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

РОГАЧЕВ К.А., ШЛЫК Н.В. — 2013 г.

Данные радиометра AVHRR с пространственным разрешением 1.1 км (спутники серии NOAA), а также радиометра MODIS с разрешением 250 м (спутники Aqua и Terra) использованы для определения характеристик антициклонического вихря в Сахалинском заливе. Спутниковые наблюдения указывают на регулярное формирование антициклонического вихря в Сахалинском заливе в теплое время года. Вместе с тем механизм формирования такого вихря до сих пор не был определен. В настоящей работе рассмотрен новый механизм формирования антициклонического вихря в заливе. Наша гипотеза предполагает, что особенность батиметрии залива создает асимметрию в динамике вод. Простая аналитическая модель прибрежных течений на шельфе, учитывающая реальную батиметрию, позволяет определить реакцию прибрежных вод на воздействие ветра. Батиметрия залива включает ложбину с глубиной до 50 м в его восточной части и широкий шельф с глубинами около 20 м у западного берега. Поперечная компонента скорости при южном ветре в этой ложбине направлена в залив и в противоположную сторону в его мелкой части. Тем самым показано, что антициклонический вихрь формируется под действием южного ветра, характерного для региона в теплое время года.

КРАМЧАНИНОВА Е.К., УСПЕНСКИЙ А.Б. — 2013 г.

Исследована возможность дистанционного мониторинга общего содержания озона (ОСО) в атмосфере по данным многоканального сканирующего устройства – геостационарного (МСУ-ГС), с отечественного метеоспутника “Электро-Л” № 1. Наряду с измерениями МСУ-ГС в трех каналах (8.2–9.2, 9.2–10.2, 10.2–11.2 мкм) для оценивания ОСО в качестве дополнительных предикторов используются данные о вертикальных распределениях температуры в озоновом слое, температуре и давлении на уровне подстилающей поверхности (результаты спутникового зондирования или прогностические данные). Построение оценок ОСО выполняется с помощью регуляризованного регрессионного алгоритма (гребневая регрессия), причем для формирования обучающих и контрольных выборок используются независимые оценки ОСО по данным аппаратуры OMI, установленные на спутнике EOS Aura. Численные эксперименты по обработке реальных данных МСУ-ГС за отдельные сроки периода с ноября 2011 г. по август 2012 г. показали возможность организации регулярного мониторинга полей ОСО с высокими пространственным и временным разрешениями и приемлемым уровнем погрешности: модуль относительных средних отклонений и относительные среднеквадратичные отклонения между оценками по данным МСУ-ГС и OMI лежат в диапазоне 1–2% и 5–7% соответственно, в зависимости от типа подстилающей поверхности.

ВЕДЕШИН Л.А., ЗЕРКАЛЬ А.Д., СИМАКОВ В.В. — 2013 г.

ГРУЗДЕВ А.Н., ЕЛОХОВ А.С. — 2013 г.

Сравнение результатов наземных измерений содержания NO2 на Звенигородской научной станции и результатов измерений с помощью прибора OMI на борту спутника EOS-Aura при пролетах спутника над станцией выявило, что среднее расхождение значений “незагрязненной” (главным образом стратосферной) части общего содержания NO2 за весь срок совместных наблюдений находится в пределах ошибок измерений. Однако содержание NO2 по спутниковым данным летом меньше значений, получаемых из наземных наблюдений, и больше их зимой. Высокая корреляция между наземными и спутниковыми данными в значительной степени обусловлена годовым ходом NO2. Корреляция ухудшается при сравнении данных по месяцам. В целом отмечено значительное расхождение между значениями содержания NO2 в вертикальном столбе тропосферы по данным OMI и данным наземных измерений. Корреляция между спутниковыми и наземными данными, слабая в целом за год, возрастает зимой и весной. Коэффициент корреляции между наземными и спутниковыми данными о “незагрязненной” части общего содержания NO2 увеличивается, а коэффициент корреляции между данными о тропосферном содержании NO2 уменьшается с увеличением доли облаков. Отмечено соответствие между отдельными квазирегулярными вариациями внутрисезонного масштаба, выявленными в данных OMI и в наземных данных. Однако годовой ход тропосферного содержания NO2 в спутниковых данных не соответствует по фазе годовому ходу в данных наземных измерений. Аномалия NO2 в конце марта–начале апреля 2011 гг., вызванная затоком стратосферного воздуха из области арктической озонной “дыры”, отчетливо проявившаяся в результатах наземных измерений на Звенигородской станции, в данных OMI не выявлена.

ПОКРОВСКАЯ И.В., ШАРКОВ Е.А., ШРАМКОВ Я.Н. — 2013 г.

С помощью принципиально усовершенствованной комплексной базы данных EVA-01 (пространственно-временная эволюция тропического циклона и поля водяного пара) с элементами объектно-реляционного типа выполнен детальный анализ поля интегральной концентрации водяного пара (по данным микроволновых спутниковых систем комплекса DMSP) на всех этапах временной эволюции тропического циклона (ТЦ) Francisco (2001) в акватории северо-западной части Тихого океана. В работе показано, что при использовании технологии сетчатых 3-D поверхностей были впервые экспериментально получены отдельные детализированные фрагменты поля водяного пара, в которых на фоне среднего значения его интегрального содержания, превышающего критическое значение, формируются своего рода “купола” повышенных значений содержания водяного пара достаточно сложной пространственной формы и с очень высокой временной изменчивостью. Возможным физическим механизмом формирования повышенного значения интегрального содержания водяного пара могут служить известные высотные конвективные колонны в облачном поле ТЦ на каждый временной эволюционный этап преобразования ТЦ.

ЕРМАКОВ Д.М., ПОКРОВСКАЯ И.В., ЧЕРНУШИЧ А.П., ШАРКОВ Е.А. — 2013 г.

На основе программно-алгоритмического комплекса построения глобальных радиотепловых полей системы океан–атмосфера высокой пространственно-временной детальности по микроволновым спутниковым измерениям, разработанного ранее авторами и позволяющего получать глобальные анимированные радиотепловые поля с шагом по времени 1.5 ч и пространственным разрешением 0.2°, детально проанализированы траекторные особенности и эволюция интенсивности тропического циклона (ТЦ) Alberto в поле интегрального водяного пара. Основное внимание уделено проблеме выявления энергетических источников при последовательной трехкратной его интенсификации. На основе анализа спутниковых данных по авторской анимационной методике впервые показано, что такими источниками являются зоны водяного пара повышенного интегрального содержания (выше критического уровня), расположенные в различных географических областях, через которые прошла сложная траектория движения меняющего свою интенсивность ТЦ. Первая область находилась в экваториальной внутритропической зоне конвергенции, вторая – над акваторией течения Гольфстрима, и третья – в зоне действия Азорского максимума.

ДАНИЛИН И.М., ФАВОРСКАЯ М.Н. — 2013 г.

Лазерная локация, совмещенная с цифровой аэрофотосъемкой, является одним из приоритетных направлений для дистанционного мониторинга лесных земель. Данное направление опирается на современные технологии цифровой фотограмметрии и геоинформационных систем, а также на методы цифровой обработки и моделирования многомерных отраженных лазерных сигналов. Одной из основных задач данного направления при мониторинге лесных территорий является моделирование структуры леса и рельефа местности. Существующие системы моделирования земных поверхностей не учитывают специфики моделирования лесного покрова. Предлагаемые в настоящей статье подходы и вычислительные алгоритмы позволяют адекватно воспроизводить трехмерную текстуру земных покровов и лесной растительности на основе данных лазерной локации и цифровой аэрофотосъемки, при необходимости выполнять визуализацию природных эффектов (наложение снежного покрова, дождя, тумана), а также моделировать режимы освещенности сцен лесных территорий.

КАРАЕВ В.Ю., МЕШКОВ Е.М., ЧУ К. — 2013 г.

Обсуждается классификация типов поверхностного волнения применительно к вопросу радиолокационного (РЛ) зондирования морской поверхности. Объединенный массив радиолокационных и буйковых данных использовался для определения типа волнения на основе океанографического определения возраста волнения. Было выделено четыре типа волнения и показано, что наиболее сильная корреляция между сечением обратного рассеяния и морским волнением наблюдается в случае доминирования ветрового волнения. В рамках развития РЛ-описания волнения было проведено исследование зависимости сечения обратного рассеяния от дисперсии наклонов крупномасштабного волнения, восстановленной по данным дождевого радиолокатора, и показано, что использование при классификации параметров волнения, влияющих на процесс рассеяния радиолокационного сигнала, позволяет значительно точнее вычислять сечение обратного рассеяния. Для полноты РЛ-описания волнения необходимо уметь дополнительно измерять дисперсию вертикальной составляющей орбитальной скорости и коэффициент корреляции наклонов и вертикальной составляющей орбитальной скорости.

КУБРЯКОВ А.А., СТАНИЧНЫЙ С.В. — 2013 г.

Комбинированные измерения спутниковых альтиметров позволяют определять аномалии уровненной поверхности Черного моря на регулярной сетке с высоким пространственным разрешением, составляющим 1/8°. В работе по этим данным были восстановлены массивы полных геострофических скоростей течений в бассейне Черного моря, которые были сопоставлены с дрифтерными измерениями скоростей течений за 1999–2007 гг. Сопоставление было проведено как для всего массива дрифтерных измерений ( 110 000 измерений), так и для каждого дрифтера отдельно. Для восстановления скоростей были использованы два различных массива средней динамической топографии (СДТ): синтетическая и климатическая средняя динамическая топография. Результаты сопоставления показали, что использование синтетической СДТ предпочтительнее для расчета геострофических скоростей. Скорости, рассчитанные по данным спутниковой альтиметрии, с достаточно высокой степенью точности согласуются со скоростями, полученным по данным контактных измерений.

БУРЕНКОВ В.И., ДЕМИДОВ А.Б., КОПЕЛЕВИЧ О.В., КУЗНЕЦОВА О.А., МОШАРОВ С.А., ШЕБЕРСТОВ С.В. — 2013 г.

Предложен и реализован новый подход к разработке регионального алгоритма оценки концентрации хлорофилла в Карском море по данным спутниковых сканеров цвета, учитывающий трудности получения регулярных качественных спутниковых данных в Арктическом регионе из-за плохих условий для спутниковых наблюдений. Разработка алгоритма основана на данных судовых измерений, проведенных в Карском море в двух рейсах НИС “Академик Мстислав Келдыш” в сентябре 2007 и 2011 гг. С помощью нового алгоритма рассчитаны карты среднемесячных пространственных распределений концентрации хлорофилла в сентябре 2007 и 2011 гг., сравнительные графики изменения концентрации хлорофилла по маршруту экспедиций (прямые определения, расчеты посредством нового и стандартного алгоритма MODIS), гистограммы среднемесячных распределений концентрации хлорофилла по занимаемым площадям в июне–октябре обоих годов. Результаты показывают непригодность использования стандартного алгоритма MODIS для Карского моря, которое находится под сильным влиянием речного стока, и приемлемое согласие данных расчетов по новому алгоритму с данными судовых исследований.

ГЛУШКОВА Н.В., ЗОЛЬНИКОВ И.Д., ЛАЩИНСКИЙ Н.Н. — 2013 г.

На примере лесных массивов Новосибирского Академгородка разработана методика картографирования лесов посредством обработки космоснимков высокого пространственного разрешения. Основой методики являются управляемые классификации по летнему и осеннему космоснимкам QuickBird, оверлейные операции и плотностной сеточный анализ. В результате созданы схемы плотности леса, а также количественного соотношения хвойных и лиственных пород деревьев. При сравнении с геоботанической картосхемой, построенной традиционными методами, выявлены преимущества дистанционной методики (точность контуров, объективный характер оценки сомкнутости крон, соотношения лиственных и хвойных пород деревьев) и ее ограничения. Предложенная технология не заменяет, а дополняет и количественно уточняет стандартную методику. Сопряженный анализ полученной интегральной картосхемы лесов с геолого-геоморфологической картой местности обеспечивает возможность выявления связей между геоморфологическими особенностями территории, составом поверхностных отложений и структурой древостоев, что позволяет оценить степень антропогенной трансформации природных лесных экосистем. Это в свою очередь может использоваться для организации экосистемного мониторинга.

ЦХАЙ Ж.Р., ШЕВЧЕНКО Г.В. — 2013 г.

На основе многолетних данных, полученных со спутников серии NOAA приемной станцией TeraScan, по четверть-градусным квадратам были рассчитаны среднемесячные аномалии температуры поверхности воды в Охотском море и проанализированы их статистические характеристики. В ходе исследований производилась оценка площади акваторий, в которых отмечались значимые отклонения от средних многолетних значений, и выделены зоны, в которых аномалии значительно превышали величину стандартного отклонения. С применением методов разложения по естественным ортогональным функциям и спектрального анализа изучена пространственно-временная изменчивость данных аномалий.

2013

КУШНИР В.М. — 2013 г.

Рассмотрена возможность определения параметров придонной динамики прибрежных зон западного побережья Крыма. Использованы показания оптических сканеров системы MODIS на длинах волн 645 и 858.5 нм с пространственным разрешением 250 м. Учет атмосферы выполнен на основе анализа оптических контрастов прибрежной зоны и зоны прозрачных морских вод за ее пределами. В качестве безразмерных динамических параметров прибрежной зоны использованы числа Шильдса. Показано, что основные особенности пространственной структуры чисел Шильдса, по данным космических съемок и модельных расчетов в целом соответствуют друг другу.

АБРАМОВ С.К., ЗЕМЛЯЧЕНКО А.Н., КОЖЕМЯКИН Р.А., ЛУКИН В.В., ЧОБАНУ М.К. — 2013 г.

Рассмотрены подходы к сжатию с потерями одноканальных изображений дистанционного зондирования (ДЗ) Земли, которые искажены сигнально-зависимыми помехами. Анализ проведен для кодеров на основе дискретного косинусного преобразования и вейвлет-преобразования. Сравнение эффективности сжатия выполнено в соответствии с несколькими критериями как при прямом применении кодеров к изображениям, так и при использовании вариационно-стабилизирующего преобразования. Показано, что различия в эффективности несущественны, но применение вариационно-стабилизирующих преобразований обеспечивает определенные преимущества для применения трехмерных кодеров для сжатия многоканальных данных ДЗ. Предложены процедуры автоматического сжатия в окрестности оптимальной рабочей точки. Проанализированы их достоинства и недостатки.

АЛЕКСАНИН А.И., БУКИН О.А., ГОЛИК И.А., ПАВЛОВ А.Н., САЛЮК П.А., СТЁПОЧКИН И.Е. — 2013 г.

Рассмотрены методы эмпирического определения концентрации хлорофилла-а и окрашенных растворенных органических веществ (ОРОВ) из гиперспектральных данных по цвету морской поверхности в случае различных соотношений между концентрацией хлорофилла-а и ОРОВ. Исследования проведены на акваториях Японского и Охотского морей в водах различного оптического типа. Для собранного массива натурных наблюдений показано, что для наилучшего разделения вкладов фитопланктона и ОРОВ в цвет океана необходимо использовать линию солнечно-инуцированной флуоресценции хлорофилла-а в районе 680 нм для оценки концентрации хлорофилла-а, и коэффициенты яркости морской поверхности в спектральном диапазоне 550–580 нм для оценки концентрации ОРОВ. Определены спектральные каналы современных спутниковых сканеров цвета морской поверхности для наилучшего разделения вкладов фитопланктона и ОРОВ в регистрируемый сигнал.

ЛАДЫЧЕНКО С.Ю., ЛОБАНОВ В.Б. — 2013 г.

В данной работе исследовались синоптические вихри в районе залива Петра Великого, расположенного в северо-западной части Японского моря. Были получены характеристики вихрей на основе данных NOAA/AVHRR в ИК-диапазоне за июль-октябрь 2000-2004 гг. Показано, что антициклонические вихри постоянно присутствуют в исследуемом районе. Они наблюдались на 85% безоблачных изображений. Нами были определены характеристики 43 из них. Диаметр вихрей варьирует от 20 до 110 км с наиболее повторяющимися значениями 20-60 км. Типичное время существования вихрей составляет от 3 до 30 сут. Однако некоторые вихри среднего размера (40-60 км) наблюдались более продолжительное время - до 40-60 суток, а крупные вихри (диаметром 60-110 км) - на протяжении 1-2 мес. При этом они перемещаются в юго-западном и южном направлениях вдоль континентального склона со скоростями 3-6 см/с. Отмечаются межгодовые различия в вихревой структуре вод, проявляющиеся в присутствии в отдельные годы одного крупного вихря, охватывающего большую часть залива (2000, 2002 и 2003 гг.), либо в формировании нескольких более мелких образований (2001 и 2004 гг.). Вихри содержат более теплые и менее соленые в сравнение с окружающими воды шельфового происхождения и переносят их в своем ядре на значительное расстояние. Таким образом, они являются элементом механизма формирования промежуточных вод Японского моря и играют важную роль в водообмене поперек шельфа, обеспечивая быструю вентиляцию прибрежной зоны и определяя изменчивость биологических процессов.

РУБЛЕВ А.Н., УСПЕНСКИЙ А.Б. — 2013 г.

Дано краткое описание гиперспектральных атмосферных ИК-зондировщиков, устанавливаемых на оперативных полярно-орбитальных метеоспутниках EPS/Metop, Suomi-NPP, “Метеор-М”. Рассмотрены результаты анализа качества и валидации данных ИК-зондировщика IASI/Metop. Представлен обзор методов и технологий тематической обработки измерений указанных зондировщиков, позволяющих получать различные информационные продукты по параметрам атмосферы и подстилающей поверхности. Сообщаются результаты усвоения данных IASI в моделях численного прогноза погоды ведущих зарубежных прогностических центров. Обсуждается применимость указанных данных и результатов дистанционного зондирования в климатических исследованиях. Сформулированы задачи, связанные с повышением эффективности использования спутниковых данных, которые требуют дополнительных исследований.

БОТВИЧ И.Ю., ПИСЬМАН Т.И., СИДЬКО А.Ф., ШЕВЫРНОГОВ А.П. — 2013 г.

Представлены результаты исследования отражательных и спектрально-поляризованных характеристик лесных древостоев, посевов с.-х. культур, полученных в полевых условиях. Установлено, что минимум яркости посевов приходится на углы 25°–30° относительно надира. Показано, что хвойные и лиственные древостои обладают схожими спектрами отражения поляризованного света. При этом у всех хвойных древостоев поляризованная составляющая будет меньше, чем у лиственных. Показано, что у широколиственных посевов с.-х. культур (кукуруза) поляризованная составляющая оказывает большее влияние на отражательную способность в красной и ИК-областях спектра.

ТЕРЕХИН Э.А. — 2013 г.

На основе анализа серий многозональных снимков Landsat TM предложен способ картографирования многолетних изменений, происходящих в лесах. Оценку изменений, связанных со сплошнолесосечными вырубками, предполагается проводить на уровне таксационных выделов лесных массивов. В основу способа положено изучение динамики значений спектральной яркости среднего инфракрасного (ИК) диапазона (1.55–1.75 мкм), связанное с изменениями, происходящими в лесах. На примере лесных массивов Белгородской обл. выполнена апробация предложенного способа для картографирования сплошных лесосечных рубок, проводившихся в период с 1986 по 2009 гг.