Методы цифровой обработки многозональных спутниковых снимков в задачах анализа мезомасштабных конвективных атмосферных движений

• Автор: Войнов, Никита Евгеньевич
• Шифр специальности: 25.00.30
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. АТМОСФЕРНЫЕ МЕЗОКОНВЕКТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПО
ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
1.1. Спутниковые средства мониторинга мезомасштабных конвективных систем
1.2. Классификации мезомасштабных конвективных систем
1.3. Конвективные системы мелкой и глубокой конвекции
1.3.1. Мезомасштабные системы мелкой конвекции
1.3.2. Мезомасштабные конвективные комплексы
2. ЦВЕТОВОЙ АНАЛИЗ МЕЗОКОНВЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ПО
ДАННЫМ МНОГОСПЕКТРАЛЬНОГО ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ
2.1. Информативность спектральных диапазонов современной многозональной спутниковой аппаратуры дистанционного зондирования Земли
2.2. Методы колориметрических преобразований спутниковых изображений
2.2.1. Цвет как важная характеристика восприятия объекта
2.2.2. Колориметрические модели
2.3. Синтез псевдоцветных изображений по данным многоспектрального дистанционного зондирования
2.3.1. Идентификация облачности на основе синтезирования снимков с помощью различных колориметрических моделей
2.3.2. Идентификация стадии развития конвективной облачности
3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕКСТУРЫ
МЕЗОКОНВЕКЦИИ НА СПУТНИКОВЫХ СНИМКАХ
3.1. Разномасштабный анализ на основе вейвлет- преобразования
3.1.1. Теория дискретного вейвлет- преобразования изображений
3.1.2. Пример использования вейвлет-преобразования для формирования пирамиды изображений
3.2. Текстурный анализ снимков облачности мелкой конвекции
3.3. Алгоритмы определения высоты слоя конвективных ячеек открытого и закрытого типа

3.4. Методика расчета текстурной сложности области,
занятой разномасштабными облачными системами, на основе вычисления ее фрактальной размерности
3.4.1. Фрактальный подход к описанию текстур
3.4.2. Исследование мезоконвективных систем на основе вычисления фрактальной размерности
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время наблюдается быстрый прогресс в области создания и развития космических средств и технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В мире уже успешно эксплуатируются десятки космических аппаратов (КА) ДЗЗ, непрерывно разрабатываются новые проекты по реализации перспективных возможностей наблюдения и съемки Земли из космоса. Стремительный процесс технического совершенствования КА ДЗЗ, непрерывное расширение состава и рост информационных характеристик бортовых съемочных и зондирующих приборов требует развития новых технологий интерпретации и использования получаемых космических данных. Для получения ощутимого экономического эффекта от внедрения космических данных ДЗЗ в практику деятельности многочисленных хозяйственных отраслей нашей страны необходимо иметь информацию о процессах на земной поверхности в глобальном, региональном и локальном масштабах. Осуществить эту задачу невозможно без решения широкого спектра задач цифровой обработки информации в реальном масштабе времени.
Совершенствование аппаратурно-технической базы средств наблюдения за атмосферой земли и происходящими здесь процессами с помощью метеорологических спутников Земли (МСЗ) требуют адекватного совершенствования методов и алгоритмов извлечения метеорологической информации из данных таких наблюдений. Без такого «взаимодействия» средств наблюдения и методов их обработки значительная часть получаемой из космоса информации останется не использованной, что уже неоднократно происходило в прошлом. Поэтому разработка методов автоматизированной обработки спутниковых изображений, базирующихся на вычислительной математике и учитывающих большую размерность исходных данных, является актуальной задачей.
Известно, что все метеорологические процессы по их пространственному и временному масштабам можно разделить на макропроцессы, процессы синоптического масштаба, мезопроцессы и микропроцессы. Спутниковое дистан-

чево-дождевые, то градиент у в них больше у'а, отсюда следует, что темпера-
тура на периферии при ю < 0 понижается во времени

и, тем самым,
способствует образованию облака. Условия для конденсации водяного пара более благоприятны на наветренной стороне ячейки. Распространение облака вокруг центральной части происходит под влиянием вихревого (циклонического) движения в горизонтальной плоскости. Строение открытой конвективной ячейки, видимое на спутниковом снимке, представлено на рис. 1.14.
Рисунок 1.14. Поле открытых ячеек
A) Снимок МСЮ18/А()иА. 28.10.2006 в 22.40 11ТС, разрешение 250 м;
B) Вдвое увеличенный фрагмент из изображения (А). Голубая стрелка указывает на безоблачную область в центре ячейки. Красная стрелка указывает на дуги из мощных кучевых облаков на шквалистом фронте вдоль переднего края ячейки. Сиреневая стрелка указывает на небольшое облачное кольцо с наветренной стороны. Желтая стрелка указывает на разрушившееся мощное кучевое облако. Зеленая стрелка указывает на однородное поле мелких облаков в относительно невозмущенном пространстве между облаками /32/
Интерпретация мезомасштабных явлений отражена в выпущенных ВМО и национальными гидрометслужбами в 90-х годах учебно-методических пособиях /36-39/. Проведенные исследования показали, что образование открытых облачных ячеек и ячейковой конвекции происходит в случае, если в приводном слое тропосферы (до 100-200 м) вертикальный температурный градиент значи-