Scatterometer - Scatterometer

Um escaterômetro ou diffusionmeter é um instrumento científico para medir o desempenho de um feixe de ondas de luz ou de radar espalhados por difusão num meio, tal como o ar. Medidores de difusão usando luz visível são encontrados em aeroportos ou ao longo de estradas para medir a visibilidade horizontal . Os espalhadores de radar usam rádio ou microondas para determinar a seção transversal normalizada do radar0 , "sigma zero" ou "sigma zero") de uma superfície. Eles são frequentemente montados em satélites meteorológicos para encontrar a velocidade e direção do vento e são usados ​​em indústrias para analisar a rugosidade das superfícies.

Ótico

Espatômetro de aeroporto (ou difusômetro).

Os difusores ópticos são dispositivos usados ​​em meteorologia para encontrar o alcance óptico ou a visibilidade horizontal. Eles consistem em uma fonte de luz, geralmente um laser , e um receptor. Ambos são colocados em um ângulo de 35 ° para baixo, voltados para uma área comum. O espalhamento lateral pelo ar ao longo do feixe de luz é quantificado como um coeficiente de atenuação . Qualquer desvio do coeficiente de extinção do ar puro (por exemplo, em nevoeiro) é medido e é inversamente proporcional à visibilidade (quanto maior a perda, menor é a visibilidade).

Esses dispositivos são encontrados em estações meteorológicas automáticas para visibilidade geral, ao longo de pistas de aeroportos para alcance visual da pista ou ao longo de estradas para condições visuais. Sua principal desvantagem é que a medição é feita em um volume muito pequeno de ar entre o transmissor e o receptor. A visibilidade relatada é, portanto, apenas representativa das condições gerais ao redor do instrumento em condições generalizadas ( névoa sinótica, por exemplo). Nem sempre é o caso (por exemplo, nevoeiro irregular).

Espatômetro de radar

Espatômetro de radar

Um difusômetro de radar opera transmitindo um pulso de energia de microondas em direção à superfície da Terra e medindo a energia refletida. Uma medição separada da potência somente de ruído é feita e subtraída da medição de sinal + ruído para determinar a potência do sinal de retroespalhamento . Sigma-0 (σ⁰) é calculado a partir da medição da potência do sinal usando a equação do radar de destino distribuído. Os instrumentos de dispersão são calibrados com muita precisão para fazer medições de retroespalhamento precisas.

A principal aplicação da dispersometria espacial tem sido a medição de ventos próximos à superfície sobre o oceano . Esses instrumentos são conhecidos como dispersores de vento. Ao combinar medições sigma-0 de diferentes ângulos de azimute , o vetor de vento próximo à superfície sobre a superfície do oceano pode ser determinado usando uma função de modelo geofísico (GMF) que relaciona o vento e o retroespalhamento. Sobre o oceano, o retroespalhamento do radar resulta do espalhamento de ondas de gravidade capilar geradas pelo vento, que geralmente estão em equilíbrio com o vento próximo à superfície sobre o oceano. O mecanismo de espalhamento é conhecido como espalhamento de Bragg , que ocorre a partir das ondas que estão em ressonância com as microondas.

A potência retroespalhada depende da velocidade e direção do vento. Visto de diferentes ângulos de azimute, o retroespalhamento observado dessas ondas varia. Essas variações podem ser exploradas para estimar o vento de superfície do mar, ou seja, sua velocidade e direção. Este processo de estimativa é algumas vezes denominado ' recuperação do vento' ou ' inversão da função do modelo' . Este é um procedimento de inversão não linear baseado em um conhecimento preciso do GMF (de forma empírica ou semi-empírica) que relaciona o retroespalhamento do dispersômetro e o vetor do vento. A recuperação requer medidas de dispersão de diversidade angular com o GMF, que é fornecido pelo dispersômetro que faz várias medidas de retroespalhamento do mesmo ponto na superfície do oceano a partir de diferentes ângulos de azimute.

Um instantâneo do Typhoon Soulik enquanto em intensidade de categoria 4 capturado pelo instrumento ASCAT (Advanced Scatterometer) de Eumetsat a bordo do satélite Metop-A

Medições de vento de dispersão são usadas para interação ar-mar, estudos climáticos e são particularmente úteis para monitorar furacões . Os dados de retroespalhamento do espalhamento são aplicados ao estudo da vegetação , umidade do solo , gelo polar , rastreamento de icebergs da Antártica e mudanças globais . Medidas de dispersão têm sido usadas para medir ventos sobre dunas de areia e neve do espaço. As aplicações não terrestres incluem o estudo das luas do Sistema Solar usando sondas espaciais. Este é especialmente o caso da missão Cassini da NASA / ESA a Saturno e suas luas.

Várias gerações de difusores de vento foram lançados no espaço pela NASA , ESA e NASDA . O primeiro difusômetro operacional de vento era conhecido como Seasat Scatterometer (SASS) e foi lançado em 1978. Era um sistema de feixe de vento operando em banda Ku (14 GHz). Em 1991, a ESA lançou o difusômetro europeu de sensoriamento remoto ERS-1 Advanced Microwave Instrument (AMI), seguido pelo difusômetro ERS-2 AMI em 1995. Ambos os sistemas de fan-beam AMI operavam na banda C (5,6 GHz). Em 1996, a NASA lançou o NASA Scatterometer (NSCAT), a bordo do satélite NASDA ADEOS I , um sistema de feixe em leque em banda Ku. A NASA lançou o primeiro difusômetro de varredura, conhecido como SeaWinds , no QuikSCAT em 1999. Ele operava na banda Ku. Um segundo instrumento SeaWinds voou no NASDA ADEOS-2 em 2002. A Organização de Pesquisa Espacial da Índia lançou um difusômetro de banda Ku em sua plataforma Oceansat-2 em 2009. ESA e EUMETSAT lançaram o primeiro ASCAT de banda C em 2006 a bordo do Metop - UMA. O Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS), lançado em 2016, é uma constelação de oito pequenos satélites que utilizam uma abordagem biestática , analisando a reflexão da superfície da Terra dos sinais do Sistema de Posicionamento Global (GPS), em vez de usar um transmissor de radar a bordo.

Contribuição para a botânica

Os dispersores ajudaram a provar a hipótese, datada de meados do século 19, da dispersão anisotrópica (dependente da direção) de longa distância pelo vento para explicar as fortes afinidades florísticas entre as massas de terra.

Um trabalho, publicado pela revista Science em maio de 2004 com o título "Vento como um veículo de dispersão de longa distância no hemisfério sul", usou medições diárias de azimute e velocidade do vento feitas pelo dispersômetro SeaWinds de 1999 a 2003. Eles encontraram um correlação mais forte das semelhanças florísticas com a conectividade do vento do que com as proximidades geográficas, o que sustenta a ideia de que o vento é um veículo de dispersão para muitos organismos no hemisfério sul.

Semicondutor e manufatura de precisão

Os dispersores são amplamente usados ​​em metrologia para rugosidade de superfícies polidas e lapidadas em indústrias de semicondutores e usinagem de precisão. Eles fornecem uma alternativa rápida e sem contato aos métodos tradicionais de estilete para avaliação de topografia. Os dispersores são compatíveis com o ambiente de vácuo, não são sensíveis à vibração e podem ser facilmente integrados com processamento de superfície e outras ferramentas de metrologia.

Usos

Ilustração da localização do ISS-RapidScat na Estação Espacial Internacional

Exemplos de uso em satélites de observação da Terra ou instrumentos instalados e datas de operação:

  • Instrumento NSCAT (NASA Scatterometer) no ADEOS I (1996-97)
  • Instrumento SeaWinds no QuikSCAT (2001–2009)
  • Instrumento OSCAT-2 em SCATSAT-1 (lançado em 2016)
  • Instrumento SCAT no Oceansat-2 (2009–2014)
  • ISS-RapidScat na Estação Espacial Internacional (2014–2016)
  • ASCAT em satélites MetOp
  • A constelação CYGNSS (lançada em 2016)

Referências

links externos