Совместный анализ оптических и СВЧ радиометрических дистанционных данных для изучения гидрофизических характеристик океана

• Автор: Ермаков, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. РОЛЬ ОПТИЧЕСКИХ И СВЧ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ИЗУЧЕНИИ ОКЕАНА
1.1. Возможности дистанционного зондирования океана в оптическом диапазоне
1.1.1. Особенности оптических данных
1.1.2. Методики восстановления состава вод по спектру видимого излучения океана
1.1.3. Вопросы точности измерения видимого спектра океана и методик восстановления биогеохимических параметров вод
1.1.4. Влияние волнения на поверхности океана на регистрируемое восходящее излучение
1.2. Возможности дистанционного зондирования океана в СВЧ диапазоне
1.2.1. Особенности СВЧ-радиометрических данных
1.2.2. Диагностика состояния поверхности океана по данным дистанционного зондирования в СВЧ диапазоне
1.3. Цели и перспективы совместной обработки оптических и СВЧ данных дистанционного зондирования океана. (Постановка задачи)
1.3.1. Цели и методики совместного анализа многоканальных и мультиспектральных данных дистанционного зондирования
1.3.2. Возможности совместной обработки оптических и СВЧ радиометрических данных дистанционного зондирования океана
ГЛАВА II. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ И ПРЕДЛАГАЕМЫЕ МЕТОДЫ СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ И СВЧ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ОКЕАНА
2,1. Выделение информации о поверхностном волнении из дистанционных данных

2.1.1. Оптический диапазон
2.1.2. Микроволновый диапазон,

2.2. Методические проблемы совместного анализа многоканальных данных
дистанционного зондирования
2.2.1. Алгоритмы совмещения спутниковых данных (на примере данных
приборов Беа'МРБ и ЗБМЛ)
2.2.3. Метод корреляционно-статистической обработки многоканальных изображений
2.3 Выводы
ГЛАВА III. СОВМЕСТНЫЙ АНАЛИЗ ОПТИЧЕСКИХ И СВЧ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ОКЕАНА
3.1. Наземные эксперименты
3.1.1. Описание данных экспериментов «Геленджик'2000», «Геленджик'2001»
3.1.2. Методика обработки данных
3.1.3. Результаты обработки и совместного анализа данных
3.2. Совместный анализ спутниковых данных
3.2.1. Совмещение спутниковых данных на примере информации сканеров ЭеаЭД^^ и БЗМЛ
3.2.2. Совместный анализ данных МСУ-СК и 88М/
3.2.3. Метод корреляционно-статистической обработки многоканальных изображений
3.2.4. Совместный анализ данных 8еаУ1Р8 и 88М/
3.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. РАСЧЕТ КООРДИНАТ ДАННЫХ 5ЕАУ/1Р
ЛИТЕРАТУРА

Введение
В последнее время в задачах исследования Земли дистанционными методами все большее значение приобретает комплексный подход к анализу данных дистанционного зондирования (ДЗ), заключающийся в объединении информации различных приборов, работающих в разных частотных диапазонах, с разным пространственным и спектральным разрешением, разными геометрическими параметрами сканирования. Такой подход направлен на получение в ходе совместного анализа данных ДЗ дополнительной информации о наблюдаемых объектах и использовании этой информации в целях повышения пространственного разрешения измерений, уточнения рассеиваивающих и излучательных свойств исследуемой среды, повышения надежности распознавания и классификации объектов.
Данные ДЗ океана в видимом диапазоне спектра (400 - 700 нм) несут важную информацию о биогеохимическом составе океанических вод, динамике процессов, протекающих на поверхности и в глубине океана, и благодаря своей высокой проникающей способности могут характеризовать толщу вод глубиной в десятки и сотни метров [1—Ю]. Использование панхроматических каналов позволяет достигать высокого пространственного разрешения данных (десятки метров и выше при полосе обзора 100 км и более в спутниковых приборах). Основные биогеохимические составляющие океанических вод и их оптические свойства хорошо изучены [11-14, 24, 26], что открыло принципиальную возможность решения задачи восстановления состава вод по наблюдаемому цвету океана.
Для решения задачи мониторинга состава океанических вод в глобальных масштабах дистанционными методами предложены многочисленные алгоритмы восстановления биогеохимического состава океана по спектру рассеянного водной толщей естественного излучения (так называемые био-оптические алгоритмы) [25, 28-34]. Эффективное
использование этих алгоритмов требует высокоточных вычислений спектра рассеянного океаном излучения по дистанционным измерениям. Приемлемая точность вычислений может быть достигнута только при адекватном учете оптических свойств атмосферы и состояния поверхности океана, влияющих на принимаемый сигнал. Для учета атмосферного вклада применяются алгоритмы

пространственное разрешение. Основными трудностями обработки оптических данных являются адекватный учет вклада атмосферы в спектр принимаемого излучения (который даже в хороших условиях наблюдения, в ясную погоду, составляет до 90% всего принимаемого сигнала) и разделение вкладов, обусловленных составом вод и состоянием поверхности океана. В свою очередь, микроволновые данные ДЗ, при соответствующем выборе спектральных каналов, несут информацию как о свойствах подстилающей поверхности (мало искаженную влиянием атмосферы), так и о свойствах самой атмосферы. Микроволновые данные ДЗ океана эффективно используются при анализе состояния водной поверхности (характеристик волнения, наличия масляных пленок и пенных образований и т.п.). Однако, спектр принимаемого микроволнового излучения формируется в слое океана порядка 0.1 - 1 мм. Информацию о более низких слоях можно получить только с применением косвенных методов и оценок (например, оценка биологической активности океана по образованию пленок ПАВ на поверхности; анализ модуляции поверхностного волнения подводными течениями, рельефом дна и т.п.). Существенным недостатком ДЗ поверхности Земли в СВЧ диапазоне является техническая сложность реализации высокого пространственного разрешения измерений. Как правило, по этому параметру микроволновые данные существенно уступают полученным в видимом диапазоне.
Ряд факторов (зоны облачности, линия побережья, пенные образования на поверхности океана, параметры волнения) являются общими при ДЗ океана в видимом и микроволновом диапазонах. Объединение информации, полученной в этих спектральных диапазонах, дает возможность эффективного определения данных, пригодных для решения тех или иных задач ДЗ океана и атмосферы (например, исключение из анализа данных, соответствующих площадям воды, покрытым пеной) и уточнения (на основе взаимного дополнения информации разных приборов) состояния исследуемой среды.