научный журнал по космическим исследованиям Исследование Земли из космоса ISSN: 0205-9614

РОМАНОВ А.Н., ХВОСТОВ И.В. — 2015 г.

Приведены результаты сравнительного анализа радиояркостных температур подстилающей поверхности, полученных со спутника SMOS и рассчитанных на основе наземных измерений влажности и лабораторных измерений диэлектрических характеристик образцов засоленных почв и минерализованной воды, отобранных на тестовых участках Кулундинской равнины. Установлено, что значения радиояркостных температур подстилающей поверхности, рассчитанные на основе наземных и лабораторных исследований, удовлетворительно согласуются со значениями радиояркостных температур, измеренных со спутника SMOS. Наблюдаемые отклонения могут быть обусловлены сезонным усыханием мелководных высокоминерализованных озер, в результате которого значительно меняются занимаемые ими площади, и возникновением на месте водной поверхности переувлажненных участков почв с высоким содержанием минеральных солей, радиоизлучательные характеристики которых отличаются от характеристик водной поверхности и почвенного покрова.

ВАРЕНЦОВ М.И., ГРИЩЕНКО М.Ю., КОНСТАНТИНОВ П.И. — 2015 г.

В статье приводятся результаты исследования городского острова тепла (Urban Heat Island, UHI) г. Апатиты в зимний период, полученные по данным полевых метеорологических измерений и космических снимков. По температуре поверхности, полученной из космических снимков, проведены расчеты температуры приземного слоя атмосферы. Экспериментальные данные о температуре воздуха были получены в результате экспедиционных метеонаблюдений, а о температуре поверхности – по данным космической гиперспектральной системы MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer), каналы 31 и 32 (10.78–11.28 и 11.77–12.27 мкм соответственно). В результате анализа полей температур выявлен интенсивный (до 3.2°C) остров тепла, рассчитанный через температуру подстилающей поверхности, а его средняя интенсивность за период наблюдения заметно превышает характерные данные для городов Европы в зимний период. Также установлено, что в зимних условиях температура воздуха, рассчитанная по данным MODIS, систематически выше температуры воздуха из данных прямых измерений.

БЫЧКОВА И.А., ЗАХВАТКИНА Н.Ю. — 2015 г.

На основании использования спутниковых радиолокационных данных разработана классификация морских льдов Арктики по возрасту: многолетний, однолетний и однолетний деформированный льды, нилас и др., с учетом региональных особенностей этих видов льдов для разных секторов Арктики с использованием метода Байеса. Оценка априорных вероятностей для каждого вида льда, необходимая для использования байесовской классификации, получена путем анализа карт ледовой обстановки в арктических морях, построенных в ААНИИ в 2008–2013 гг. с использованием спутниковых данных. Оценка апостериорных вероятностей выполняется путем использования визуальной экспертной оценки. Выделенные на спутниковых снимках ледовыми экспертами виды морского льда позволяют создать выборки значений удельной эффективной поверхности рассеяния (УЭПР). Приведены примеры классификации льдов моря Лаптевых по спутниковым данным Envisat на основании использования предложенного алгоритма применения байесовской классификации.

ДИАНСКИЙ Н.А., ПАНИН Г.Н. — 2015 г.

Показано, что в тенденциях климатических изменений Арктики наблюдается согласованность с колебаниями интенсивности океанической циркуляции Северной Атлантики. Приведены результаты моделирования концентрации арктического льда с помощью модели общей циркуляции океана при предписанном атмосферном воздействии по данным реанализа NCEP в период c 1948 по 2009 г. Показано, что результаты моделирования хорошо согласуются с данными дистанционного зондирования ftp://sidads.colorado.edu/DATASETS/NOAA/G02135/Sep/N_09_area.txt. Для характеристики интенсивности взаимодействия Северной Атлантики с атмосферой используется новый индекс NAAII (North Atlantic Air Interaction Index). Показано, что начавшееся снижение интенсивности Атлантической термохалинной циркуляцией (АТХЦ) и NAAII в начале XXI в. может свидетельствовать о возможной смене тенденции в климатических изменениях Северной Атлантики и ледовитости Арктики. Приведен сценарий инерционного прогноза, полученный при предписанном атмосферном воздействии, показывающий тенденцию увеличения ледовитости Арктики.

БОЯРСКИЙ Д.А., КОМАРОВА Н.Ю., РАЕВ М.Д., РЕПИНА И.А., ТИХОНОВ В.В., ШАРКОВ Е.А. — 2015 г.

В данной работе рассмотрен новый алгоритм определения сплоченности ледового покрова полярных регионов по данным спутниковой микроволновой радиометрии. Подробно описывается методика его построения, которая коренным образом отличается от методики создания современных алгоритмов. Новый алгоритм показывает хорошие результаты в определении сплоченности ледового покрова полярных регионов. Алгоритм позволяет получать не только карты сплоченности льда, но и определять площади снежниц, покрывающих поверхность ледового покрова в летние месяцы. Алгоритм прост в использовании, не требует привлечения дополнительных параметров и подгоночных коэффициентов. В конце работы обсуждаются достоинства и недостатки нового алгоритма.

МАТЕЛЕНОК И.В., МЕЛЕНТЬЕВ В.В. — 2015 г.

Предложен и практически реализован двухпараметрический метод количественной оценки межгодовой изменчивости состояния мерзлых почвогрунтов, основанный на использовании усредненных за январь–февраль значений термодинамической температуры деятельного слоя почвогрунтов и продолжительности периодов внутригодовой изменчивости их состояния, получаемых по данным спутниковой СВЧ-съемки. Для восстановления значений указанных параметров разработан специализированный алгоритм, валидация которого выполнена на материале архива данных СВЧ-радио-метра AMSR-E для трех тестовых тундровых участков, расположенных на севере Европейской территории России, Западной и Восточной Сибири, с привлечением в качестве опорной информации данных ГМС и геокриологических стационаров. В ходе апробации метода обнаружено, что на исследованном временном интервале 2003–2010 гг. для 81% территории п-ова Ямал коэффициенты линейного тренда термодинамической температуры почвогрунтов для стабильно мерзлого их состояния имеют отрицательный знак, при этом для 98% территории коэффициент детерминации R2 не превышает значения 0.1. Также выявлена тенденция к смещению времени начала весенне-летних циклических процессов оттаивания-замерзания в сторону более ранних сроков на 4.8 сут/год (R2= 0.27).

ШИШИГИН С.А. — 2015 г.

В работе рассмотрена методика замены неоднородной атмосферы на однородные слои. Функция пропускания и излучения слоя в выбранном спектральном участке эквивалентны неоднородному слою. Показано изменение эффективной яркостной температуры однородного слоя от его толщины в полосе поглощения метана 1220–1260 см-1. Отрицательные значения спектральной плотности энергетической светимости однородного слоя атмосферы шириной более 3200 м показывают о возрастании ослабляющей роли данного слоя в уходящем излучении в рассматриваемой модели атмосферы. Рассмотрено применение метода корреляции газовых светофильтров для измерения содержания метана в приземном слое атмосферы с аэрокосмической платформы.

АНИСИМОВ О.А., ЖИЛЬЦОВА Е.Л., РАЗЖИВИН В.Ю. — 2015 г.

Использованы данные спутниковых наблюдений NOAA за 1982-2012 гг. для анализа современных изменений продуктивности растительности бореальной и тундровой зоны России. Рассчитаны тренды индекса, характеризующего фотосинтетическую активность для растительных зон арктической территории России раздельно для Еропейского, Западно-Сибирского, Восточно-Сибирского и Дальневосточного секторов и проведено их сравнение. Этот индекс представляет собой нормализованную разность интенсивностей отраженного света в красном и инфракрасном диапазоне (Normalized Difference Vegetatiuon Index, NDVI) и широко используется как показатель количества фотосинтетически активной биомассы. Проведен многофакторный статистический анализ связи продуктивности растительности различных зон, оцениваемой по индексу NDVI, с климатическими индексами - предикторами, характеризующими соотношения температурного режима и увлажнения. Совокупность построенных по его результатам регрессионных уравнений, оценивающих продуктивность биомов на зональном градиенте от северной тундры до бореального леса как функцию климатических параметров и индексов, составила эмпирико-статистическую модель, по которой проведены расчеты с использованием климатической проекции. Согласно полученным результатам, наблюдаемое во всех арктических зонах увеличение продуктивности продолжится в последующие десятилетия. К середине XXI в. продуктивность в отдельных зонах арктической растительности может увеличиться до 30% от ее современной величины.

АТАДЖАНОВА О.А., ЗИМИН А.В., КОЗЛОВ И.Е., ШАПРОН Б. — 2015 г.

Впервые на основании многолетнего мониторинга (2009-2013 гг.) с использованием спутниковых и контактных наблюдений выявлено широкое распространение короткопериодных внутренних волн на акватории Белого моря и получены их статистические характеристики. Выделено два района постоянного существования короткопериодных волн: участок шельфа вблизи фронтальной зоны на границе Бассейна и Горла моря и мелководный район шельфа с глубинами 30-50 м около Соловецких о-в. Вблизи фронтальных зон регулярно отмечаются интенсивные внутренние волны, обладающие значительной нелинейностью и привязанные к определенным фазам баротропного прилива. Их высота может достигать половины глубины моря, а периоды лежат в диапазоне 7-18 мин.

БАХВАЛОВ Ю.О., ЗАВОРА Ю.И., МИХЕЕВ О.В., СУДАКОВ В.М., ХАТУЛЕВ В.А. — 2015 г.

Рассмотрены возможности и методология применения имитационно-статистического моделирования процессов функционирования космических систем ДЗЗ для оценивания показателей оперативности и производительности съемки. На примере обзорной съемки территории России приведены описание имитационной модели, ее особенности и последовательность решения статистической задачи выбора характеристик многоспутниковой космической системы, обеспечивающих требуемую оперативность покрытия полосами захвата съемочной аппаратуры всей территории России и передачу накопленной на борту космического аппарата видеоинформации на Землю.

ГУРВИЧ И.А., ЗАБОЛОТСКИХ Е.В., ШАПРОН Б. — 2015 г.

В работе исследовались мезомасштабные циклоны в морях российского (восточного) сектора Арктики с применением данных мультиспектрального спутникого дистанционного зондирования, карт приземного анализа и барической топографии. Применялись оригинальные методы оценки геофизических параметров по данным спутниковых пассивных микроволновых измерений, позволяющие максимально полно восстановить картину зарождения и эволюции мезовихрей. Анализ синоптической ситуации совместно со спутниковыми изображениями облачности и полями таких параметров океана и атмосферы, как скорость приводного ветра, влагозапас атмосферы и водозапас облаков, позволил сделать вывод о возникновении новых районов распространения мезомасштабных циклонов в связи с потеплением климата Арктики и уменьшением площади ледового покрова. Детальное рассмотрение нескольких случаев мезоциклонов позволило определить типичные условия их формирования и выявить общие закономерности развития. Дальнейшее изучение мезомасштабного циклогенеза в восточных морях Арктики крайне необходимо в связи с опасностью, которую представляют интенсивные мезоциклоны для транспортной и народно-хозяйственной деятельности в этих районах.

КОМАРОВА Н.Ю., РАЕВ М.Д., РЕПИНА И.А., ТИХОНОВ В.В., ШАРКОВ Е.А. — 2015 г.

По данным спутниковых многоканальных радиотепловых наблюдений, полученных со спутников программы DMSP–F08–F17, накоплена многолетняя база данных (БД) GLOBAL-RT, постоянно обновляющаяся в отделе “Исследования Земли из космоса” ИКИ РАН. С использованием полярной версии этой БД были рассчитаны по алгоритму NASA Team 2 (NT2), широко используемому в зарубежной научной литературе, площади покрытия льдом Арктики для областей выше 60° с.ш. По анализу изменения ледового покрытия Северной полярной шапки (СПШ) за период 1987–2014 гг. были выбраны два месяца, для которых площадь ледяного поля достигала своего максимального значения в текущем году – февраль и минимальной величины – сентябрь этого же года, и были вычислены средние величины площади льда в эти месяцы. Точность вычисления среднего значения за выбранный период – доверительные интервалы среднего значения – лежали в пределах 95... 98%. Были построены несколько вариантов аппроксимации полученных временнх зависимостей величин максимального и минимального покрытия ледовой площади за указанный период и вычислены регрессионные зависимости для полиномов различных степеней от линейной – первой степени – до шестой и установлено, что минимальная среднеквадратичная ошибка отклонения от аппроксимируемой кривой резко падает для полинома четвертой степени и далее практически остается неизменной: от 0.5593 для полинома третьей степени до 0.4560 для полинома четвертой степени. Используемую в большинстве работ строго линейную регрессию с отрицательным временнм градиентом для минимального сентябрьского значения ледопокрытия за период около 30 лет для СПШ следует признать некорректной. По данным спутниковых многоканальных радиотепловых наблюдений, полученных со спутников программы DMSP–F08–F17, накоплена многолетняя база данных (БД) GLOBAL-RT, постоянно обновляющаяся в отделе “Исследования Земли из космоса” ИКИ РАН. С использованием полярной версии этой БД были рассчитаны по алгоритму NASA Team 2 (NT2), широко используемому в зарубежной научной литературе, площади покрытия льдом Арктики для областей выше 60° с.ш. По анализу изменения ледового покрытия Северной полярной шапки (СПШ) за период 1987–2014 гг. были выбраны два месяца, для которых площадь ледяного поля достигала своего максимального значения в текущем году – февраль и минимальной величины – сентябрь этого же года, и были вычислены средние величины площади льда в эти месяцы. Точность вычисления среднего значения за выбранный период – доверительные интервалы среднего значения – лежали в пределах 95... 98%. Были построены несколько вариантов аппроксимации полученных временнх зависимостей величин максимального и минимального покрытия ледовой площади за указанный период и вычислены регрессионные зависимости для полиномов различных степеней от линейной – первой степени – до шестой и установлено, что минимальная среднеквадратичная ошибка отклонения от аппроксимируемой кривой резко падает для полинома четвертой степени и далее практически остается неизменной: от 0.5593 для полинома третьей степени до 0.4560 для полинома четвертой степени. Используемую в большинстве работ строго линейную регрессию с отрицательным временнм градиентом для минимального сентябрьского значения ледопокрытия за период около 30 лет для СПШ следует признать некорректной. м градиентом для минимального сентябрьского значения ледопокрытия за период около 30 лет для СПШ следует признать некорректной.

ТЕРЕХИН Э.А. — 2015 г.

Изложены результаты исследования сезонных значений вегетационного индекса NDVI для картографирования и изучения состояния с.-х. культур, выращиваемых на территории Белгородской области и типичных для Центрального Черноземья: пшеницы озимой, ржи, сои, сахарной свеклы, подсолнечника, кукурузы, ячменя и овса. Результаты получены на основе анализа информации, собранной с 1200 полей, расположенных в различных частях Белгородской области. Значения вегетационного индекса получены на основе продуктов MOD13Q1. Изучено сезонное изменение NDVI сельскохозяйственных культур за 2012 г. Изложены рекомендации по применению сезонных значений индекса для анализа конкретных сельскохозяйственных культур.

ВОЛКОВА Е.В., УСПЕНСКИЙ А.Б. — 2015 г.

Рассмотрены два варианта многоспектральной пороговой методики автоматической классификации данных измерений сканирующих радиометров типа AVHRR (полярно-орбитальные спутники серии NOAA, Metop) и SEVIRI (геостационарные спутники серии MSG), позволяющие в круглосуточном режиме оценивать параметры облачного покрова, а также выделять зоны осадков и опасных явлений погоды разной интенсивности. Настройка и испытание методики проводилось на материале архива синхронных спутниковых и наземных наблюдений. Результаты валидации спутниковых информационных продуктов, выполненной с использованием данных наземных наблюдений на метеостанциях и метеорологического локатора, а также независимых спутниковых оценок подтверждают работоспособность предложенной методики. По своему качеству выходные продукты сравнимы с продуктами, производимыми с помощью современных зарубежных методик.

ГОЛУБКИН П.А., КУДРЯВЦЕВ В.Н., ШАПРОН Б. — 2015 г.

Представлены результаты исследования ветрового волнения в Карском, Лаптевых и Восточно-Сибирском морях по данным альтиметров Envisat RA-2 и SARAL/AltiKa. Для анализа были отобраны полностью изолированные свободные ото льда области, что позволило исключить присутствие зыби и рассматривать только ветровое волнение. Для этих областей была создана база альтиметрических измерений высот волн и скорости ветра за период 2002–2013 гг. Анализ данных проведен в терминах зависимости безразмерной высоты волн от безразмерной площади области моря свободной ото льда. Масштабирование высот волн и площади моря проведено с использованием измеренной скорости ветра и ускорения свободного падения. Полученные зависимости сопоставлены с известными эмпирическими зависимостями развития ветровых волн при ограниченных разгонах.

ЧЕРНОКУЛЬСКИЙ А.В., ЭЗАУ И.Н. — 2015 г.

В работе рассматривается конвективная облачность в Атлантическом секторе Арктики с точки зрения гипотезы пространственно-организованных полей конвекции. Конвективная облачность обычно изучается как локальный процесс – следствие конвективной неустойчивости турбулентного планетарного пограничного слоя над нагреваемой поверхностью. В высоких широтах конвективная облачность имеет иную динамическую природу, а именно связанную с адвекцией холодного воздуха на относительно теплую поверхность. Это приводит к тому, что физические свойства облачности, например тип конвективных облаков, и ее пространственное расположение взаимосвязаны. Показано, что у кромки льда (береговой линии) преобладает кучевая облачность Cu hum, Cu med, организованная в конвективные валы. В то же время над открытым морем преобладает облачность Cu cong, Cb, организованная в конвективные ячейки. Сравнительный анализ изменений конвективной облачности по спутниковым данным ISCCP и наземным наблюдениям выявил несогласованность изменений облачности в регионе: уменьшение доли конвективной облачности по ISCCP и увеличение по данным наземных наблюдений. В целом, согласно выдвигаемой гипотезе, отступление границы льда может приводить к росту конвективной облачности.

БОНДУР В.Г. — 2015 г.

БОРОДУЛИН А.А., ИШМУХАМЕТОВА В.Т., МАЛЫШЕВ Н.А., МИЛОВСКИЙ Г.А., ОРЛЯНКИН В.Н. — 2015 г.

На основе изучения эталонных объектов в Анадырском и Хатырском прогибах и последующей комплексной обработки космических и геолого-геофизических данных с применением ГИС-технологий выполнена оценка перспектив нефтегазоносности Пустореченско-Парапольского прогиба, намечены нефтеперспективные участки для постановки первоочередных геолого-разведочных работ.

ДУДАРЕВ О.В., ПИПКО И.И., ПУГАЧ С.П., РЕПИНА И.А., СЕМИЛЕТОВ И.П., ЧАРКИН А.Н. — 2015 г.

Представлены результаты многолетних исследований динамики карбонатных характеристик и потоков СО2 в системе океан–атмосфера на шельфе Чукотского моря в летне-осенний сезон. В результате комплексного влияния физических и биологических факторов поверхностные воды западной части Чукотского моря были недонасыщены относительно содержания СО2 в атмосфере, значения парциального давления СО2 изменялись в пределах 134–359 мкатм. Средняя величина потока СО2 в Чукотское море на единицу площади варьировала в разные годы от –2.4 до –22.0 ммоль м-2 сут-1, что значительно выше средней для Мирового океана величины. По минимальным оценкам, за весь безледный период акватория Чукотского моря может адсорбировать из атмосферы около 13 ? 1012 г С, при этом значительная часть поглощенного углерода переносится в глубинные слои и изолируется от контакта с атмосферой на достаточно длительное время. Результаты исследований карбонатной системы вод Чукотского моря, а особенно его малоизученной западной части, существенно дополнят информацию о современных стоках углекислого газа в Северном Ледовитом океане и происходящих с ними изменениях. Приведенный анализ может быть применен для интерпретации спутниковых методов оценки потоков углекислого газа и распределения содержания растворенного углекислого газа в верхнем слое океана.

ЗИМИН М.В., СОНЮШКИН А.В. — 2015 г.

Проведена серия экспериментов со спутниковыми данными, полученными с космического аппарата Канопус-В (Россия), направленная на выявление геометрических особенностей получаемых снимков с целью создания автоматизированной системы обработки. Результаты экспериментов дали возможность судить о довольно высоком качестве исходных данных, позволяющих использовать их с высокой степенью автоматизации. Созданные на их основе ортофотопланы отвечают требованиям, предъявляемые к ортофотопланам М 1 : 10 000 и мельче.