ماهواره ها صدها تا هزاران كیلومتر بالاي زمین قرار گرفته و مناطق بزرگي را در يك زمان خاص مشاهده مي كنند. ابرها و ديگر پديده هاي هواشناسي در پهناي وسیعي اسكن شده و اين ويژگي به متئورولوژيستها ديد بهتري براي كاركردن بر روي سیستم هاي هواشناسي متحرک مي دهد. مهمترین کاربرد این ویژگی تخمین بارش ماهواره ای می باشد که با استفاده از روش ها و ماهواره های مختلفی انجام می گیرد. برای یافتن چگونگی برآورد بارش ماهواره ای و آشنایی با الگوریتم های آن، تا آخر این مقاله با ما همراه باشید.
مهمترین کاربرد سنجش از راه دور در هیدرولوژی
واضح است كه مهمترين كاربرد سنجش از دور كه از ماهواره ها استفاده مي كند، تصويربرداري از آب چه در اقیانوس ها، درياچه ها، رودخانه ها يا بخار آب مي باشد. همانطور كه سنجنده ها توسعه مي يابند، توانايي اندازه گیري دماها، فشارهاي بالا و پايین در اتمسفر، همچنین سرعت باد و میزان حركت جبهه هاي هوا به صورت كمّي امكان پذير مي شود. اما مهمترين شيء آشكار كه ماهواره هاي هواشناسي از بدو تشكیل آن مي توانند مشاهده كنند، ابرها هستند.
بارندگي در میان ديگر پارامترهاي هیدرولوژيكي، بخاطر تغییرات زماني مكاني بزرگ و ناپیوستگي آن، مشكل ترين پديده از نظر اندازه گیري مي باشد. با اين وجود با توسعه ماهواره هاي هواشناسي، تعیین كمّي بارندگي در مقیاس هاي زماني مختلف كه سازگار با طبیعت و توسعه ابرها است، امكان پذير مي شود. از آنجايیكه تعیین عمق بارش ورودي به حوضه‌ي آبريز در زمان ها و مكان هاي مختلف، براي برنامه ريزي و مديريت منابع آب لازم است، بنابراين داده هاي بارش بدست آمده از ماهواره به عنوان يك منبع مهم استفاده مي شوند. مهمترين مسئله در تخمین بارش توسط ماهواره ها، چگونگي تصمیم گیري در تركیب همه برآوردهاي منحصر بفرد جداگانه از ماهواره هاي مختلف و پیشنهاد الگوريتمي براي تعیین دقیق‌ترين تخمین ممكن از بارش مي باشد.
نحوه ي اندازه گیري بارندگي توسط ماهواره ها
ايستگاه هاي باران سنجي اندازه گیري خیلي دقیقي از میزان و عمق بارندگي بصورت نقطه اي بدست مي دهند. با اين حال كمبود اصلي آنها اين است كه اندازه گیري هاي آنها بصورت نقطه اي بوده و پوشش سطحي كافي از منطقه ي موردنظر را تهیه نمي كنند. هرچند نتايج اندازه گیري ها در مساحت هاي كوچك نسبتاً دقیق است، اما براي حوضه هاي بزرگ كاربردي نیستند. بنابراين با شناسايي اين محدوديت هاي كاربردي در ايستگاه هاي زمیني، دانشمندان تكنیك سنجش از دور را به عنوان ابزاري توانا براي تعیین كمّي بارش ورودي به زمین بكار بردند. هرچند استفاده از ايستگاه ها سرشار از مشكلاتي هست، اما در فراهم نمودن داده ها براي ارزيابي هاي بارش برآورد شده توسط ديگر ابزارها، مي توانند جهت اعتبارسنجي بكار روند. توزيع نامساوي از ايستگاههاي باران سنجي در حوضه ي آبريز و فضاي نمونه برداري محدود آنها هنگامي كه پوشش مكاني مناسبي جهت برآورد بارش مورد نیاز مي باشد، يكي از مشكلات اساسي است. به همین دلیل مانیتورينگ بارش توسط ماهواره كه در برگیرنده پوشش زماني و مكاني مي باشد، ابزار مناسبي براي غلبه بر مشكل فوق است.
ماهواره ها اطلاعات را در رابطه با توزيع و مقادير بارش به دو صورت مستقیم و غیرمستقیم بدست مي آورند. مشاهدات مستقیم توسط سنجش غیرفعال از انرژي مايكروويو جذب شده و منتشر شده توسط قطرات بخار آب موجود در هوا و تبديل اين مشاهدات به تخمین هاي بارندگي با توجه به اطلاعات بازتابشي از سطح زمین و ساختن فرضیاتي درباره اندازه ي توزيع قطرات بخار آب بدست مي آيند. مشاهدات غیرمستقیم توسط سنجش تشعشع مادون قرمز منتشر شده توسط ابرها، تبديل نرخ تشعشع به دماي بالاي ابر، استفاده از همبستگي هاي تجربي پوشش زماني و مكاني ابرها با دماي كمتر از مقدار آستانه و دماي لازم براي ايجاد بارش، حاصل مي شوند. روش هاي برآورد بارش ماهواره براي هردو ابزار مرئي يا مادون قرمز و مايكروويو براي دو دهه است كه توسعه داده شده اند. موفقیت روش هاي غیرمستقیم و مستقیم خیلي متغیر بوده و وابسته به نوع سیستم بارش، زمان مشاهدات و پوشش مكاني ماهواره از منطقه ي مطالعاتي مي باشد.
الگوریتم های تخمین بارش ماهواره ای
الگوريتم هاي تخمین بارش براساس ماهواره ها از اطلاعات در محدوده باندهاي طیفي مرئي تا مادون قرمز از ماهواره هاي زمین مرجع و باندهاي طیفي مايكروويو از ماهواره هاي واقع در مداري نزديكتر به زمین و غیر زمین مرجع استفاده مي‌كنند. داده هاي مشاهده اي را بصورت پي در پي در هر 25 تا 62 دقیقه بدست مي دهد، اما اطلاعات دريافتي آن از بارش سطحي غیرمستقیم است. جهت رفع اين كمبود، بهبودهايي شامل روش هاي كلاسه بندي ابرها با استفاده از اندازه گیري هاي تشخیص بافت ابر و همچنین تركیب اطلاعات حاصل از تصويربرداري چند طیفي صورت گرفته اند. از طرف ديگر سنجنده هاي مايكروويو در ماهواره هاي LEO سنجش مستقیم تري را از ابرهاي باران زا تهیه مي كنند. هرچند فراواني نمونه برداري آنها كم است، با اين وجود اثرات منفي تخمین بارندگي را محدود مي كنند. بهم پیوسته كردن اطلاعات چند ماهواره اي مي تواند در اصلاح تخمین بارندگي در مقیاس هاي كوتاه مدت مؤثر باشد.
