Лабораторный практикум. В.Ф. Говердовский, А.В. Дикинис / Лабораторный практикум В. Ф. Говердовский, А. В. Дикинис

sin a =

.

(3.43)

Может случиться, что условию (3.42) не удовлетворяет ни од­ на дуга, то есть в своем движении ИСЗ не доходит до параллели с широтой ф. В случае 0° < г < 90° это будет иметь место, если ф > i или ф > - z. В остальных случаях условию (3.42) удовлетворяет бесконечное множество дуг. Когда ф = i (или ф = - г), то ц/ = 90° + + 360° п или v|I = 270° + 360° п (гг- целое число).

Рис. 22. Определение долготы подспутниковой точки

б) Пусть фо < ф < г. Обозначим через \|/j наименьшую положи­ тельную дугу, определяемую условием (3.42). В пределах от 0 до

360° существуют две дуги ц/i и \у[ (v|/j > \|/[), удовлетворяющие ус­

ловию (3.42). Аналогично существуют две дуги ai и a| (a j > ai), заключенные между 0 и 360° и удовлетворяющие условию (3.43).

Перемещаясь по своей орбите от перигея П, спутник в какойто момент времени t\ проходит (впервые после t0) над параллелью с широтой ф. Примем, что Q - положение спутника в этот момент,

7 1

а В - его подспутниковая точка. При дальнейшем движении спут­ ника' его трасса поднимается, севернее этой параллели, но затем через некоторое время она начинает спускаться к югу и в какой-то

момент t[ снова пересечет эту параллель в какой-то точке В'. Так будет повторяться в течение каждого оборота спутника.

9 Истинная аномалия 0, точки Q равна \|/ -		со и по ней воз­
можно вычислить эксцентрическую аномалию £\точки Q, а затем,
пользуясь уравнением Кеплера, найти момент
t\ ~	(Ei - еsin£■,),	(3.44)
,	2п

Если эксцентриситет е небольшой (почти круговая орбита), то t\- t0можно определить с помощью более простой приближенной формулы

h А) г'л		= Т	0,	-е-sin0,	(3.45)
271	180		360	71
В момент t\спутник пройдет над данной параллелью с юга на
север, то же повторится в любой другой момент:
		4= t\+ кТ, к= 1, 2, 3 ...			(3.46)

Долготу точки В определяют по соотношению (см. п. 6):

-Л -- Ао + ai - Оо,..

аесли учесть прецессию орбиты спутника, то спутник должен ока­ заться над пунктом NKс долготой

Лк = Ао + <Х] - ао + &(tk - 10).

Переходя от системы отсчета Oxyz к вращающейся системе отсчета определяют, что в момент tKпод спутником окажет­ ся пункт Мкс широтой ф и долготой

Лк = Ао + a i - a0+ (fl- 8 )(tk - t0).

(3.47)

Аналогично можно показать, что ИСЗ пройдет над заданной параллелью в момент t[ , определяемый формулой

Т г тр’

ir '

где Е[ - эксцентрическая аномалия точки орбиты спутника Q', ле­ жащей над пунктом В'. Спутник пройдет над данной параллелью также в каждый момент t'K , определяемый формулой

t'K =t [+ (K -\ )T .

(3.49)

В каждый из этих моментов прохождение будет с севера на юг, при этом ИСЗ будет проходить над пунктами М'к с долготами

Л ',= Х 0+ а1 - а0+(Л-8)(*'-*0).

(3.50)

73

I I . ИСТОЧНИК И ГИДРОМ ЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМ А Ц ИИ П РИ ДИСТАНЦИОННОМ ЗОН Д И РОВА Н И И ЗЕМ Л И И З КОСМОСА

Информация (лат. Information - разъяснение, осведомление) - одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных^знаний и т.п. Понятие «информация» обычно предполагает наличие двух объектов - ис­ точника информации и потребителя информации.

Материальный объект, основной особенностью которого яв­ ляется то, что он создает совокупность сведений о своем состоя­ нии, называется источником информации.

Чаще всего информация воспринимается как свойство объек­ тов, явлений и процессов порождать многообразие состояний, ко­ торые посредством отражения (свойства, присущего всей материи) передаются от одного объекта к другому и запечатлеваются в его структуре. Отражением сообщения является сигнал, то есть сигнал

-материальный носитель информации, средство её перенесения

впространстве и времени.

Получаемые и накапливаемые в процессе развития науки и практической деятельности данные, сведения, знания образуют информационные ресурсы (фр. ressources - средства, источники, запасы). По содержанию они представляют собой отображение естественных процессов и явлений, зафиксированных в результате научных исследований. Качество информационных ресурсов оп­ ределяется адекватностью (лат. adaequatus - приравненный) да­ ваемого ими отображения действительности, возможностью их использования в практической деятельности. Создание информа­ ционных ресурсов складывается из взаимосвязанных фаз воспро­ изводства, распространения и использования.

Основная фаза воспроизводства, то есть процесс познания со­ стояния и законов развития природы, включает следующие стадии:

-наблюдение или сбор информации;

-обработка данных наблюдения и их анализ (обобщение фак­ тов и установление существенных связей между явлениями и про­

74

цессами, методами фундаментальных научных дисциплин физики, математики и др.);

-прикладные исследования и разработки, цель которых - конкретизировать знания о действии фундаментальных законов и возможности их использования в определеннойсфере деятельности;

-практическое использование в теоретических обоснованиях, при создании методов и моделей, в проектировании технических систем и т.п.

Солнце дает Земле свет и тепло, обеспечивая необходимый уровень освещенности и среднюю температуру её поверхности, является основной причиной всех погодо- и климатообразующих процессов и явлений, происходящих в географической оболочке, природу которых невозможно понять без информации обо всех видах излучения Солнца, изменчивости его лучистой энергии во времени и в пространстве, об особенностях трансформации сол­ нечнойрадиации в системе Земля-атмосфера.

Радиационныйрежим Земли зависит от изменений светимости Солнца и колебаний элементов земной орбиты, эволюции состава атмосферы в результате естественных и антропогенных измене­ ний. Так, например, положение суточного пути Солнца над гори­ зонтом различных мест земной поверхности изменяется с годич­

ным периодом вследствие годового движения Солнца по эклипти­ ке, наклонной к небесному экватору, наклона земной оси к плос­ кости земной орбиты и сохранения земной осью своего направле­ ния в пространстве на протяжении длительных промежутков вре­ мени. Следовательно, с тем же годичном периодом изменяются условия их освещения и обогревания Солнцем. Вместе с тем, склонение Солнца непрерывно меняется: в каждый день года оно находится на определенной «новой» параллели, восходя и заходя

вточках её пересечения с истинным горизонтом и кульминируя

вточках пересечения с небесным меридианом. Этим и объясняют­ ся различные пределы годичного изменения азимутов точек вос­ хода и захода Солнца, его полуденной высоты, продолжительно­ сти дня и ночи на разных географических широтах, что ведет

кнеодинаковому освещению и обогреванию мест земной поверх­

ности с разной географической широтой, является причиной сме­ ны времени года и существования теплых поясов на Земле.

75

Атмосферные процессы возникают в основном под действием астрономических и сложного комплекса физико-географических условий. Солнечная радиация обусловливает перенос воздуха и его трансформацию в результате обмена теплом и влагой с по­ верхностью моря и суши. Падающая наземную поверхность сол­ нечная энергия вызывает интенсивное испарение влаги, служит причиной образования облаков, изменения общей циркуляции ат­ мосферы и погодных условий.

Информация о собственном или отраженном излучении ком­ понентов системы Земля-атмосфера, получаемая аппаратурой спутника в различных диапазонах длин волн электромагнитного спектра, позволяет оценить состояние естественных объектов и образований, характеризовать погодообразующие процессы и при­ родные явления, рассчитать радиационный баланс, восстанавли­ вать основные гидрометеорологические величины, исследовать репрезентативность того или иного диапазона при решении кон­ кретных тематических задач в комплексном исследовании окру­ жающей среды.

76

Л аб о р ато р н ая р а б о т а 4

Видимыедвижения Солнца и космическая съёмка Земли

Цель работы: изучить астрономические закономерности, свя­ занные с обращением Земли вокруг Солнца и обусловливающие особенности условий косми­ ческой съемки системы Земля-атмосфера.

Годичное движение Солнца по эклиптике, так же как и суточ­ ное движение Солнца является отражением действительного дви­ жения Земли вокруг Солнца, а в суточном движении Солнце уча­ ствует вместе с остальными небесными светилами. Эти движения Солнца определяют поступление солнечной инсоляции (лат. insolatio - освещение), климатические пояса на Земле, смену времен года, радиационный баланс и освещенность подстилающей земной поверхности, периодическую смену дня и ночи и т. п., постоянно участвуют в формировании условий космической съёмки Земли.

Обращение Земли вокруг Солнца

Годичное движ ение Солнца. Земля обращается вокруг Солнца в плоскости, называемой плоскостью земной орбиты, и поэтому видимое годовое движение Солнца происходит в этой же самой плоскости, которая пересекает небесную сферу по большому кру­ гу, называемому эклиптикой (рис. 23). Другими словами, плос­ кость эклиптики и плоскость земной орбиты идентичны (лат. identicus - тождественный, одинаковый).

Эклиптика и экватор, как большие дуги небесной сферы, пе­ ресекаются под определенным углом е, который называется на­ клонением эклиптики к небесному экватору, но часто его опреде­ ляют как наклонение небесного экватора к эклиптике, ибо плос­ кость земной орбиты (плоскость эклиптики) во многих приклад­ ных задачах астрономии принимается за основную для построения эклиптической системы небесных координат (рис. 24). Так, на­

77

пример, по наклонению е небесного экватора к эклиптике нетруд­ но вычислить угол наклона земной оси к плоскости орбиты Земли.

Р

® Видимое положение Р '

Солнца на эклиптике

Рис. 23. Эклиптика

Р

Q

Р '

Рис. 24. Эклиптическая система координат

Экваториальные координаты а и 5 основных точек эклиптики (равноденствия и солнцестояния) и её наклонение в к небесному экватору определяются из ежедневных наблюденийзенитного рас­ стояния zB®Солнца в момент его верхней кульминации, называе­ мый истинным полднем:

78

zB®= Ф - 8®,

(4.1)

где ф - широта места наблюдения; 80 - склонение Солнца. Зная величину s и ф, по величине zB® можно вычислить экваториальные координаты а® и 8® Солнца для всех дней года. Эти координаты сообщаются в астрономических ежегодниках (астрономических календарях) в таблице, называемой эфемеридой Солнца. Поэтому всегда можно проследить непрерывное изменение экваториальных координат Солнца на протяжении года, изменение его долготы X® и постоянство широты р® (в эклиптической системе координат), найти точки равноденствий, в которых Солнце пересекает небес­ ный экватор, и точки солнцестояний, в которых абсолютная вели­ чина склонения 8® Солнца максимальная.

В каждом месте земной поверхности с определенной геогра­ фической широтой ф условия видимости небесных светил зависят от их склонения 8, а точнее от соотношения величин ф и 8. В за­ висимости от этого соотношения одни светила являются незахо­ дящими в данном месте -Земли, другие - совсем не восходят над горизонтом данного места, третьи - восходят и заходят, причем продолжительность их пребывания над горизонтом на протяжении суток и положение точек их восхода и захода опять-таки зависят от соотношения ф и 8. Условия видимости светил выводятся из формул, определяющих их высоту в верхней и нижней кульмина­ ции. Высота невосходящего светила в верхней кульминации hB< 0°, -а высота незаходящего светила в нижней кульминации Лн> 0°. Со­ отношение между ф и 8 определяет также расположение светила относительно зенита в момент верхней кульминации:

-при ф < 8 светило кульминирует к югу от зенита;

-при ф = 8 светило кульминирует в зените;

-при ф > 8 светило кульминирует к северу от зенита. Поэтому при вычислении зенитного расстояния zB или высо­

ты hBсветила в верхней кульминации около числового результата необходимо проставлять буквы S или N (точки юга или севера), указывающие направление верхней кульминации. Кроме того, по­ скольку высота светил может быть положительной и отрицатель­ ной, перед её числовым значением следует обязательно ставить соответствующий знак.

79

Рассмотренные условия видимости светил наглядно демонст­ рируются на модели (чертеже) небесной сферы.

В Северном полушарии Земли на всех географических широ­ тах, удовлетворяющих условию 90° > <р > s, Солнце всегда куль­ минирует к югу от зенита (по полуденной линии или меридиану), и наименьшее значение его зенитного расстояния бывает в день летнего солнцестояния 22 июня (8тах®= + в), а наибольшее - в день зимнего солнцестояния 22 декабря (S miX® = - е).

Моменты восхода Гв®и захода Т3®Солнца, как и азимуты его восхода А в@и захода А3®, зависят не только от склонения 8. Солн­ ца, но и от географической широты (р места земной поверхности. Точные значения перечисленных параметров вычисляются по со­ ответствующим формулам сферической астрономии на основе ре­ шения так называемого астрономического треугольника.

Астрономическим треугольником называется сферический треугольник, вершинами которого служат северный полюс мира Р, полюс эклиптики П и светило М(рис. 25).

Рис. 25. Астрономический треугольник

В суточном вращении небесной сферы все элементы этого треугольника остаются неизменными. Применив к нему соответ­ ствующие формулы сферической тригонометрии, можно получить

80