Scatterometer
0 En spridningsmätare eller diffusionsmätare är ett vetenskapligt instrument för att mäta returen av en ljusstråle eller radarvågor spridda genom diffusion i ett medium som luft. Diffusionsmätare som använder synligt ljus finns på flygplatser eller längs vägar för att mäta horisontell sikt . Radarscattterometrar använder radio eller mikrovågor för att bestämma det normaliserade radartvärsnittet (σ , "sigma noll" eller "sigma noll") av en yta. De är ofta monterade på vädersatelliter för att hitta vindhastighet och riktning, och används i industrier för att analysera ytornas grovhet.
Optisk
Optiska diffusionsmetrar är enheter som används inom meteorologi för att hitta det optiska området eller den horisontella sikten. De består av en ljuskälla, vanligtvis en laser , och en mottagare. Båda är placerade i 35° vinkel nedåt, riktade mot ett gemensamt område. Lateral spridning av luften längs ljusstrålen kvantifieras som en dämpningskoefficient . Varje avvikelse från friluftskoefficienten (t.ex. i dimma) mäts och är omvänt proportionell mot sikten (ju större förlust, desto lägre är sikten).
Dessa enheter finns i automatiska väderstationer för allmän sikt, längs flygplatsens landningsbanor för räckvidd för landningsbanor eller längs vägar för visuella förhållanden. Deras största nackdel är att mätningen görs över den mycket lilla luftvolymen mellan sändaren och mottagaren. Den rapporterade sikten är därför endast representativ för de allmänna förhållandena kring instrumentet under generaliserade förhållanden ( synoptisk dimma till exempel). Detta är inte alltid fallet (t.ex. fläckig dimma).
Radar scatterometer
En radarscattterometer fungerar genom att sända en puls av mikrovågsenergi mot jordens yta och mäta den reflekterade energin. En separat mätning av effekten av enbart brus görs och subtraheras från signal+brusmätningen för att bestämma backscatter- signaleffekten. Sigma-0 (σ⁰) beräknas från signaleffektmätningen med hjälp av den distribuerade målradarekvationen. Scatterometerinstrument är mycket exakt kalibrerade för att göra exakta backscatter-mätningar.
Den primära tillämpningen av rymdburen scatterometri har varit mätningar av vindar nära ytan över havet . Sådana instrument är kända som vindspridningsmätare. Genom att kombinera sigma-0-mätningar från olika azimutvinklar kan den ytnära vindvektorn över havets yta bestämmas med hjälp av en geofysisk modellfunktion (GMF) som relaterar vind och backscatter. Över havet resulterar radarns backscatter från spridning från vindgenererade kapillärgravitationsvågor, som i allmänhet är i jämvikt med den ytnära vinden över havet. Spridningsmekanismen är känd som Bragg-spridning , som uppstår från vågorna som är i resonans med mikrovågorna.
Den bakåtspridda kraften beror på vindhastighet och vindriktning. Sett från olika azimutvinklar varierar den observerade backspridningen från dessa vågor. Dessa variationer kan utnyttjas för att uppskatta havsytans vind, dvs dess hastighet och riktning. Denna uppskattningsprocess kallas ibland " vindhämtning" eller " modellfunktionsinversion" . Detta är en icke-linjär inversionsprocedur baserad på en noggrann kunskap om GMF (i en empirisk eller semi-empirisk form) som relaterar scatterometerns backscatter och vektorvinden. Hämtning kräver en vinkeldiversitetsspridningsmätningar med GMF, som tillhandahålls av att scatterometern gör flera backscatter-mätningar av samma plats på havets yta från olika azimutvinklar.
Scatterometervindmätningar används för interaktion mellan luft och hav, klimatstudier och är särskilt användbara för att övervaka orkaner . Scatterometer backscatter-data används för att studera vegetation , markfuktighet , polaris , spårning av Antarktiska isberg och globala förändringar . Scatterometermätningar har använts för att mäta vindar över sand och snödyner från rymden. Icke-jordiska tillämpningar inkluderar studier av solsystemets månar med hjälp av rymdsonder. Detta är särskilt fallet med NASA/ESA Cassini-uppdraget till Saturnus och dess månar.
Flera generationer av vindspridningsmätare har flugits i rymden av NASA , ESA och NASDA . Den första operativa vindspridningsmätaren var känd som Seasat Scatterometer (SASS) och lanserades 1978. Det var ett fan-beam-system som arbetade på Ku-bandet (14 GHz). 1991 lanserade ESA European Remote-Sensing Satellite ERS-1 Advanced Microwave Instrument (AMI) scatterometer, följt av ERS-2 AMI scatterometer 1995. Båda AMI fan-beam-systemen fungerade på C-band (5,6 GHz). 1996 lanserade NASA NASA Scatterometer (NSCAT), ombord på NASDA ADEOS I -satelliten, ett Ku-band fan-beam-system. NASA lanserade den första scatterometern, känd som SeaWinds , på QuikSCAT 1999. Den fungerade på Ku-band. Ett andra SeaWinds-instrument flögs på NASDA ADEOS-2 2002. Indian Space Research Organisation lanserade en Ku-band scatterometer på sin Oceansat-2-plattform 2009. ESA och EUMETSAT lanserade det första C-bandet ASCAT 2006 ombord på Metop - A. Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS), som lanserades 2016, är en konstellation av åtta små satelliter som använder en bistatisk strategi genom att analysera reflektionen från jordens yta av Global Positioning System (GPS) signaler, snarare än att använda en radarsändare ombord.
Bidrag till botaniken
Scatterometrar hjälpte till att bevisa hypotesen, från mitten av 1800-talet, om den anisotropa (riktningsberoende) långdistansspridningen av vinden för att förklara den starka floristiska affiniteten mellan landmassor.
Ett arbete, som publicerades av tidskriften Science i maj 2004 med titeln "Wind as a Long-Distance Dispersal Vehicle in the Southern Hemisphere", använde dagliga mätningar av vindazimut och hastighet tagna av SeaWinds scatterometer från 1999 till 2003. De hittade en starkare korrelation av floristiska likheter med vindanslutning än med geografiska närheter, vilket stöder tanken att vind är ett spridningsfordon för många organismer på södra halvklotet.
Halvledare och precisionstillverkning
Scatterometrar används i stor utsträckning inom metrologi för grovhet hos polerade och överlappade ytor i halvledar- och precisionsbearbetningsindustrier. De tillhandahåller ett snabbt och beröringsfritt alternativ till traditionella stylusmetoder för topografibedömning. Scatterometrar är kompatibla med vakuummiljöer, är inte känsliga för vibrationer och kan enkelt integreras med ytbearbetning och andra mätverktyg.
Används
.jpg)
Exempel på användning på jordobservationssatelliter eller installerade instrument, och driftdatum:
- NSCAT (NASA Scatterometer) instrument på ADEOS I (1996–97)
- SeaWinds-instrument på QuikSCAT (2001–2009)
- OSCAT-2-instrument på SCATSAT-1 (lanserades 2016)
- SCAT-instrument på Oceansat-2 (2009–2014)
- ISS-RapidScat på den internationella rymdstationen (2014–2016)
- ASCAT på MetOp- satelliter
- CYGNSS - konstellationen (lanserades 2016)
externa länkar
- NASA/JPL Physical Oceanography webbplats
- ESA Scatterometer-plats
- Scatterometer Climate Record Pathfinder
- NOAA vädersida