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

АЛЕКСЕЕВ В.А., АЛЕКСЕЕВА Т.А., ИВАНОВ В.В., КОЛДУНОВ Н.В., РЕПИНА И.А., СМИРНОВ А.В. — 2013 г.

Одной из глобальных проблем, стоящих сегодня перед человечеством, является меняющийся планетарный климат. Несмотря на то, что взгляды ученых на первопричины наблюдаемых изменений климата весьма различны, факт наличия самих изменений сомнений не вызывает. Представляют большой научный и практический интерес количественная оценка современного состояния параметров климатической системы Земли, а также обоснованный прогноз этих параметров на последующие десятилетия. В этой связи северная полярная область занимает особое место как индикатор происходящих изменений вследствие эффекта полярного усиления. Знаковым проявлением этих изменений является резкое увеличение свободной ото льда площади в Северном Ледовитом океане (СЛО) в летний сезон, произошедшее в начале 2000-х годов. В предлагаемой обзорной статье авторы показывают, что после 2007 г. ледяной покров на большей части СЛО стал сезонным, т.е. площадь, ежегодно очищающаяся ото льда, устойчиво превысила 50%. В статье обсуждаются возможные последствия произошедших изменений для других компонент климатической системы, а также качественно оценивается вероятность достижения полностью сезонно безледного СЛО в ближайшем будущем.

КАСИМОВ Н.С. — 2013 г.

АРХИПОВ С.А., ГОЛОВИН Ю.М., ЗАВЕЛЕВИЧ Ф.С., КОЗЛОВ Д.А., КОЗЛОВ И.А., МОНАХОВ Д.О., НИКУЛИН А.Г., РОМАНОВСКИЙ А.С., ЦЕЛИКОВ В.А. — 2013 г.

Бортовой инфракрасный (ИК) Фурье-спектрометр предназначен для измерения спектров исходящего излучения атмосферы Земли и служит для обеспечения нужд оперативной метеорологии и климатологии в части получения следующих видов информации: вертикальные профили температуры и влажности в тропосфере и нижней стратосфере, общее и высотное распределение озона, концентрации малых газовых составляющих, температура подстилающей поверхности и др. В настоящее время в ГНЦ ФГУП “Центр Келдыша” широко развернуты работы по созданию аппаратуры серии ИКФС для спутников на солнечно-синхронных орбитах: прибор ИКФС-2 для космического аппарата “Метеор-М” № 2 космического комплекса “Метеор-3М” (разработан и поставлен для проведения испытаний в составе КА); перспективный прибор ИКФС-3 для гидрометеорологического и океанографического космического комплекса мониторинга Земли четвертого поколения “Метеор-МП” (в стадии разработки). В статье представлены состав, функциональная схема и технические характеристики ИК-Фурье-спектрометров.

ПЯТКИН В.П., РУБЛЕВ А.Н., РУСИН Е.В., УСПЕНСКИЙ А.Б. — 2013 г.

Рассмотрены методические и вычислительные аспекты создания быстрых радиационных моделей (БРМ), предназначенных для анализа и валидации данных измерений спутниковой гиперспектральной аппаратуры – ИК-зондировщиков высокого спектрального разрешения. Приведено описание БРМ для анализа и моделирования измерений ИК-Фурье-спектрометра ИКФС-2 полярно-орбитальных метеоспутников серии “Метеор-М”, созданной на основе известной БРМ RTTOV. Оценивается вычислительная производительность и приводятся результаты верификации созданной БРМ, полученные путем сравнения модельных расчетов с точными полинейными расчетами для ИК-зондировщика ИКФС-2. Обсуждается повышение вычислительной производительности и точности БРМ за счет использования алгоритмов метода главных компонент. Рассмотрено построение радиационных моделей, использующих алгоритм метода Монте-Карло и пригодных для анализа и моделирования данных ИК-зондировщиков при наличии облачности в поле зрения прибора.

ГОРЧАКОВ Г.И., КАРПОВ А.В., КОПЕЙКИН В.М., ПОНОМАРЕВА Т.Я., СВИРИДЕНКОВ М.А., СИТНОВ С.А. — 2013 г.

С привлечением наблюдений аэрозольной оптической толщи (АОТ) приборами MODIS (Aqua и Terra), полей объективного анализа метеорологических элементов Гидрометцентра России, NCEP/NCAR-реанализа и данных сетевого аэрологического радиозондирования проведено исследование эволюции задымления европейской территории России (ЕТР) в период массовых пожаров лесов и торфяников летом 2010 г. Выявлена связь структурных неоднородностей поля АОТ с региональной атмосферной циркуляцией. Показано, что 5–9 августа область максимального задымления совершила полный антициклонический оборот вокруг московского мегаполиса, оставаясь на расстоянии 200–650 км от столицы. Для периода экстремального задымления ЕТР получены оценки среднерегионального коротковолнового аэрозольного радиационного форсинга (АРФ) на верхней и нижней границах атмосферы. Представлены пространственные распределения величин АРФ по территории региона, а также оценки локальных и пространственно-распределенных температурных эффектов дымового аэрозоля. Показано, что в период 5–9 августа пространственное распределение АОТ и термические эффекты дымового аэрозоля были согласованы с пространственными распределениями аномалий температуры воздуха в нижнем 1.5-км слое атмосферы. Выполнена валидация локальных наблюдений АОТ, полученных по данным MODIS наблюдениями АОТ фотометра CIMEL станции Звенигород сети AERONET в период пожаров.

СТАРНОВСКИЙ С.А., ШИШИГИН С.А. — 2013 г.

Проведен анализ метода корреляции газовых светофильтров для измерения содержания метана в атмосфере в спектральных интервалах 1220–1260 и 1330–1370 см-1. Рассчитаны оптимальная концентрация и давление метана в корреляционной кювете (0.02 атм м для участка 1220–1260 см-1 и 0.005 атм м для участка 1330–1370 см-1) для аэрокосмического варианта оптоэлектронного прибора. Изучено влияния концентрации исследуемого газа в горизонтальных слоях воздуха и их излучения на погрешность измерений содержания метана в столбе атмосферы. Рассмотрена возможность применения метода корреляции газовых светофильтров для измерения содержания метана в приземном слое атмосферы с аэрокосмической платформы.

РЮМКИН А.И., ТЯБАЕВ Е.С. — 2013 г.

Исследуется применимость метода визуализации в создании трехмерных геоинформационных систем (ГИС) на базе моделей рельефа и данных дистанционного зондирования Земли для обоснования проектных решений ранних стадий проектирования магистральных трубопроводов. В практических задачах выполнения работ предпроектной стадии для сибирских трубопроводов проведена разработка цифровых моделей рельефа (ЦМР), определены варианты покрытий трассы снимками разного масштаба, разрешения и особенности построения триангуляции для ЦМР. Проведен пространственный анализ трассировки трубопровода с учетом существующего описания природных ресурсов, объектов застройки, инженерных коммуникаций и ограничений в виде границ памятников природы и культурного наследия. Показано, что важнейшее значение при уточнении вариантов трассирования на ответственных участках имеют методы геовизуализации, позволяющие интегрировать при компьютерной поддержке сильнейшие способности специалистов и возможности ГИС в обработке геоизображений. На реальных примерах показана существенная полезность методов геовизуализации при создании информационных технологий поддержки проектных решений по проектированию магистральных трубопроводов. Создаваемые при этом системы, ЦМР и базы данных пригодны для организации в последующем мониторинга процессов строительства и эксплуатации трубопровода.

РОГАЧЕВ К.А. — 2013 г.

Динамика вод на шельфе и континентальном склоне залива Петра Великого исследована недостаточно. В придонном слое Амурского и Уссурийского заливов может наблюдаться низкая концентрация растворенного кислорода, причина которой не ясна. В тоже время механизм вентиляции (обновления) придонных вод Уссурийского залива и его бухт до сих пор не определен. В работе на основе спутниковых и прямых наблюдений изучена динамика вод Уссурийского залива и прилегающих районов залива Петра Великого. Спутниковые наблюдения включают изображения различных каналов радиометра AVHRR спутников NOAA и данные MODIS Aqua и Terra, предоставленные Центром коллективного пользования регионального спутникового мониторинга ДВО РАН. Для того чтобы установить характеристики антициклонических вихрей, в дополнение к этим данным, выполнены измерения придонного давления, течений, температуры и солености. Антициклонические вихри, расположенные у границы шельфа формируют антициклоническую циркуляцию в Уссурийском заливе и могут быстро менять структуру его вод. Спутниковые и прямые наблюдения показали, что антициклонический вихрь формирует подъем вод на границе шельфа. В результате происходит быстрое обновление придонного слоя Уссурийского залива. Такая вентиляция вод приводит к быстрому понижению температуры (около 15°С), росту солености и плотности.

МАЛИНИН В.Н., ШЕВЧУК О.И. — 2013 г.

Обсуждаются закономерности сезонных колебаний уровня Мирового океана, Атлантического океана и Мексиканского залива на основе спутниковых альтиметрических данных за период 1993–2011 гг. Предлагаются прогностические модели сезонных колебаний уровня на основе адаптивной модели линейного роста с аддитивной компонентой. Рассматриваются результаты тестирования и опытных прогнозов среднемесячных значений уровня на независимых данных за 2010–2013 гг. Показано, что в 2013 г. по сравнению с 2009 г. среднегодовой уровень Мирового океана, оцененный по альтиметрическим данным, может повыситься на 12.5 мм, Атлантического – на 10.8 мм, а Мексиканского залива – на 11.2 мм.

ПОЛИЩУК Ю.М., ШАРОНОВ Д.С. — 2013 г.

Исследована динамика площадей термокарстовых озер на шести тестовых участках многолетней мерзлоты в Горном Алтае с использованием коллекции разновременных космических снимков Landsat 5 (1993–2010 гг.). Показано, что суммарная площадь озер на всех тестовых участках возрастает со временем, и за исследуемый период увеличение площадей составило в среднем 31%.

ЕЛСАКОВ В.В. — 2013 г.

В работе рассмотрены возможности использования материалов спектрозональных спутниковых съемок для анализа временных изменений и широтных особенностей распределения значений хлорофилльного индекса в доминирующих фитоценозах тундровой зоны. Для модельного участка южных гипоарктических тундр среднее значение показателя составило 6.4 кг/га. На основании привлечения материалов съемки MODIS показаны географические закономерности распределения показателя и выявлены участки, связанные с существенными изменениями в результате климатических флуктуаций последних десятилетий.

КУЗЬМИН А.В., СЁМИН А.Г., ХАПИН Ю.Б., ШАРКОВ Е.А. — 2013 г.

В работе рассматривается возможность восстановления детальных профилей водяного пара в тропической атмосфере по данным спутниковых измерений радиотеплового микроволнового излучения. В прямой задаче анализируется возможность восстановления профиля водяного пара на 8–10 высотных уровнях до высоты 10 км с использованием резонансный линий поглощения 183 и 325 ГГц, а также использование линии 22.2 ГГц. В работе приводятся спектры интегрального поглощения в атмосфере, спектры радиояркостных температур атмосферы и системы атмосфера–океан в диапазоне 5–220 ГГц. Решение этой задачи, несомненно, будет принципиально важным шагом в изучении физических условий генезиса и эволюции тропических циклонов.

БЕЗУГЛОВА Н.Н., СУКОВАТОВ К.Ю., СУКОВАТОВ Ю.А. — 2013 г.

Работа посвящена использованию методов спектрального анализа (метода Уэлча) и вейвлет-преобразований для обработки временных рядов геофизических параметров, полученных с помощью данных спутниковых и наземных наблюдений (архивы Monthly Willmott and Matsuura Global Precipitation и данные Global Precipitation Climatology Project). Установлено, что периодическая составляющая ряда осадков холодного сезона на территории Большого Васюганского болота в значительной степени зависит от колебаний индекса Арктической осцилляции. Определены общие периоды колебаний в исследуемых рядах – 2–3 года, 8, 12 лет, а также фазовые соотношения.

ОСТРИКОВ В.Н., ПЛАХОТНИКОВ О.В. — 2013 г.

На значительном экспериментальном материале рассмотрены возможности реализации калибрующего пересчета исходных данных гиперспектральной авиационной съемки в коэффициенты спектральной яркости. Оцениваются ошибки внешней калибровки для разных условий наблюдений и различной аппаратуры получения данных.

САВИН И.Ю. — 2013 г.

Использование метода последовательной классификации с обучением позволило осуществить дешифрирование экраноземов по спутниковым данным Landsat. Оказалось, что площадь данных почв в некоторых районах Подмосковья достигает 10–20%. Анализ изменений площади экраноземов в районе г. Москва по спутниковым данным Landsat за период с 1986 по 2011 гг. позволил выявить регионы, где почвенный покров претерпел наиболее значительные изменения за счет увеличения площади экраноземов. Полученные результаты могут служить основой для корректировки и обновления почвенных карт, а также для моделирования антропогенного воздействия на почвенный покров и его последствий для окружающей среды.

ИМ С.Т., ХАРУК В.И. — 2013 г.

Исследована пространственно-временная динамика экотона горной лесотундры плато Путорана за последние 36 лет на основе космических съемок Landsat (1973, 2009 гг.), Hexagon (1976 г.), Quickbird (2005 г.) и Terra MODIS (2002–2009 гг.). Выделены три основные категории наземного покрова: редколесья с сомкнутостью >0.2; редины с сомкнутостью <0.2 и кустарники; фоновые территории. Площадь редколесий увеличилась на 60%. Этому способствовало увеличение сомкнутости в рединах. Наблюдаемое явление в основном отмечено вдоль долины реки. В зонах роста сомкнутости наблюдается увеличение вегетационного индекса NDVI на 0.14. Рост среднегодовой температуры в течение трех декад конца 20 в. способствовал продвижению древесной растительности по высоте не более чем на 15 м над уровнем моря, и появлению трех новых деревьев на гектар. С ростом высоты над уровнем моря деревья предпочитают локальные депрессии на юго-восточных склонах с крутизной до 30°.

ВИКТОРОВ А.С., КАПРАЛОВА В.Н. — 2013 г.

Рассматривается новый подход к оценке риска воздействия термокарстовых процессов на инженерные сооружения, базирующийся на использовании материалов космической съемки и методах математической морфологии ландшафта. Получены выражения для оценки риска поражения линейных и площадных сооружений для процессов с пуассоновским распределением термокарстовых очагов произвольной формы. Опытные участки с развитием термокарстовых озер были оцифрованы, и на них были сопоставлены теоретические результаты и эмпирические данные на предмет их соответствия.

ГЛУХОВ А.И., ЗИНЧЕНКО В.Е., КАЛИНИЧЕНКО В.П., ЛОХМАНОВА О.И., ПОВХ В.И., ШЛЯХОВА Л.А. — 2013 г.

Показаны особенности пакетной технологии обработки данных аэрокосмических съемок разного пространственного разрешения для оценки состояния сельскохозяйственных культур от отдельного поля до нескольких полей выбранного административного района. Используются процедуры географической привязки исходных изображений к слоям землеустройства, а также классификации данных дистанционного зондирования с учетом севооборота соответствующих культур для исследуемого региона.

ЗАБОЛОТСКИХ Е.В., КАРЛИН Л.Н., КУНИЙОН Ф., ПЕТРЕНКО Д.А., ПОЗДНЯКОВ Д.В. — 2013 г.

Применительно к акватории Северного Ледовитого океана (СЛО) реализован предложенный ранее алгоритм, обеспечивающий: а) – распознавание по данным сканера цвета океана MODIS-Aqua областей цветения микроводоросли Emiliania huxleyi; б) – количественное определение неорганического углерода, продуцируемого ею в виде углекислого кальция. Построенный временной ход изменчивости интенсивности и пространственной протяженности цветения E. huxleyi, а также поступления в СЛО углекислого кальция указанного происхождения за период с 2002 по 2010 гг. выявил, что протяженность областей цветения E. huxleyi и общая масса продуцируемого неорганического углерода сократились соответственно на 62 и 63%. Основной причиной указанных сокращений, по-видимому, является ослабление за исследованный период предварительного засеивания клетками E. huxleyi областей, в которых в последующем формируются цветения этого вида водорослей, что в свою очередь было обусловлено общей тенденцией снижения летнего индекса северо-атлантического колебания в указанные годы.

ИОФФЕ А.И. — 2013 г.

Предлагается новый параметр и простой альтернативный метод оценки неоднородности поверхности с использованием цифровых моделей рельефа. Этот метод может быть полезен для интегральной характеристики выделенной области и позволяет проводить количественное сравнение различных областей поверхности.