Pasivní mikrovlnná radiometrie

Jak mikrovlny rozliší led a vodu

Pasivní mikrovlnná radiometrie je měření přirozeného mikrovlnného záření, ze kterého odvozujeme vlastnosti povrchu a atmosféry. Přístroj toto záření přijímá, aniž by k měřenému místu vysílal vlastní signál. Jedním z jejích hlavních klimatologických použití je určování koncentrace mořského ledu, tedy podílu sledované plochy, který pokrývá led. Tuto cestu si vysvětlíme na družicovém radiometru SSM/I a výpočetním postupu NASA Team. Název SSM/I znamená Special Sensor Microwave/Imager, speciální mikrovlnný zobrazovací přístroj. NASA Team označuje způsob vyhodnocení jeho měření. (Cavalieri, ed., 1992, kapitoly 2 a 4)

Co nám říká přijaté záření

Voda, led i půda vydávají tepelné záření. Jeho součástí jsou mikrovlny, elektromagnetické vlny delší než infračervené záření. V pásmech používaných pro mořský led může podstatná část záření povrchu projít běžnou oblačností. Měření navíc nepotřebuje sluneční světlo. Družice proto získává informace o rozsáhlých polárních oblastech i v noci a při zatažené obloze. (NASA 1984, oddíl 2.2)

Sílu záření vyjadřujeme pomocí jasové teploty. Představme si ideální těleso, které pohltí všechno dopadající záření a jehož vyzařování určuje pouze teplota. Říkáme mu černé těleso. Jasová teplota říká, jakou teplotu by takový zářič potřeboval, aby v měřeném pásmu vytvořil stejnou intenzitu záření. Uvádí se v kelvinech, na teplotní stupnici začínající absolutní nulou. Číslo je tedy způsobem, jak vyjádřit záření přicházející do přístroje. Se stejným pojmem pracuje také infračervená radiometrie. (NASA 1984, oddíl 3.1)

Skutečný povrch zpravidla vyzařuje méně než stejně teplé černé těleso. Poměr obou vyzařování označujeme jako emisivitu. Závisí na materiálu, vlnové délce a směru pohledu. Mořská voda a led se v mikrovlnách emisivitou výrazně liší, takže mohou mít podobnou skutečnou teplotu a přitom různé jasové teploty. Právě tento rozdíl využíváme k rozpoznání ledového pokryvu. (NASA 1984, oddíly 2.2 a 3.1)

Proč měříme několika kanály

Jeden kanál přístroje přijímá určitou část mikrovlnného záření. Jeho výběr popisujeme frekvencí, počtem kmitů za sekundu. Jednotka gigahertz, GHz, znamená miliardu kmitů za sekundu. Pro náš postup jsou důležité frekvence 19,35 a 37 GHz. Při vyšší frekvenci je vlnová délka kratší a záření reaguje na sníh a led jinak. Porovnání obou pásem proto přidává informaci o povrchu, kterou by samotné měření jediného pásma neposkytlo. (Cavalieri, ed., 1992, kapitoly 2 a 4)

Druhou volbou je polarizace, směr kmitání elektrického pole vlny. Vodorovná polarizace H má elektrické pole rovnoběžné s povrchem. Svislá polarizace V kmitá v rovině, která obsahuje směr pohledu a místní svislici. Přijímací anténa tyto dvě složky rozlišuje. Nad otevřenou vodou bývá při šikmém pohledu rozdíl jejich jasových teplot mnohem větší než nad kompaktním ledem. Porovnáním H a V tak získáme další vodítko k podílu vody a ledu. (NASA 1984, obrázky 3 a 8, oddíl 3.2)

NASA Team spojuje tři kanály: 19V, 19H a 37V. Číslo je zaokrouhlená frekvence v gigahertzích a písmeno označuje polarizaci. Dvojice 19V a 19H pomáhá rozlišit otevřenou vodu od ledu. Porovnání 37V s 19V pomáhá zachytit rozdíl mezi ledem vytvořeným během poslední zimy a starším ledem, který přežil léto. Potřebujeme obě informace, protože změna druhu ledu může měnit záření i při stejném celkovém pokrytí hladiny. (Cavalieri, ed., 1992, oddíly 4.1 a 4.2)

Anténa, přijímač a kalibrace

SSM/I letěl na družicích amerického vojenského meteorologického programu DMSP, zkratky Defense Meteorological Satellite Program. Jeho zakřivený reflektor soustřeďuje mikrovlny do ústí přijímací antény. Sestava se otáčí a postupně sleduje místa v širokém pásu podél dráhy družice. Pohyb družice přivádí do záběru další území. Na kanálech kolem 19 GHz přitom jedno měření zahrnuje oválnou stopu o rozměrech přibližně 70 × 45 kilometrů. (NASA 1984, oddíl 5.1) a (Cavalieri, ed., 1992, tabulka 2.3)

Prototyp radiometru SSM/I s velkým horním reflektorem, nosnou konstrukcí, malým kalibračním zrcadlem a elektronikou ve spodní části. — Prototyp SSM/I připravený pro umístění na družici, vyobrazený ve zprávě NASA z roku 1984. Horní reflektor soustřeďuje záření, konstrukce pod ním jej drží nad přijímací anténou. Malé zrcadlo obrací její pohled do kosmu, za ním leží teplá kalibrační reference. Spodní část obsahuje elektroniku a mechanismus otáčení. Původní anglické značky označují tyto součásti. Výřez obrázku 19 ze zprávy NASA Science Working Group, s. 42. Autor jednotlivé fotografie není uveden, archiv NTRS povoluje veřejné užití vládního díla.

Přijaté mikrovlny vyvolávají elektrický signál. Přijímač vybere frekvenční pásmo a polarizaci, signál zesílí a změří jeho průměrný výkon. Elektronika tento výsledek uloží jako číslo. K převodu na jasovou teplotu potřebujeme znát vztah mezi tímto číslem a zářením, které vstoupilo do antény. Tuto vazbu určuje kalibrace. (Cavalieri, ed., 1992, oddíl 2.1)

Při každé otáčce se přijímač vedle Země podívá také na dvě reference. Jednou je záření chladného kosmu přivedené malým zrcadlem. Druhou je dobře pohlcující a vyzařující těleso, jehož teplotu sledují teplotní čidla. Dostáváme tak dvě známé úrovně záření a dvě odpovídající odezvy přijímače. Při přibližně lineární odezvě z jejich rozdílu určíme převodní měřítko a z jedné reference jeho počátek. Každému kroku v uložených číslech tak přiřadíme odpovídající změnu jasové teploty. Tím můžeme převést i odezvu při pohledu na Zemi. (RSS/NOAA 2018, oddíl 3.4, rovnice 19–21)

Následná korekce zohlední, odkud anténa záření přijímá. Největší citlivost má v hlavním směru pohledu, menší část signálu však zachytí také z okolí a z druhé polarizace. Změřené vlastnosti antény umožňují tyto příspěvky oddělit. Zpracování dále sjednocuje odezvu různých přístrojů během období, kdy pozorují Zemi současně. Výsledkem jsou kalibrované jasové teploty jednotlivých kanálů s přiřazeným místem a časem měření. (RSS/NOAA 2018, oddíly 3.4 a 3.4.7)

Jak z několika jasových teplot získáme podíl ledu

Pro denní mapu se měření nejprve přiřadí do společné polární mřížky. Hodnoty z více přeletů, které připadnou na stejnou buňku, se zprůměrují. Klasické zpracování NASA Team používá mřížku s krokem 25 kilometrů. Pro každou buňku pak máme tři jasové teploty potřebné k výpočtu. Mřížka určuje, kam údaj uložíme, zatímco velikost měřené stopy určuje, z jak širokého okolí do něj vstupuje záření. (Cavalieri, ed., 1992, kapitoly 3 a 4)

Z prvních dvou kanálů vypočteme rozdíl jasových teplot a vydělíme jej jejich součtem. Získáme tak relativní rozdíl polarizací. Stejný postup použijeme pro porovnání frekvencí. Označíme je $P$ a $G$ :

P=\frac{T_{19V}-T_{19H}}{T_{19V}+T_{19H}}

G=\frac{T_{37V}-T_{19V}}{T_{37V}+T_{19V}}

$T_{19V},\ T_{19H},\ T_{37V}$ jsou jasové teploty uvedených kanálů v kelvinech. $P$ je polarizační poměr, $G$ frekvenční poměr, oba bez jednotky. Dělení součtem potlačuje změny, které oba porovnávané signály násobí podobným faktorem. Tím se omezuje vliv společné změny teploty povrchu a lépe vyniknou rozdíly spojené s jeho složením. (Cavalieri, ed., 1992, rovnice 4.1 a 4.2)

Abychom poměry převedli na podíl ledu, potřebujeme referenční hodnoty pro známé povrchy. NASA Team používá otevřenou vodu, jednoletý led a víceletý led. Pro každý z nich stanoví typickou jasovou teplotu ve všech třech kanálech. Tyto hodnoty vznikly výběrem pozorovaných oblastí se známým pokryvem a porovnáním měření. Jde tedy o hodnoty odvozené ze skutečných pozorování, které ve výpočtu zastupují jednotlivé druhy povrchu. (Cavalieri, ed., 1992, oddíl 4.2)

Sledovanou plochu nyní popíšeme jako směs těchto tří povrchů. Nechť $f$ označuje podíl jednoletého ledu a $m$ podíl víceletého ledu. Na vodu zbývá $1-f-m$ . Modelová jasová teplota směsi v jednom kanálu je součtem referenčních hodnot násobených příslušnými podíly:

M_j=(1-f-m)W_j+fF_j+mO_j

Index $j$ vybírá kanál 19V, 19H nebo 37V. $W_j$ je jeho referenční jasová teplota otevřené vody, $F_j$ jednoletého a $O_j$ víceletého ledu. Stejně jako modelová hodnota $M_j$ mají jednotku kelvin. Podíly $f$ a $m$ jsou bez jednotky a jejich součet leží mezi nulou a jedničkou. Model předpokládá, že směs lze popsat těmito referenčními povrchy a jejich příspěvky sčítat podle zastoupení ve sledované ploše. Se třemi kanály přitom zachází jako s pozorováním stejné směsi. (NASA 1984, oddíl 3.2.2)

Tři referenční povrchy se skládají do směsi. Její tři modelové jasové teploty poskytují dva poměry, které porovnáváme s družicovým měřením. — Vlastní schéma směšovacího modelu. Modrá představuje vodu, světlá jednoletý a tmavší víceletý led. Šipky ukazují výpočet tří modelových jasových teplot a jejich porovnání s měřením pomocí dvou poměrů. Hledáme takové podíly, při kterých oba poměry souhlasí. Schéma nezobrazuje skutečné rozložení ker. Podle NASA 1984 a Cavalieriho, ed., 1992.

Z modelových teplot vytvoříme stejné dva poměry jako z měření. Potom hledáme takové $f$ a $m$ , aby se oba modelové poměry rovnaly naměřeným. Po vynásobení jejich jmenovateli dostaneme:

M_{19V}-M_{19H}=P(M_{19V}+M_{19H})

M_{37V}-M_{19V}=G(M_{37V}+M_{19V})

Každé $M$ zde nahradíme právě vysvětleným součtem příspěvků vody a obou druhů ledu. Reference i naměřené poměry už známe, takže zbývají dvě rovnice pro dva neznámé podíly. Jejich řešením získáme $f$ a $m$ . Celková koncentrace je $C=f+m$ , v procentech $100C$ . Běžný zápis algoritmu tento postup shrnuje do převodních koeficientů, které se předem vypočítají z referencí. (Cavalieri, ed., 1992, rovnice 4.3–4.6)

Zpracování doplňuje výpočet výběrem vhodných měření. Pára, oblačná voda a větrem rozvlněné moře mohou zvýšit signál nad otevřenou vodou. Klasická verze proto používá frekvenční poměr také jako filtr: pokud $G$ překročí 0,05, nastaví koncentraci na nulu. V blízkosti pobřeží se navíc uplatňuje maska pevniny a oprava jejího příspěvku do široké měřené stopy. Smyslem těchto kroků je oddělit ledový signál od příspěvků, které mají jiný původ. (Cavalieri, ed., 1992, oddíl 4.1) a (Cavalieri a kol. 1997, oddíl 3.2)

Co znamená výsledná mapa

Mapa přiřazuje každé buňce odhad podílu zamrzlé hladiny. Koncentrace 100 % znamená úplné pokrytí, 0 % otevřenou vodu. Vynásobením koncentrace plochou buňky získáme příspěvek k ploše ledu. Pro rozsah ledu se používá jiná operace: sečtou se celé plochy buněk, které splní zvolený práh. Produkt Sea Ice Index používá hranici 15 % a pod ní buňky vynechává také při součtu plochy ledu. Koncentrace, plocha a rozsah tak odpovídají třem odlišným otázkám o stejném pokryvu. (NSIDC: Sea Ice Index v4)

Opakováním postupu získáme sezónní průběh a dlouhodobé změny. Parkinsonová a Cavalieri ve své studii zpracovali mikrovlnná pozorování za roky 1979–1999 pro celou severní polární oblast i devět jejích regionů. Z denních map vypočítali rozsahy a porovnali jejich měsíční a sezónní průběhy. Ukázali tak celkový úbytek i rozdíly mezi oblastmi a ročními obdobími. Na současné soubory a jejich výsledky navazuje článek o arktickém mořském ledu. (Parkinson a Cavalieri 2002)

Vývoj metody a další použití

Družice Nimbus 5 od roku 1972 přinesla soustavné mapování mořského ledu v jediném mikrovlnném pásmu. Nimbus 7, vypuštěný v roce 1978, přidal více frekvencí a obě polarizace. Zpráva pracovní skupiny NASA z roku 1984 už popsala, jak jejich kombinaci využít a jak na ni naváže SSM/I. Jeho měření začalo v roce 1987. Pozdější přístroje rozšířily počet kanálů a zlepšily prostorové rozlišení. Při jejich spojování se reference a zpracování porovnávají v překryvných obdobích. Takto navázal i přístroj AMSR2, Advanced Microwave Scanning Radiometer 2, pokročilý mikrovlnný skenující radiometr druhé generace. Jeho údaje používá Sea Ice Index v4 od roku 2025. (NASA 1984, oddíl 2.2), (Cavalieri a kol. 1997) a (Windnagel a kol. 2025)

Teplota vrstev atmosféry

U atmosféry vybíráme pásma, ve kterých významně vyzařují a pohlcují plyny. Mikrovlnné teplotní sondy používají například kyslíková pásma kolem 50–60 GHz. Různé kanály přijímají různé podíly záření z jednotlivých výškových vrstev, a proto jejich společné vyhodnocení poskytuje informaci o teplotě atmosféry. Na toto použití navazuje pozorování teploty stratosféry. (NOAA: přístroj SSM/T) a (NASA/JPL: teplotní sondování)

Každá vrstva přispívá podle své teploty a podle toho, kolik jejího záření doletí k přístroji. Blíže ke středu absorpčního pásma se záření cestou silněji pohlcuje, takže přístroj vidí především výše položené vrstvy. V průhlednějších částech pásma dostává více záření také zespodu. Rozložení těchto příspěvků s výškou se nazývá váhová funkce. Jednomu kanálu tak odpovídá široká vrstva, jejíž teplotní změny můžeme sledovat v čase. (Zou a Qian 2016, oddíl 3 a obrázek 1)

Vodní pára nad oceánem

Vodní pára také pohlcuje a vydává mikrovlnné záření, výrazně například v okolí frekvence 22,235 GHz. Změna jejího množství proto mění kombinaci jasových teplot v jednotlivých kanálech. Jeden údaj by však nestačil. Do přijatého záření přispívá také kapalná voda v oblacích a mořská hladina, jejíž vyzařování závisí na teplotě a rozvlnění větrem. Porovnání několika pásem pomáhá tyto příspěvky odlišit. (Wentz a Meissner, oddíly 1.3 a 2.3)

Převod využívá model, který pro zadaný stav hladiny a atmosféry vypočítá záření očekávané v každém kanálu. Například postup pro přístroj AMSR (Advanced Microwave Scanning Radiometer, pokročilý mikrovlnný skenující radiometr) opakovaně upravuje odhad teploty hladiny, rychlosti větru a množství vodní páry i oblačné vody, až se vypočtené jasové teploty dostatečně přiblíží naměřeným. Vodní páru vyjádří jako množství vody v celém sloupci atmosféry nad jednotkovou plochou. Milimetr takové vodní vrstvy odpovídá jednomu kilogramu vody na metr čtvereční. Výpočet je zde určen pro nezamrzlý oceán bez deště. (oceánský algoritmus, oddíly 3.1–3.4)

Z opakovaných měření vznikají mapy celkového množství vodní páry. RSS spojuje několik radiometrů do měsíčního záznamu od ledna 1988 na mřížce 1° × 1°. Jeho použití a porovnání s pozemními měřeními rozebírá článek o vlhkosti atmosféry. (RSS TPW, konstrukce společného souboru)

Srážky z mikrovlnných měření

Déšť a sněžení mění záření jiným způsobem než samotná vodní pára. Kapky záření pohlcují a vydávají, ledové částice jej také rozptylují. Pro odhad srážek proto potřebujeme vztah mezi signálem radiometru a rozložením kapalné vody a ledu v oblaku. (GPROF2021, princip a databáze profilů)

Postup GPROF (Goddard Profiling Algorithm, algoritmus pro odhad srážkového profilu) porovnává naměřenou kombinaci jasových teplot s databází možných srážkových profilů. Každý profil popisuje rozložení vody a ledu s výškou a má přiřazený odpovídající mikrovlnný signál. Výpočet spojí odpovídající profily a větší váhu dá těm, jejichž signál lépe souhlasí s měřením vzhledem k jeho nejistotě. Výsledkem je mimo jiné odhad intenzity srážek u povrchu v mm/h. Databáze se opírá také o společná pozorování družicového radaru a radiometru. (GPROF2021, oddíly 1.3 a 3.3)

Tyto odhady lze spojovat v čase a prostoru s dalšími družicovými údaji. Vznik půlhodinových map z takového společného zpracování popisuje pozorování srážek a přívalových srážek. (IMERG V07, oddíl 3.2)

Voda ve sněhu a v půdě

Nad souší lze mikrovlnami zkoumat také sníh. Suchý sníh rozptyluje záření kolem 37 GHz silněji než kolem 19 GHz. Rozdíl kanálů proto pomáhá odhadnout množství sněhu. Datový soubor GlobSnow tuto informaci spojuje s pozemními měřeními jeho výšky a modelem vyzařování. Výsledkem je odhad množství vody obsažené ve sněhové pokrývce. Vznik map a jejich ověření popisuje pozorování vodní hodnoty sněhu. (Luojus a kol. 2021: GlobSnow v3)

U půdy mění přibývající kapalná voda elektrické vlastnosti materiálu, a tím jeho odrazivost a emisivitu. Tuto závislost využívá družicová mise SMAP, Soil Moisture Active Passive, určená pro aktivní a pasivní měření vlhkosti půdy. Její radiometr přijímá záření při frekvenci přibližně 1,4 GHz. Převod jasové teploty na vlhkost půdy zde používá model vyzařování půdy a vegetace, která ji pokrývá. (O’Neill a kol. 2014: půdní vlhkost)

Nejistoty a ověření

Výsledek ovlivňují vlastnosti sněhu a ledu, letní tůně, počasí, blízkost pevniny i kalibrace. V původním ověření NASA Team měly podzimní koncentrace při použití společných referencí proti optickým snímkům Landsatu průměrný rozdíl 0,1 procentního bodu. Jednotlivé rozdíly kolem tohoto průměru kolísaly. Jejich směrodatná odchylka, která velikost tohoto kolísání popisuje, byla 6,2 procentního bodu. Jde o výsledek konkrétního historického porovnání, přesnost se mění s podmínkami a provedením. (Cavalieri, ed., 1992, oddíl 5.6)

Podrobnosti o přesnosti a nezávislé kontrole

Rozdíly mezi ledovými povrchy nejsou vyčerpány třemi referencemi. Tenký nově vznikající led může mít signál mezi otevřenou vodou a silnějším ledem. Letní tůně přidávají kapalnou vodu na vrchol ledových ker. Oba jevy mohou snížit vypočtenou koncentraci, i když hladinu fyzicky pokrývá led. Víceletá složka modelu je proto především radiometrická klasifikace. Stáří jednotlivých ker se spolehlivěji sleduje jejich pohybem a přežíváním. (Cavalieri, ed., 1992, oddíl 4.3) a (Ivanova a kol. 2015)

Vodní pára, oblačná voda a rozvlněná hladina mění mikrovlnný signál. Meteorologické filtry pomáhají odstranit falešný led, současně však omezují zachycení řídkého pokryvu. U pobřeží se do stejné stopy může dostat pevnina. Mřížka po 25 km sama nezmenší stopu kanálu 19 GHz, a proto sousední údaje nejsou zcela prostorově nezávislé. Ivanova a kolegové porovnali třicet algoritmů a ukázali, že jejich reakce na tyto vlivy se liší i při společných vstupních měřeních. (Ivanova a kol. 2015)

Landsat poskytuje kontrolu jinou fyzikální cestou a v jemnějším prostorovém měřítku. Také z něj se však podíl ledu vyhodnocuje a mezi přelety se kry mohou posunout. Původní zpráva navíc rozlišuje společné a místně upravené reference. Lepší shoda při místním nastavení není nezávislým ověřením tohoto nastavení. Některá letecká pozorování pomohla už při výběru referencí, a proto nelze všechny kontroly v programu považovat za nezávislé na vývoji algoritmu. (Cavalieri, ed., 1992, oddíly 4.2 a 5.3–5.6)

Dlouhodobou stabilitu ověřují pozorování kalibračních referencí a porovnávání družic při společném provozu. Převody využívají také modely přenosu záření a další měření, například oceánských podmínek. Dva produkty ze stejného radiometru proto mohou sdílet kalibrační odchylku. Shoda jejich algoritmů je jinou kontrolou než porovnání s optickým snímkem nebo terénním pozorováním. Výsledek vždy patří k určité verzi kalibrace, referencí, filtrů a doplňování chybějících dat. (RSS/NOAA 2018) a (Cavalieri a kol. 1997)

Příklad: zimní měření severně od Aljašky

Použijeme jedno měření SSM/I na družici DMSP F11 z 1. března 1992. Střed stopy ležel na 76,92° severní šířky a 157,84° západní délky, v Beaufortově moři. Veřejný soubor společnosti Remote Sensing Systems (RSS), verze 7, poskytuje již kalibrované jasové teploty. Z nich zopakujeme jádro převodu NASA Team s referencemi pro F11 zveřejněnými v roce 1997. Výsledkem bude náš přepočet jedné stopy pomocí těchto zvolených vstupů. (Wentz a Mears: RSS v7) a (Cavalieri a kol. 1997, tabulka 3)

První řádek tabulky obsahuje družicové měření. Další tři řádky jsou reference, které do výpočtu přebíráme. Všechny hodnoty jsou jasové teploty v kelvinech. U měření zobrazujeme dvě desetinná místa:

Vstup	19V	19H	37V
Měření RSS	232,15 K	213,21 K	214,92 K
Otevřená voda W	185,1 K	113,6 K	204,8 K
Jednoletý led F	251,4 K	235,3 K	242,0 K
Víceletý led O	222,5 K	198,3 K	185,1 K

Z měření nejprve vytvoříme oba poměry. Polarizační rozdíl je malý a jasová teplota 37V je nižší než 19V, takže frekvenční poměr vychází záporný:

P=\frac{232{,}15-213{,}21}{232{,}15+213{,}21}\approx0{,}04253

G=\frac{214{,}92-232{,}15}{214{,}92+232{,}15}\approx-0{,}03854

Teď do dvou rovnic pro shodu modelu s měřením dosadíme tyto poměry a referenční teploty z tabulky. Po sloučení členů a změně znamének dostaneme soustavu pro podíly $f$ a $m$ . Koeficienty i pravé strany mají jednotku kelvin:

63{,}395f+52{,}493m\approx58{,}797

25{,}111f+56{,}418m\approx34{,}727

Z první rovnice vyjádříme $f$ pomocí $m$ a dosadíme do druhé. Zbude tak jediná neznámá, $m$ . Po jejím výpočtu získáme zpětným dosazením také $f$ . Řešení dává přibližně $f=0{,}6616$ a $m=0{,}3210$ . Jejich součet je 0,9827, tedy asi 98 % ledu. V tomto modelu připadá přibližně 66 % celé stopy na jednoletou a 32 % na víceletou složku. Zbývají necelá 2 % vody. Frekvenční poměr je pod hranicí 0,05, takže popsaný meteorologický filtr tento výsledek nevyřadí. Získali jsme odhad pro rozsáhlou měřenou stopu v jednom okamžiku, nikoli podíl ledu celé oblasti.

Data, přesný výběr a zopakování výpočtu

Zdrojový soubor je RSS_SSMI_FCDR_V07R00_F11_D19920301_S0056_E0249_R01322.nc. Používáme sken 797 a stopu 44, číslováno od nuly. Sken začal v 01:47:20,2972 UTC. Soubor u něj uvádí nulové všechny příznaky kvality a nulový podíl pevniny. Vybraný bod slouží k předvedení výpočtu za zimních podmínek, nejde o statistický výběr pro celou Arktidu. Původní data poskytli Frank Wentz a Carl Mears z Remote Sensing Systems prostřednictvím NOAA CDR. (datový soubor) a (podmínky otevřeného užití)

RSS v7 je pozdější překalibrování původních měření. Reference z roku 1997 vznikly pro tehdejší zpracování a zde je znovu nenastavujeme. Ukázka proto opakuje matematické jádro metody, nikoli oficiální denní mapu NSIDC. Neprovádíme převod na denní mřížku, pobřežní opravu ani doplňování mezer. U referencí přebíráme hotové hodnoty z tabulky 3, které už zahrnují v tabulce popsané úpravy. Zvlášť je nepřičítáme. (RSS: kalibrace) a (původ referencí)

Stáhněte vstupní CSV, původ dat, reference a kontrolní součty a výpočet v Pythonu do jedné složky. Příkaz python reproduce.py nepotřebuje doplňkové knihovny. Použije nezkrácené hodnoty ze souboru, zkontroluje příznaky kvality a po výpočtu ověří oba poměry zpětným dosazením získaných podílů.

Skript pro ověření původu vstupů navíc stáhne původní oběh o velikosti přibližně 6,5 MB, ověří jeho kontrolní součet a zopakuje výběr bodu. Potřebuje knihovnu h5py. Přesná adresa původního souboru i verze zpracování jsou v souboru JSON. Přístup k datům: 27. října 2026.

Použití těchto map při rozlišení odnášení ker a jejich tání ukazuje článek proč arktický mořský led ubývá a tenčí se. Koncentrace je zde vstupem do výpočtu vývozu i do odhadu slunečního ohřevu vody mezi krami.

Shrnutí

Pasivní mikrovlnná radiometrie zachycuje přirozené záření povrchu a atmosféry. Kombinace několika pásem umožňuje rozlišit jejich vlastnosti. U mořského ledu převádí rozdílné vyzařování vody a ledu na podíl zamrzlé hladiny, který lze sledovat i během polární noci.

Metoda umožňuje určovat podíl mořského ledu, teplotní profily atmosféry, množství vodní páry ve sloupci atmosféry, intenzitu srážek, zásobu vody ve sněhu a vlhkost půdy. Ledové pokrytí vyjadřuje od 0 do 100 %. Družicový radiometr SSM/I v pásmu 19 GHz zahrnuje do jednoho měření plochu přibližně 70 × 45 km, takže zachycuje proměny rozsáhlých oblastí. (Cavalieri, ed., 1992)