KAUKOKARTOITUKSEN INSTRUMENTEISTA JA SOVELLUTUKSISTA

(Tämä kirjoitelma on varsin suora suomennos ESA:n julkaisusta "1995 CEOS Yearbook: Coordination for the Next Decade" (luku 3.))

Maata kartoitetaan avaruudesta käyttäen suurta määrää kaukokartoitusinstrumentteja, jotka ovat toimintaperiaatteiltaan passiivisia tai aktiivisia ja kattavat laajan alueen sähkömagneettisesta spektristä. Nämä instrumentit antavat informaatiota monista geofyysisistä parametreista ja ilmiöistä, informaatiota jota voidaan hyödyntää eri aloilla kuten:

Tällä hetkellä kaukokartoituksen pääsovellutusalue on meteorologia, jossa kaukokartoituksen tuottamaan informaatiota hyödynnetään päivittäin maailmanlaajuisesti. Muita, kasvavia sovellutusaloja ovat ympäristön seuranta, luonnonvarojen hallinta, maatalous, metsätalous ja onnettomuuksien hallinta. Maailmanlaajuisesta tiedonkeruusta johtuen kaukokartoitusta voidaan hyvin soveltaa globaaleihin ilmiöihin kuten ilmaston muutoksen ja kestävän kehityksen seurantaan. Kuitenkin, informaatiota voidaan hyödyntää myös paikallisten olojen seurantaan.

Kunkin luvun lopussa oleva instrumenttiluettelo käsittää sekä nykyiset että tulevat (suunnitteilla olevat) instrumentit.

1. Ilmakehän kemiallista koostumusta määrittävät instrumentit

Ilmakehän kaasuja voidaan havainnoida määrittämällä niiden absorptio, emissio tai sirontaominaisuudet. Ilmakehän kemiallista koostumusta määrittävät spektrometrit ja radiometrit mittaavat ilmakehässä olevat erilaiset kemialliset yhdisteet käyttäen ultravioletti- ja mikroaaltoalueen välistä osaa sähkömagneettisesta spektristä. Otsonin mittaamiseen riittää varsin laajakaistainen radiometri, mutta muiden yhdisteiden tunnistamiseen tarvitaan kapeakaistaiset spektrometrit. Instrumentit suorittavat mittaukset joko suoraa alaspäin nadiiriin jolloin ne mittaavat emittoitunutta tai sironnutta säteilyä hyvällä horisontaalisella resoluutiolla vertikaalisen resoluution ollessa huonompi, tai ne suorittavat mittaukset vaakasuoraan eri korkeuksilla jolloin vertikaalinen resoluutio on parempi.

Mittauksia ilmakehän kemiallisesta koostumuksesta käytetään määrittämään ilmakehän päivittäisiä ja pitempiaikaisia muutoksia. Tätä informaatiota voidaan soveltaa tulivuorenpurkausten monitoroinnista ilmastontutkimukseen ja sääennustuksiin. Mittauksista saadaan selville muun muassa kasvihuoneilmiöön ja ympäristöön haitallisesti vaikuttavien kaasujen määrät. Tulevaisuudessa instrumentit toimivat myös ilmakehän alaosissa, joten myös saastumisen tarkempi seuranta on mahdollista.

Instrumentteja: BUFS-4, CLAES, DOPI, GOME, GOMOS, HALOE, HIRDLS, HRDI, IASI, ILAS, ILAS-II, IMG, ISAMS, ISTOK-1, MASTER, MIPAS, MLS, MOPITT, OME, OMI, OZON-M, RIS, SAGE III, SBUV/2, SBUV/3, SCIAMACHY, SFM-2, SOPRANO, TES, TOMS, UV-VISIBLE SPECTROMETER, WINDII

2. Ilmakehäluotaimet

Infrapuna- ja mikroaaltoalueella toimivat ilmakehäluotaimet mittaavat ilmakehän emittoimaa säteilyä. Näiden mittausten avulla voidaan määrittää ilmakehän kosteus- ja lämpötilaprofiilit. Yleensä luotaimet suorittavat mittaukset suoraan alaspäin ja ovat mittaustavaltaan passiivisia. Kanavien spektraaliset ominaisuudet riippuvat havainnoitavasta aineesta.

Luotaimet kykenevät erottelemaan ilmakehän eri osista tulevan säteilyn havaitsemalla emissioviivan spektraalisen muutoksen. Tämä muutos perustuu aineen molekyylien törmäyksiin muiden aineiden molekyylien kanssa ja muutos pienenee ilmakehän paineen mukaan. Luotaimen mittaaman säteilyn ollessa lähellä emissioviivan keskustaa säteily tulee ilmakehän ylemmistä osista ja vastaavasti säteilyn ollessa kaukana emissioviivan keskustasta se tulee ilmakehän alaosista.

Lämpötilaprofiilien määrittämiseen käytetään yleensä hapen tai hiilidioksidin mittausta, koska ne ovat jakautuneet tasaisesti ilmakehän eri osiin. Tämän vuoksi lämpötilaluotaimien kanavat määritetään hapen ja hiilidioksidin emissioviivojen mukaan. Kosteuden profilointiin käytetään vedelle herkkiä infrapuna- tai mikroaaltoalueita. Vaikka mikroaaltoalueen luotaimet kykenevät luotaamaan pilvipeitteen läpi ja siten toimimaan kaikissa sääolosuhteissa, niiden erotuskyky sekä vertikaali- että horisontaalisuunnassa on yleensä huonompi kuin infrapuna-alueen luotaimien. Infrapuna-alueen luotaimia käytetään tuottamaan lämpötilaprofiileja muutaman kilometrin korkeudelta ilmakehän yläosiin lämpötilan mittauksen tarkkuuden ollessa 2-3 K, vertikaalisen resoluution ollessa noin 10 km ja horisontaalisen resoluution ollessa 10 - 100 km.

Vaikka useammat luotaimet on sijoitettu naparadalla oleviin satelliitteihin, jotkut luotaimet ovat geostationäärisellä radalla olevissa satelliiteissa. Näiden luotaimien tarjoama maailmanlaajuinen peitto tekee niistä erittäin käyttökelpoisia sääennustusten laadintaan.

Ilmakehäluotaimien avulla voidaan määrittää useat ilmakehään liittyvät parametrit. Lämpötila- ja kosteusprofiileja käytetään operationaalisissa sääennustuksissa ja lisäksi niitä käytetään ilmastonmuutosten pitempiaikaiseen seurantaan. Näiden mittausten avulla tiedemiehet voivat ymmärtää paremmin ilmakehän käyttäytymistä ja täten parantaa sääennustusten tarkkuutta sekä käyttää niitä erottamaan ihmisen vaikutusta ilmakehän muuttumiseen.

Ilmakehäprofiilien lisäksi luotaimet tarjoavat informaatiota ilmakehän sisältämän veden määrästä ja sademääristä, sekä ilmakehän epäjatkuvuuskohdista ja epästabiilisuudesta.

Instrumentteja: 174-K, AIRS, AMSU, AMSU-A, AMSU-B, HIRS/2, HIRS/3, IASI, infrapuna, kuvaava: MASTER, MHS, MIVZA, MIVZA-M, MSU, MTZA, MWR, radiometri: SOUNDER, SSU

3. Tutkat sateen tunnistamiseen ja pilvien profilointiin

Pilvien profilointiin tarkoitetut tutkat toimivat erittäin lyhyellä aallonpituudella (mm) ja ne mittaavat ei-satavien vesipisaroiden tai jääkiteiden aiheuttamaa sirontaa. Tällöin saadaan tietoa pilven ominaisuuksista kuten kosteudesta ja korkeudesta. Sadetutkat toimivat senttimetrialueella mitaten sateesta (vesipisarat / jääkiteet) aiheutuvaa sirontaa ja samalla saadaan sateen pystysuora profiili.

Sadetutkien eräs suurimpia ongelmia on erottaa maasta tuleva sironta sateen aiheuttamasta sironnasta, etenkin koska maasta tuleva sironta on voimakkaampaa kuin sateen aiheuttama sironta. Kehitteillä on kuitenkin tutkia, jotka mittaavat satavan veden ja jään kolmiulotteisen jakauman kapealta alueelta (noin 200 km) ja varsin matalalta ja siten mahdollistaa sademäärien tarkan määrittämisen.

Tähän päivään mennessä edellä esitellyn kaltaista tutkaa ei ole ollut satelliitissa. NASDA:n (Japani) kehittämä Precipitation Radar tulee olemaan ensimmäinen satelliittiin sijoitettava sadetutka (kuuluu Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) ohjelmaan). Pilvien profilointiin tarkoitetut tutkat ovat vielä kehitysasteella, mutta ensimmäiset satelliitti-instrumentit rakennetaan johonkin ESAn satelliittiin.

Pilviä mittaavan tutkan suorittamat mittaukset antavat tietoa pilven tyypistä, koosta sekä ennen kaikkea pilven pystysuorasta profiilista. Tälle löytyy käyttöä parannettaessa sääennustuksiin käytettäviä matemaattisia malleja ja suoritettaessa ilmastotutkimusta. Sadetta mittaavien tutkien avulla saadaan tietoa pilvien nestemäisen veden määrästä ja sademäärästä. Etenkin trooppisten alueiden sademäärän määritys on sääennustusten ja ilmastotutkimuksen kannalta tärkeää, koska kaksi kolmasosaa maapallon sateesta tapahtuu tropiikissa ja se vaikuttaa koko maapallon ilmastoon.

Instrumentteja: PR (pilviprofilointi)

4. Maan säteilytasapainoa mittaavat radiometrit

Nämä instrumentit mittaavat maan säteilytasapainoon liittyviä asioita. Useimmilla radiometreillä on kapea antennikeila ja ne mittaavat säteilyn tietystä suunnasta. Käyttäen mittauksia ja tietoja säteilyn ominaisuuksista voidaan määrittää säteilyvirta. Yleensä eri instrumentit mittaavat eri säteilytasapainoon liittyviä asioita.

Kehittyneemmät instrumentit pystyvät mittaamaan säteilyvirtojen anisotropia ja polarisaatio-ominaisuuksia. Muut instrumentit mittaavat säteilyvirran kokonaismäärää. Kun ilmakehän vaikutus pystytään korjaamaan, mittauksista voidaan määrittää maanpinnan säteilyvirrat.

Maan säteilytasapainon muutokset vaikuttavat maapallon olosuhteiden muuttumiseen. Instrumenttien suorittamien mittausten avulla säteilytasapaino voidaan määrittää tarkemmin ja saadaan selville sen yhteys maapallon lämpenemiseen ja kasvihuoneilmiöön. Lisäksi mittauksia voidaan käyttää pilvien ominaisuuksien tutkimiseen ja maanpinnan albedon määrittämiseen.

Instrumentteja: ACRIM, ACRIM II, CERES, ERBE, GERBI, ISP, SCARAB, SOLSTICE, SOLSTICE II, SUSIM

5. Korkean resoluution kuvaavat keilaimet

Korkean resoluution keilaimet tuotavat kuvia maanpinnasta. Yleensä kyseiset instrumentit kuvaavat suoraan alaspäin (nadiiriin), paikkaresoluution ollessa 10 - 100 metriä ja keilausalueen leveyden ollessa noin 100 km. Instrumentit toimivat optisella ja infrapuna-alueella ja ottavat useamman kuvan eri aallonpituuksilla (useammalla kanavalla) yhtäaikaa. Saatua kuvaa kutsutaan monikanavakuvaksi. Monesta kuvauskanavasta johtuen kuvilla on suuri informaatiosisältö ja useamman kanavan käyttö mahdollistaa ilmakehän aiheuttamien vääristymien poistamisen. Ilmakehän aiheuttaman absorption poistamiseksi ja kuvan laadun parantamiseksi kanavien aallonpituudet valitaan siten, että ne osuvat ilmakehän ikkunoiden (taajuusalue, jolla ilmakehän vaimennus on pieni) kohdalle. Optisen ja infrapuna-alueen kuvaavien keilainten huono puoli on, että pilvet, sade ja sumu estävät maanpinnan kuvauksen, joten kyseisten instrumenttien käyttö on rajoitettu hyviin sääoloihin ja päiväsaikaan.

Kyseisiä instrumentteja on käytössä varsin paljon, monella maalla on tai on suunnitteilla hankkia kyseisiä instrumentteja sisältäviä satelliitteja. Tulevaisuudessa instrumenteissa on yhä useampia kanavia paikka- ja radiometrisen resoluution parantuessa. Lisäksi on tulossa instrumentteja, joilla on mahdollista tuottaa stereokuvia samalta radalta kerätyistä kuvista (etenkin MOMS). Nykyisillä instrumenteilla stereokuvien tuottaminen vaatii kuvia eri radoilta.

Verrattaessa eri instrumenttiryhmiä, kuvaavien keilainten sovellutuksia on eniten. Maasta ja merestä otettuja monikanavakuvia on käytetty muunmuassa seuraaviin tehtäviin:

Lisäksi instrumentteja voidaan käyttää pilvipeitteen laajuuden ja pilvien ominaisuuksien (esim. heijastus, aerosolit) määrittämiseen. Tämä informaatio auttaa ekologeja määrittämään ilmakehän ja ilmaston muuttumista sekä ihmisen vaikutusta ekosysteemiin.

Instrumentteja: ASTER, AVNIR, AVNIR-2, CCD CAMERA, ETM+, HRG, HR PAN, HRV, HRVIR, IIS CAMERA, IR MULTISCANNER, KFA-1000, KFA-200, KFA-3000, LISS I, LISS II, LISS III, MESSR, MK-4, MK-4M, MOMS- 2P, MSS, MSU-E, MSU-E1, MSU-E2, MSU-V, OPS, PAN, SILVA, SPECTRORADIOMETER, TIR SPECTRORADIOMETER, TM, WFI CAMERA

6. Kuvaavat monikanavaradiometrit (näkyvän valon ja infrapuna-alue)

Näkyvän valon ja infrapuna-alueen kuvaavia monikanavaradiometrejä käytetään kuvaamaan ilmakehää ja maanpintaa. Tärkeämpänä pidetään spektraalista resoluutiota kuin paikkaresoluutiota. Mittaukset suoritetaan käyttäen useampaa kapeaa ja hyvin kalibroitua kanavaa. Paikkaresoluutio vaihtelee sadasta metristä useampaan kilometriin mittausalueen ollessa leveydeltään useammasta sadasta kilometristä muutamaan tuhanteen kilometriin. Käytetystä aallonpituusalueesta johtuen instrumentit voivat kuvata maanpintaa vain pilvettömissä olosuhteissa. Instrumenttien suorittamia mittauksia korjataan ilmakehäluotaimien suorittamien mittausten avulla. Esimerkiksi maanpinnan lämpötilan määrittämiseksi täytyy tuntea ilmakehän ominaisuudet kuten absorptio ja poistaa ne.

Instrumenttien suorittamista mittauksista määritetään monenlaisia parametreja, kuten meren- ja maanpinnan lämpötila, lumi- ja jääpeitteen laajuus ja maanpinnan albedo. Ilmakehään liittyviä parametreja ovat pilvipeitteen laajuus, pilvien yläosan lämpötila ja troposfäärin tuulten nopeus. Suuresta paikkaresoluutiosta johtuen mittauksia käytetään laajojen alueiden muutosten seurantaan, etenkin biosfäärin kasvillisuuden ja sen muutosten, sekä vuodenajoista johtuvan että pitempiaikaisen, seurantaan. Kasvillisuustyyppien luokittelun ja seurannan avulla voidaan maailmanlaajuisesti mallintaa kasvillisuustuotantoa ja hiilidioksidin tasapainoa. Tätä informaatiota voidaan käyttää kuivuudesta kärsivien alueiden seurantaan ja varoittamaan mahdollisesta ruokavarojen pienenemisestä.

Instrumentteja: geostationäärinen rata: BTVK, IMAGER, MULTISPECTRAL VISIBLE AND IR SCAN RADIOMETER, MVIRI, SEVIRI, VHRR, VISSR, matala rata: AATSR, ATSR, ATSR-2, AVHRR/2, AVHRR/3, GLI, KLIMAT, KLIMAT-2, MERIS, MODIS, MOS, MR-2000, MR-2000M,, MR-900, MR-900B, MSR (RSA), MSU-M, MSU-S, MSU-SK, OCTS, PRISM, SROSM, TV CAMERA, UV-VISIBLE SPECTROMETER, VEGETATION, VIRS, VTIR, WIFS

7. Kuvaavat monikanavaradiometrit (mikroaallot)

Kuvaavat monikanavaradiometrit mittaavat usealla eri mikroaaltotaajuudella. Mikroaaltojen käytöstä on etuna pilvipeitteen läpäisy, joten mittaukset ovat sääoloista riippumattomia. Muita etuja verrattuna näkyvän ja infrapuna-alueen radiometreihin ovat kyky mitata kohteen dielektrisiä ominaisuuksia sekä mahdollisuus tunkeutua kasvipeitteen läpi ja taajuudesta ja kohteesta riippuen maanpinnan sisään. Kuten muilla radiometreillä, spektraalista erotuskykyä pidetään tärkeämpänä kuin spatiaalista erotuskykyä. Yleisesti ottaen, mikroaaltoradiometrien paikkaresoluutio on huonompi kuin lyhyemmillä aallonpituuksilla toimivien radiometrien.

Mikroaalloilla toimivien monikanavaradiometrien pääsovellutusalue on jään ja lumen kartoitus. Instrumentteja käytetään myös mittaamaan pilvien nestemäisen veden määrää. Instrumenteilla voidaan mitata maaperän kosteus, joka on tärkeä tekijä maataloudessa, hydrologiassa ja klimatologiassa. Lisäksi mittauksia voidaan käyttää määritettäessä meriveden suolaisuutta.

Instrumentteja: AMR, AMSR, IKAR-D, IKAR-N, IKAR-P, MIMR, MR-0.8, MSR, MWR, MZOAS, R-400, TMI, TRASSER-0

8. Kuvaavat tutkat

Kuvaavat tutkat tuottavat kuvia maanpinnasta. Paikkaresoluutio on yleensä varsin hyvä, kymmenestä sataan metriin ja keilausalueen leveys sata kilometriä. Kuvaavat tutkat voivat olla sivukulmatutkia (SLAR) tai synteettisen apertuurin tutkia (SAR). Paikkaresoluutioltaan kuvaavat tutkat ovat samaa luokkaa kuin optisen alueen keilaimet, tutkien etu on niiden kyky suorittaa mittaukset huonoissa sääolosuhteissa (näkee pilvien läpi) ja yöllä. Mittaustaajuudesta riippuen tutkat näkevät kasvillisuuden läpi, joten niillä voidaan määrittää maanpinnan karkeus ja dielektriset ominaisuudet. Myös kohteen polarisaatio-ominaisuudet voidaan määrittää. SAR-interferometrian avulla määritetään samasta kohteesta, hieman eri paikoista otetuilla kuvilla kuvien välinen vaihe-ero ja täten saadaan informaatiota kohteiden liikkeestä ja topografiasta.

Kuvaavien tutkien suorittamien sirontamittausten tulkinta on vaikea ja yhä kehittyvä tieteenala. Merenpinnan sironnasta voidaan määrittää aaltojen suunta ja voimakkuus, saada informaatiota merivirroista, öljyläikistä ja tunnistaa laivoja. Tärkeä sovellutusala on merijään seuranta. Maanpinnasta otettuja kuvia käytetään kasvillisuuden tyypin ja laajuuden määrittämiseen, joten maanviljelys ja metsätalous ovat myös tärkeitä sovellutusaloja. Kuvaavat tutkat ovat erittäin käyttökelpoisia sademetsien tutkimiseen ja seurantaan, johtuen niiden kyvystä nähdä pilvien ja tiheän kasvillisuuden läpi. Mittauksia käytetään myös maanperän kosteuden määrittämiseen. Lisäksi mittauksia käytetään jää- ja lumipeitteen määrittämiseen ja seurantaan.

Instrumentteja: AMI-SAR (image and wave mode), ASAR, RLSBO, SAR (RADARSAT), SAS (JERS-1), SAR (SICH-1), SAR-3, SAR-10, SAR-70, SLR-70, SLR-3, TRAVERS SAR, VSAR

9. Lidarit

Lidarit ovat tutkia joissa sähkömagneettisen säteilyn lähettimenä on laser, eli ne toimivat näkyvän valon alueella. Instrumentit mittaavat ilmakehän partikkeleista tai maanpinnalta heijastunutta laserin lähettämään valoa. Mikroaaltotutkaan verrattuna, lidareissa käytetty lyhyempi säteilyn aallonpituus mahdollistaa pienempien yksityiskohtien mittaamisen, mutta laserin lähettämä valo ei pysty tunkeutumaan optisesti tiheisiin kohteisiin kuten pilviin.

Lidareita on useita erityyppisiä:

Tällä hetkellä ei ole yhtään lidaria avaruudessa, joitakin kokeita on kuitenkin tehty avaruussukkulan avulla.

Lidarien suorittamien mittausten sovellutukset ovat varsin laaja-alaisia johtuen eri tyypeistä. Altimetrilidaria voidaan käyttää maanpinnan topografian kartoitukseen. Jos Altimetrilidar toimii useammalla aallonpituusalueella yhtäaikaa, voidaan mittauksista määrittää aerosolien korkeusjakauma ja pilvien korkeus. Differentiaaliabsorptio- ja sirontalidarin avulla voidaan määrittää pilvien ominaisuuksia. Dopplerlidarin avulla voidaan määrittää tuulennopeus kolmiulotteisesti.

Instrumentteja: ALADIN, ALISSA, ATLID, BALKAN-2, GLAS

10. Useammalla mittauskulmalla mittaavat radiometrit

Tämän ryhmän radiometrit mittaavat maanpinnasta tai pilvistä heijastuneen tai emittoituneen säteilyn käyttäen useampaa kuin yhtä mittauskulmaa. Täten saadaan informaatiota säteilyn erisuuntaisista voimakkuuksista. Instrumenttien paikkaresoluution on kilometrien luokkaa, mutta spektraalinen erotuskyky on hyvä. Mittausalueena on näkyvän valon ja infrapuna-alue.

Infrapuna-alueella useampaa mittauskulmaa käytetään ilmakehän absorption korjaamiseen ja täten tarkka pintalämpötilan mittaaminen on mahdollista. Ilmakehään liittyviä sovellutuksia ovat pilvipeitteen määritys, pilvien yläosan lämpötila, ilmakehä vesihöyry ja nestemäisen veden osuus. Näkyvän valon ja lähi-infrapuna-alueella mittauksista määritetään partikkelien, kuten aerosolit, sirontaominaisuuksia ja maan säteilytasapainoon vaikuttavia tekijöitä, kuten pinnan albedo.

Instrumentteja: AATSR, ATSR, ATSR-2, MISR

11. Meren väriä mittaavat radiometrit

Meren väriä mittaavat radiometrit ovat kuvaavia monikanavaradiometrejä, jotka mittaavat säteilyn tarkasti merien erilaisiin piirteisiin liittyvillä taajuusalueilla. Tyypillisesti instrumenttien kanavat sijaitsevat näkyvällä ja infrapuna-alueella (0.4 - 0.8 mikrometriä). Eri kanavien mittaamien säteilyn intensiteettien erojen avulla saadaan informaatiota meressä olevista erilaisista aineista. Kanavat ovat erittäin kapeita, vain muutama nanometri, jotta pystyttäisiin mittaamaan pieniä spektraalisia yksityiskohtia. Paikkaresoluutio on yleensä varsin alhainen, parhaimmillaan kilometrin luokkaa, mutta keilausalueen leveys on yleensä useampi sata kilometriä, jotta pystyttäisiin kuvaamaan suuria merialueita kerralla. Tulevaisuudessa paikkaresoluutio tullee paranemaan, jolloin instrumentit olisivat käyttökelpoisia myös pienillä alueilla.

Meren väri avaruudesta nähtynä on meren biomassa epäsuora mittari johtuen planktonissa olevasta lehtivihreästä. Meren biomassalla on huomattavaa merkitystä suoritettaessa merentutkimusta ja mahdollisesti ilmastontutkimusta. Lisäksi sen avulla voidaan opastaa kalastusalukset ravinnerikkaille alueille. Lisäksi instrumenttien suorittamista mittauksista saadaan selville veteen liuennut ei-orgaaninen aine rannikkoalueilla, biologinen tuottavuus, meren saastuminen ja rannikkoalueilla veden virtaukset.

Instrumentteja: GLI, MERIS, MODIS, MOS, OCEAN COLOR, OCM, OCTS, SEAWIFS

12. Polarimetriset radiometrit

Polarimetriset radiometrit ovat eräs kuvaavien mikroaaltoradiometrien ryhmä. Niitä käytetään sovelluksissa, joissa haluttu informaatio ilmenee läpäisseen, heijastuneen tai sironneen sähkömagneettisen aallon polarisaatio- ominaisuuksista. Eli instrumentti mittaa säteilyn polarisaatiota halutulla aallonpituudella. Yleensä nämä instrumentit toimivat näkyvän tai infrapunavalon alueella. Joissain instrumenteissa voidaan keilauskulmaa säätää ja täten tarkastella kohdetta ja sen polarisaatio-ominaisuuksien muutoksia keilauskulman muuttuessa.

Mittausten tuottamaa informaatiota käytetään määrittämään parametreja kuten veden, pilvissä olevien hiukkasten ja ilmakehän aerosolien koko ja sirontaominaisuudet. Lisäksi saadaan informaatiota pilvien optisesta paksuudesta ja kehitysvaiheesta. Mitattuja maanpinnan polarisaatio-ominaisuuksia voidaan käyttää täydentämään muilla kuvaavilla instrumenteilla suoritettuja mittauksia. Tästä on hyötyä etenkin pinnan heijastuksen määrittämisessä ja kasvillisuuden luokittelussa.

Instrumentteja: EOSP, POLDER

13. Altimetrit

Altimetrit ovat ei-kuvaavia tutkia, jotka hyödyntävät tutkan etäisyydenmittauskykyä suoraan satelliitin alapuolella olevan maanpinnan topografian profiilin mittaamiseen. Instrumentit määrittävät satelliitin korkeuden tarkasti merialueiden yllä, jään tai maan yläpuolella hieman huonommin, mittaamalla tutkan lähettämän sähkömagneettisen pulssin kulkuajan maahan ja takaisin. Useimmilla satelliiteissa olevilla altimetreilla on leveä antennikeila ja satelliitit ovat olleet varsin matalalla radalla, joten nämä instrumentit mittaavat tarkasti tasaiset pinnat kuten meret ja suuret vesialueet, mutta mittaustarkkuus heikkenee kun antennikeilan sisällä oleva pinnan alue on epätasainen. Eli maa- ja jääalueilla altimetrien tarkkuus on huono. Jotta altimetrin suorittamista mittauksista olisi jotain hyötyä, on satelliitin rata tunnettava tarkoin. Myös ilmakehän, lähinnä vesihöyryn, aiheuttavat vääristymät on pystyttävä korjaamaan.

Altimetrien tekemistä mittauksista saadaan selville muunmuassa seuraavat parametrit: merenpinnan topografia, merijään laajuus, jäävuorten pinnan yläpuolisen osan korkeus, maa-alueiden ja jäätiköiden topografia sekä merenpohjan topografia. Arktisten merien pohjan topografisen kartan avulla on pystytty löytämään uusia mineraalivaroja ja on pystytty määrittämään miten suuri osa merenpohjasta on muotoutunut satojen miljoonien vuosien aikana. Lisäksi mittauksia käytetään geoidin muodon, merenpinnan tuulten nopeuden ja aallonkorkeuden määrittämiseen.

Instrumentteja: ALT, RA, RA-2, SSALT, SSALT-2

14. Tuuliskatterometrit

Tuuliskatterometrit mittaavat meren pinnan yläpuolella puhaltavan tuulen nopeutta käyttäen hyväkseen merenpinnan sirontaa. Satelliitin lentosuuntaan nähden tietyllä kulmalla mitattu sironta riippuu kahdesta seikasta; merenpinnan karkeudesta ja karkeuden suunnasta. Ensin mainittu johtuu tuulen voimasta eli nopeudesta ja toinen tuulen suunnasta. Joten tuuliskatterometrit mittaavat tuulen nopeuden lisäksi tuulen suunnan.

Mittaukset ovat yleensä tarkkoja tuulen nopeuden ja suunnan suhteen, erotuskyky voi olla varsin vaatimaton (luokkaa 50km). Koska mittaukset tehdään mikroaaltoalueella, ne eivät ole sääoloista riippuvia.

Informaatiota tuulen nopeudesta ja suunnasta käytetään sääennustusten tekoon ja ilmastomallien tutkimiseen. Muita sovelluksia ovat laivareittien optimointi, merijään ulottuvuus ja määrä sekä myös maanpinnan (esim. sademetsän, tundran, aavikon) monitorointi.

Instrumentteja: AMI (scatterometer mode), ASCAT, NSCAT, RLSBO with scatterometer, SEAWINDS