Для анализа изменения климата или предоставления информации, например, о стихийных бедствиях, исследователям важно собирать информацию о дожде. Лучшее знание об осадках и их распределении могло бы, например, помочь защититься от речных паводков. На суше станции мониторинга могут предоставлять данные, собирая осадки. В море это не так просто.
Новый подход команды во главе с Миладом Асгаримером, который работает в секции GFZ для космических геодезических методов и в Техническом университете Берлина, вместе с исследователями из Лаборатории исследования системы Земли Национального института океанических и атмосферных исследований. Администрация США (NOAA) и Потсдамский университет используют информацию, содержащуюся в радиолокационных сигналах со спутников GNSS (Глобальная навигационная спутниковая система), для обнаружения дождя над морем. Технология называется GNSS Reflectometry. Это инновационный метод спутникового дистанционного зондирования с широким спектром геофизических приложений. Асгаример и его коллеги опубликовали свои результаты в журнале Geophysical Research Letters.
По мнению исследователей, новый подход может помочь отслеживать атмосферные осадки лучше, чем раньше. Асгаример: «Наше исследование может послужить отправной точкой для разработки дополнительного индикатора дождя. Мы можем предоставлять информацию об осадках с помощью рефлектометрии GNSS с беспрецедентным временным разрешением и пространственным охватом».
«GNSS - это «всепогодные навигационные системы», - объясняет Асгаример. «Поэтому давнее основное предположение заключалось в том, что их сигналы составлены таким образом, что они заметно не ослабляются облаками или типичными осадками в атмосфере и, следовательно, не могут обнаруживать осадки». Поэтому новое исследование использует другой эффект для обнаружения дождя над морем: шероховатость морской поверхности.
ГНСС-рефлектометрия позволяет измерять шероховатость морской поверхности
Эта поверхность «шероховатая» в основном потому, что ветер создает на ней волны. Сила спутниковых сигналов, отраженных поверхностью, обратно пропорциональна их шероховатости: чем больше и сильнее волны, тем слабее отраженный сигнал. Недавно исследователям удалось доказать, что можно определить скорость ветра над океаном по измерениям шероховатости его поверхности.
Капли дождя, падающие на морскую гладь, также меняют ее шероховатость. Милад Асгаример и его команда задались вопросом: «Может ли рефлектометрия GNSS обнаруживать осадки над океанами?» Это также название их недавно опубликованного исследования. Если ответ «да», спутники GNSS Reflectometry могут обнаруживать дождь почти так же, как наблюдатель, наблюдающий, как капли дождя искажают зеркальное отражение луны на поверхности озера ночью. Однако есть одно существенное отличие: в отличие от лунного света, сигналы GNSS способны проникать сквозь облака.
На помощь приходит новая теоретическая модель
Во время анализа данных навигационного спутника TDS-1 (TechDemoSat-1) Асгаример обнаружил доказательства того, что дождь можно обнаружить над океанами, если ветер не слишком сильный. Однако его исследования все еще не имели теоретического обоснования. «Долгое время считалось, что рефлектометрические измерения GNSS должны быть нечувствительны к мелкомасштабной шероховатости поверхности, вызванной каплями дождя на поверхности моря», - объясняет Асгаример. Но публикация новой теоретической модели в 2017 году позволила получить правдоподобную оценку физики рассеяния радиолокационных сигналов морской поверхностью, возмущенной слабым ветром.