Кондратьев К. Я. Окружающая среда и климат. 1985

Особую роль в изучении климата Земли и разработке долгосрочных прогнозов приобретают исследования с искусственных спутников Земли, позволяющие осуществлять глобальный обзор ее атмосферы, океана, растительности н т. п.

Метеорологические спутники Земли существуют более двадцати лет. С их помощью получена довольно полная информация о закономерностях распределения облачного покрова планеты, определяются количество, форма облаков, измеряются температура и высота их верхней границы, различается фазовое состояние облаков, делается заключение, являются ли они водными или ледяными.

Очень важную информацию дали спутники об энергетике различных регионов земного шара и Земли в целом. С помощью этой информации определено, сколько энергии получают от Солнца разные области земного шара и сколько отдают в космос в виде теплового излучения. Оказалось, что сведения об энергетическом балансе Земли, полученные на основе наземных наблюдений, были' неточными. Земля в среднем темнее и теплее, чем это было известно до спутников, темнее — это значит отражательная способность Земли — ее альбедо — ниже на несколько процентов, чем считалось ранее, а излучение Земли, определяемое эффективной температурой планеты, интенсивнее, так как эффективная температура выше на несколько градусов. Эти факты имеют очень важное значение для объяснения процессов формирования климата и их изменения.

Исследования в области спутниковой метеорологии показали» что вполне перспективно дистанционное зондирование атмосферы из космоса. Раньше мы получали сведения о температуре, давлении, влажности в основном при помощи так называемых аэрологических зондирований. На баллонах запускались датчики, которые позволяли осуществлять прямые измерения на высоте до 40 км. Но за последние 15—20 лет было показано, что аналогичные (но только не прямые, а косвенные) измерения можно производить и со спутников. Дело в том, что если измерять тепловое излучение на различных длинах волн, то таким образом можно как бы «расслоить» атмосферу, восстановить вертикальный профиль температуры или влажности в атмосфере.

Очень успешным оказался опыт определения скорости и направления ветра на различных высотах прослеживанием перемещения облаков на последовательных (во времени) изображениях облачного покрова, получаемых при помощи геостационарных спутников (выведенные на орбиту над экватором высотой около 37 тыс. км, они имеют период обращения 24 ч и поэтому «зависают» над определенной точкой земного шара).

В 1979 г. был осуществлен глобальный метеорологический эксперимент, подготовка которого заняла около 10 лет. Он позволил впервые получить достаточно полную метеорологическую информацию для всего земного шара за 1 год. Эксперимент основывался на использовании обычных и космических средств наблюдений. Космический «сектор» включал 5 спутников на геостационарных и 4 — на полярных (т. е. проходящих через полюса) орбитах, что обеспечило ежедневный глобальный обзор погоды. Важную роль сыграли при этом прямые измерения атмосферного давления, температуры воздуха, скорости ветра и других метеорологических параметров на движущихся в атмосфере шарах-зондах и дрейфующих в океане буях с последующей передачей этих данных через спутники в наземные центры приема и обработки данных. Полученные в эксперименте материалы используются для проверки теоретических моделей общей циркуляции атмосферы.

Одним из самых перспективных дистанционных методов является СВЧ радиометрия, которая по измеренному со спутника, с самолета или с вертолета радиотепловому излучению позволяет изучить состояние поверхности океана, находить содержание влаги в почве. Этот метод обеспечивает, например, определение степени увлажнения почв, оценку запасов продуктивной влаги в почве, качества работы оросительных систем и агрегатов, проведение анализа динамики минерализации водоемов, выявление зон фильтрации воды из каналов и участков с неблагоприятным для земледелия уровнем залегания грунтовых вод. Решение всех этих задач имеет существенное значение для планирования сельскохозяйственных и мелиоративных мероприятий и для оценки состояния гидротехнических сооружений, позволит значительно сократить непроизводительные потери воды.

Собственное радиотепловое излучение, формируемое слоем почвы, в дециметровом диапазоне длин волн весьма мало. Его величина на много порядков меньше, чем собственное излучение поверхности Земли в традиционно используемом инфракрасном диапазоне. Однако современные технические средства приема излучения в СВЧ диапазоне могут обеспечить надежную его регистрацию. Существующий уровень развития радиоэлектроники позволил создать малогабаритную, относительно несложную аппаратуру, которая может быть размещена на самолетах и вертолетах практически любого типа. Установка СВЧ влагомеров на спутниках Земли позволит получить глобальные данные о распределении влажности, оценить элементы водного режима континентов, направленность и интенсивность различных природных процессов (расширение зон пустынь, заболачивание обширных территорий и т. п.).

Основное преимущество СВЧ радиометрических методов для решения вышеуказанных задач состоит в том, что они позволяют получить оперативные данные о влагосодержании почво-грунтов природно-территориальных комплексов различного ранга на сплошных протяженных профилях и больших площадях. В зависимости от высоты полета и типа летательного аппарата это могут быть локальные (с разрешением 10—200 м), региональные (с разрешением 200 м—2 км) или глобальные измерения.

Теоретические основы дистанционного метода определения вла-госодержания поверхностного слоя почвы разрабатывались в Институте радиотехники и электроники АН СССР и в Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова Государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды. Эти методы внедрялись в практику совместно с учреждениями, обслуживающими сельское, водное хозяйства и мелиорацию. По дистанционному методу находили влажность и влагозапасы почв на сельскохозяйственных полях и орошаемых землях в Северном Казахстане, Крыму и Молдавии, в южных степях Украины и РСФСР, в Узбекской и Туркменской ССР. Наиболее перспективно применение дистанционного метода определения влажности сельскохозяйственных угодий для обширных территорий, занятых однородными сельскохозяйственными культурами, яровыми и озимыми зев-новыми. В настоящее время ведутся работы по использованию этого метода и в районах Нечерноземья, где в отдельные годы весной и летом наблюдаются периоды недостаточного увлажнения.

Территориальные органы Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды в широких масштабах ведут с помощью авиации работы для обслуживания сельского хозяйства. На специально оборудованных самолетах с помощью фотометрических измерений и визуальных наблюдений регистрируются важные для сельскохозяйственной практики характеристики развития культурных растений, степень изреженности посевов, поражение их вредителями. Коллектив специалистов, который принимал участие в разработке научных основ и основ производственного использования СВЧ радиометрического метода для оперативного определения влажности почво-грунтов, удостоен Государственной премии СССР по науке и технике за 1983 г.