Limitazioni ‘strumentali’ del prodotto telerilevato Orbita, scansione e strumenti Limitazioni ‘strumentali’ del prodotto telerilevato

SALVARE VITE UMANE E STRUTTURE DALLE CONSEGUENZE DI EVENTI DI PRECIPITAZIONI INTENSE FARE UNA PREVISIONE DELLA PRECIPITAZIONE AL SUOLO CON 48 ORE DI ANTICIPO, UN ERRORE SULLA PRECIPITAZIONE DEL 30%, SULLA SUA LOCALIZZAZIONE DI 5 KM E SUL TEMPO DI 1 ORA E TRASMETTERE LA PREVISIONE AGLI ORGANISMI COMPETENTI ENTRO 1 ORA. MISURARE OGNI 6 ORE (ALL WEATHER) ENTRO 1000 KM PROFILI DI VAPOR D’ACQUA CON UN ERRORE DEL 10%, UN CAMPIONAMENTO VERTICALE DI 2 KM NELLA TROPOSFERA, ED UN CAMPIONAMENTO ORZZONTALE DI 50 KM E TRASMETTERE LA MISURA AI CENTRI DI PREVISIONE ENTRO 1 ORA. AVERE UNA RETE DI 2 SATELLITI IN ORBITA BASSA ELIOSINCRONA E TRA LORO PERPENDICOLARE CON RADIOMETRI A MICROONDE CON UN’ANTENNA DI 2 M, MISURE NELLE BANDE DI ASSORBIMENTO DELL’02 (E DEL VAPOR D’ACQUA PER UN TOTALE DI xxx CANALI ALLE FREQUENZE yyy E RISPETTIVAMENTE DI LARGHEZZA SPETTRALE zzz CON UN ERRORE RADIOMETRICO MASSIMO ASSOCIATO DI vvv K

Limitazioni ‘strumentali’ del prodotto telerilevato Orbita, scansione e strumenti Limitazioni ‘strumentali’ del prodotto telerilevato Campionamento temporale Campionamento (risoluzione) orizzontale Campionamento (risoluzione) verticale Copertura Accuratezza Overall observation characteristics are determined by the combination of Radiometric factors + scanning system + orbit characteristics

Accellerazioni agenti su un satellite in orbita in funzione dell’altitudine

Accellerazioni agenti su un satellite in orbita in funzione dell’altitudine

Fg=GMeMs/r2 Fc=Msv2/r T=F(r) Fc=Fg

Relazione tra periodo T e distanza dal centro della terra r di un satellite in orbita circolare Intervallo d'interesse per la maggior parte delle missioni meteorologiche (la linea trattegiata si riferisce al caso dell'orbita geostazionaria). Intervallo d'interesse per i satelliti in orbita bassa come i satelliti in orbita eliosincrona.

Equator Crossing Times for NOAA Polar Orbiters

ORBITE GEOSTAZIONARIA POLARE - ELIOSINCRONA POLARE - NON-ELIOSINCRONA PUNTO LAGRANGIANO L1

INCLINAZIONE

Orbita eliosincrona

www.educnet.education.fr/orbito/orb/logiciel/logi11.htm

Subsatellite track

ESEMPI DI SCANSIONI

ESEMPI DI SCANSIONI: MODIS

X/H=D/F Esempio: D=20 micron X=1 m H=1000 km F=20 m !!!!! D=20 micron X=100 m H=1000 km F=20 cm x

DIFFRAZIONE Il diametro dello specchio usato nella scansione determina la capacità del radiometro di risolvere 2 punti differenti alla superficie terrestre. Il criterio di Rayleigh indica che l’angolo di separazione, θ, tra 2 punti risolvibili (il massimi dele figure di diffrazione di un punto cade nel minimo dell’altro) e’: sin θ = λ / d Dove: d: e’ il diametro dello specchio λ: la lunghezza d’onda. Per esempio uno specchio di 30 cm su un satellite geostazionario (H=36000 km) alla lunghezza d’onda di 10 micron da una risoluzione di circa 1 km: 10-5 m / 0.3 m = 3.3 x 10-5 sin θ ~ θ X = H*θ = 36.000 * 3.3 x 10-5 = 1.2 km

L'ampiezza d dei dispositivi dove si raccoglie la luce, nel fuoco di una lente λ: lunghezza d'onda della radiazione e.m., f : distanza focale della lente a: diametro del raggio di luce o (se il raggio di luce è più ampio della lente) il diametro della lente. L'ampiezza risultante contiene circa il 70% dell'energia della luce e corrisponde al raggio del primo minimo del disco di Airy, approssimato con il criterio di Rayleigh

GEOMETRIE D'OSSERVAZIONE: Nadir Limb

ENVISAT INSTRUMENTS SCANNING GEOMETRY NADIR LIMB ceos.cnes.fr:8100/cdrom-00b/ceos1/satellit/envisat/insnts00/index.htm

Scansione Cross-track

Limb emission measurements Limb measurements resolve the vertical structure of the atmosphere and emission measurements provides continuous (global) geographical coverage.

http://modis.gsfc.nasa.gov/about/specifications.php

Caratteristiche di piattaforma Dimensioni Massa Consumo energetico Presenza di parti mobili Posizione particolare Data rate Interferenze e.m.

Caratteristiche Geometriche Stabilita’ dell’orbita (2-3 cm per altimetri) Accuratezza geometrica assoluta e relativa Copertura (swath) & Geometria di scansione Risoluzione spaziale & caratteristiche (per es.forma) del campo di vista (Instantaneous Field of View) Posizione relative dei campi di vista dei differenti canali (Channel co-registration) Risoluzione Verticale (limb viewer)

DIFFRAZIONE Il diametro dello specchio usato nella scansione determina la capacità del radiometro di risolvere 2 punti differenti alla superficie terrestre. Il criterio di Rayleigh indica che l’angolo di separazione, θ, tra 2 punti risolvibili (il massimi dele figure di diffrazione di un punto cade nel minimo dell’altro) e’: sin θ = λ / d Dove: d: e’ il diametro dello specchio λ: la lunghezza d’onda. Per esempio uno specchio di 30 cm su un satellite geostazionario (H=36000 km) alla lunghezza d’onda di 10 micron da una risoluzione di circa 1 km: 10-5 m / 0.3 m = 3.3 x 10-5 sin θ ~ θ X = H*θ = 36.000 * 3.3 x 10-5 = 1.2 km

Chen, H. S. , 1985. Space Remote Sensing Systems: An introduction Chen, H.S., 1985. Space Remote Sensing Systems: An introduction. Academic Press. 258 pp.

Orbit W/m2 α β<α α W/m2sr W/m2sr W/m2sr

Channel co-registration

Channel co-registration

Caratteristiche Temporali Campionamento temporale Ripetitività Ora di passaggio (Eliosincronicità) Atmospheric Water Vapor (mm) 2007/05/26, UTC AM, AMSR-E 2007/05/28, UTC AM, AMSR-E Atmospheric Water Vapor (mm) 2007/05/27, UTC AM, AMSR-E

Caratteristiche Spettrali Intervallo (Range): Es. Visibile, Infrarosso, Microonde Risoluzione spettrale (Spectral resolution) Numero di canali Risposta spettrale del singolo canale: funzione di risposta (per es. Trasmittanza del filtro), lunghezza d’onda centrale e larghezza del filtro (central wavelength & bandwidth), trasmittanza del filtro fuori della banda (out of band response) Stabilità spettrale: e.g. la risposta del filtro rimane la stessa nel tempo? Crosstalk: independenza tra le misure

Metodi per separare lunghezze d’onda +Gas cell

greatly on the temperature in the region below 0.95 pm and between Si Si InGaAs Fig. 8. Spectral response of the InGaAs photodiode. The response depends greatly on the temperature in the region below 0.95 pm and between 1.6 and 1.8 pm. IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL 38, NO 2, APRIL 1989, 578-580 Precise Measurement of Photodiode Spectral Responses Using the Calorimetric Method HIDEAKI YAMAGISHI, YASUYUKI SUZUKI, AND AKIO HIRAIDE Fig. 7. Spectral response of commercially available Ge photodiode.

Spectral response of commercially available photodiodes. Si InGaAs Ge Spectral response of commercially available photodiodes. IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL 38, NO 2, APRIL 1989, 578-580 Precise Measurement of Photodiode Spectral Responses Using the Calorimetric Method HIDEAKI YAMAGISHI, YASUYUKI SUZUKI, AND AKIO HIRAIDE

Polarization characteristics Capability to measure polarization components Response of the instrument to polarized signal

Carateristiche Radiometriche Risoluzione Radiometrica Dinamica del segnale (Dynamic Range): Discretizzazione Calibrazione Accuratezza radiiometrica assoluta e relativa. Sensibilità (Sensitivity) Rumore (Noise)

A general problem: noise Time sampling Horizontal resolution Vertical resolution Coverage Accuracy EXAMPLE: Noise equivalent radiance for infrared detector can be expressed as NEDR() =  [Ad Δf] 1/2 / [Ao (Δ) Ω D* Δ] where  is preamplifier degradation factor Ad is detector area in cm2 Δf is effective electronic bandwidth of radiometer Ao is mirror aperture area in cm2 (Δ) is transmission factor of radiometer optics in spectral interval Δ Ω is solid angle of FOV in steradians D* is specific spectral detectivity of detector in spectral band in cm Hz1/2 / watt, and Δ is spectral bandwidth of radiometer at wavenumber  in cm-1.

Fattori operativi Accessibilita’ ai dati Tempo di acquisizione+distribuzione+processamento Rete di distribuzione e di supporto utenti

www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/monitoring/coverage/

Fattori economici Costi missione (output) Supporti missione (input)

Non-instrumental limiting factors Sunglint (VIS) Cloud contamination (VIS-IR) Mixed surface type (land contamination) Large aerosol load (VIS) Precipitation (MW) Night-time (VIS) Large viewing angle

STRUMENTI RADIOMETRI INTERFEROMETRI RADAR LIDAR

modis.gsfc.nasa.gov/about/specifications.php

ESEMPIO DI STRUTTURA DI RADIOMETRO: MODIS

STRUTTURA GENERALE DI UN RADIOMETRO SCANSIONE TELESCOPIO SEPARAZIONE SPETTRALE DELLA RADIAZIONE MISURA DELLA RADIAZIONE CONVERSIONE A/D E TRASFORMAZIONE DELLE MISURE PER TRASMISSIONE CALIBRAZIONE

SCANSIONE DI MODIS

http://www.eohandbook.com/eohb05/pdfs/instruments_alphabetical.pdf