире.

Два спутника HydroGNSS были выведены на орбиту в 19:44 по центральноевропейскому времени на борту ракеты SpaceX Falcon 9 в рамках программы запуска Transporter-15 с космодрома Ванденберг в Калифорнии. Оба спутника будут использовать инновационную технологию, называемую рефлектометрией глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), чтобы в буквальном смысле «искать воду», сообщает пресс-служба ЕКА.

Этот процесс включает в себя прием спутниками HydroGNSS сигналов L-диапазона от навигационных систем, таких как GPS и Galileo. Эти навигационные спутники передают микроволновые сигналы L-диапазона, которые изменяются при отражении от поверхности Земли. Спутники HydroGNSS будут сравнивать эти отраженные сигналы с сигналами, которые спутники получают непосредственно от спутников GNSS, чтобы получить ценную информацию о свойствах, связанных с круговоротом воды, и многом другом.

Для этого каждый спутник HydroGNSS оснащен приемником для построения карт задержки и доплеровского сдвига. Он состоит из двух антенн: зенитной антенны, которая отслеживает прямые сигналы GNSS, и надирной антенны, которая собирает отраженные сигналы и обрабатывает их для построения карт задержки и доплеровского сдвига. Используя эту технологию, два небольших спутника, вращающиеся вокруг Земли на расстоянии 180 градусов друг от друга, будут измерять влажность почвы, состояние замерзания-оттаивания, затопление и надземную биомассу.

Спутник HydroGNSS: поиск воды. ESA

Эти данные будут иметь решающее значение не только для углубления нашего понимания круговорота воды на Земле, но и для поддержки таких приложений, как прогнозирование наводнений и планирование в сельском хозяйстве.

Кроме того, благодаря наблюдению за масштабами затопления и заболоченными территориями, HydroGNSS поможет выявить водно-болотные угодья — важные экосистемы, которые могут служить значительными источниками метана, — часто скрытые под кронами деревьев.

Информация о состояниях замерзания и оттаивания позволит получить представление о балансе поверхностного излучения, обмене энергией и углеродом с атмосферой, а также о поведении подземной вечной мерзлоты в высоких широтах.

Между тем, данные о надземной биомассе помогут оценить запасы углерода в лесах и их роль в глобальном круговороте углерода.

Вдохновленные духом «Нового космоса», скауты отстаивают гибкость и инновации, используя небольшие интеллектуальные спутники для уменьшения размеров проверенных технологий или тестирования смелых новых способов наблюдения за нашей планетой. Каждая миссия проходит путь от концепции до запуска всего за три года при скромном бюджете в 35 миллионов евро, который покрывает все этапы — от проектирования и строительства до операций на орбите.

Директор программ наблюдения Земли ЕКА Симонетта Чели заявила: «Запуск HydroGNSS, первой миссии ESA Scout, знаменует собой важную веху для этого нового семейства быстрых и недорогих миссий по наблюдению Земли, и мы выражаем благодарность главному подрядчику миссии, компании SSTL… Запуск также знаменует собой важный шаг в развитии нашей программы FutureEO, где разведчики воплощают в себе быстрый, гибкий, инновационный и экономически эффективный подход, дополняющий наши более масштабные исследовательские миссии Earth Explorer… Теперь мы с нетерпением ждем, как HydroGNSS будет использовать рефлектометрию GNSS для получения ценной информации о ключевых гидрологических переменных, формирующих круговорот воды на Земле».

Система HydroGNSS использует рефлектометрию GNSS для поиска водных объектов. ESA

Главным подрядчиком ЕКА по миссии HydroGNSS является британская компания SSTL. SSTL также отвечает за эксплуатацию спутников на орбите и распространение данных. Миссия частично финансируется Космическим агентством Великобритании.

В рамках программы запуска национальных миссий компания SpaceX также доставила на орбиту следующую партию спутников IRIDE: Eaglet-II для Италии и два спутника ICEYE для Греции. Обе эти национальные миссии были разработаны при участии ЕКА. IRIDE — это национальная инициатива, возглавляемая правительством Италии и координируемая ЕКА при поддержке Итальянского космического агентства (ASI). Миссия включает в себя группировки спутников для наблюдения за Землей, которые предоставляют спутниковые данные для мониторинга движения земной поверхности, растительного покрова, водных ресурсов, прибрежных зон и других факторов окружающей среды. IRIDE предоставляет услуги государственным органам Италии и напрямую способствует работе Департамента гражданской защиты страны.

Два новых радиолокационных спутника высокого разрешения ICEYE стали первыми, запущенными в рамках греческой национальной программы создания малых спутников. Эта программа, которая в следующем году также будет включать другие типы спутников, направлена ​​на совершенствование греческих спутниковых технологий и возможностей их применения, содействие инновациям и созданию рабочих мест, стимулирование экономического роста и укрепление национального потенциала в области управления стихийными бедствиями, экологического мониторинга и безопасности. Проект возглавляют Греческий космический центр и Министерство цифрового управления Греции, а ЕКА обеспечивает общую структуру и оказывает поддержку ICEYE в разработке обоих спутников. Обе миссии финансируются за счет Фонда восстановления и повышения устойчивости ЕС.

Французский спутник NASA SWOT предоставил глобальную оценку расхода воды в реках. Научные группы НАСА и французского космического агентства CNES (Национальный центр космических исследований) опубликовали первую в истории глобальную оценку речного стока и взвешенных наносов, полученную из космоса, что знаменует собой новый этап в понимании одной из самых фундаментальных систем Земли.

Этот ресурс, разработанный с использованием данных со спутника SWOT (Surface Water and Ocean Topography), позволяет оценивать расход воды в реках, определяемый как объем воды, протекающей в секунду в данной точке вдоль реки, а также концентрацию взвешенных наносов в каждой реке на Земле шириной более 160 футов (50 метров). Эта информация может помочь людям более эффективно управлять ресурсами пресной воды, более надежно прогнозировать наводнения и более точно прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур.

Карта, созданная на основе данных SWOT-анализа, описывающая расчетный расход воды в реках по всему миру. Эта информация имеет множество применений, от управления водными ресурсами до прогнозирования наводнений. НАСА/JPL/UMass

Это лишь последнее достижение SWOT. Созданный и управляемый совместно Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии и CNES в партнерстве с Канадским космическим агентством (CSA) и Космическим агентством Великобритании, SWOT недавно показал, что относительно небольшие океанические образования, такие как вихри и волны, оказывают большее влияние на перемещение питательных веществ и тепла в морских экосистемах, чем считалось ранее.

Данные и алгоритмы, на основе которых производятся эти оценки, доступны для общественности через Распределенный активный архивный центр физической океанографии НАСА, входящий в состав Системы данных и информации системы наблюдения Земли.

Комментировать в Вконтакте

Смотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами Перечень необходимых документов для сайта в РФ

HydroGNSS SMAP SWOT влажность вода почва