Решение прямой и обратной задач в рамках дистанционного зондирования параметров качества природных вод

• Автор: Лясковский, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 11.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Основы процессов взаимодействия солнечного света с ноглошаюшими и рассеивающими водными средами, взволнованной ветром I рани цен воздухвода и дном
1.1. Уравнение переноса излучения, механизмы ослабления и приращения излучения в водной среде, первичные и вторичные гидрооптические характеристики
1.2.Влияние поглощения и упругого рассеяния света в волной среде на спектральное распределение коэффициента диффузного огражения.

1.3 Феноменология процесса комбинационного рассеяния воды

1.4. Пигментные комплексы фитопланктона и феноменология флюоресценции хлорофилла

1.5.Природа флюоресценции РОВ

1.6.Оптические свойства дна. Влияние альбедо дна на яркость света,

выходящего из воды

1.7. Влияние взволнованности поверхности волы и условий се освещения Солнцем и небосводом на восходящую яркость

Глава 2. Первичные гидрооптические характеристики природных вол.

2.1 .Основные оптически активные компоненты природных вод
2.2.Удельные первичные гидрооптические характеристики основных ОАК.
2.3. Выводы по главе 2.
лава 3. Концептуальная схема методологическою подхода по
решению прямой и обратной задач.
3.1 Общая схема методологического подхода и входные данные для
моделирования.
3.2. Численное решение прямой задачи.
3 2.1. Моделирование спектра коэффициента диффузного
отражения света водным столбом в приближении
поглощения и упругого рассеян ия.
3.2.2. Оценка влияния комбинационного рассеяния и флюоресценции на спектральное распределение коэффициента диффузного отражения
3.2.3. Оценка влияния дна на спектральное распределение результирующего коэффициента диффузного отражения
3.2.4. Оценка влияния взволнованности поверхности воды и условий освещенности на восходящую яркость
3.2.5. Формирование радиометрических характеристик цвета воды как функций состава воды и освещенности приходящего солнечного излучения.
3.3. Решение обратной задачи алгоритмы восстановления параметров
качества воды
3.3.1. Регрессионные алгоритмы.
3.3.2. Процедура многомерной оптимизации.
3.3.3. Метод нейронных сетей.
3.3 4 Результаты и анализ численных экспериментов по решению
обратной задач и.
а без учета трансспектральных взаимодействий и влияния альбедо дна
б с учетом трансспектральных взаимодействий и влияния альбедо дна.
3.3.5. Итерационный подход для повышения точности
восстановления параметров качества воды
3.4. Выводы по главе 3.
Глава 4. Сравнение результатов численных экспериментов с данными натурных измерений
4.1. Характеристика полевых радиометрических экспериментов, проведенных в заливе Сагино .
4.2.Трофический статус залива Сагино
4.3.Выбор гилрооптической модели залива Сагино
4.4.Подтверждение проявления флюоресценции ЮВ в измеренных спектрах коэффициента диффузного отражения.
4.5 Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Применение таких математических методов как регрессионные алгоритмы, метод многомерной оптимизации и метод нейронных сетей для решение задачи восстановления парамсгров качества воды. Валидация результатов численного моделирования но данным полевых измерений восходящей, падающей освещенности, обусловленных солнечным излучением и вектора концентраций основных оптически активных компонентов ОАК природных вод. Произведены численные оценки индивидуального и совокупного влияния трансспектральных процессов взаимодействия фотонов с водной средой на спектральное распределение выходящего из воды потока. Исследовано формирование цветовых характеристик водного объема с учетом влияния широкого спектра механизмов взаимодействия фотонов с водной средой. Выявлены и исследованы алгоритмы, обеспечивающие наиболее адекватное восстановление вектора концентраций ОАК в широких пределах его естественных вариаций создано программное обеспечение этих алгоритмов. Предложен итерационный подход для повышения точности восстановления параметров качества воды. Теоретическая ценность работы заключается в исследовании методами численного моделирования ряда фундаментальных процессов взаимодействия квантов солнечного света с волной средой включающих упругое рассеяние, поглощение, комбинационное рассеяние и флюоресценцию в формировании
спектрального состава и интенсивности восходящей радиации в водных средах широкого диапазона оптических свойств. Путем сравнения эффективности алгоритмов восстановления параметров качества природных вод, выполненного на базе обширного модельностатистичсского материала, установлено, что при восстановлении параметров качества вод с широким диапазоном оптических свойств наиболее точным алгоритмом является метол многомерной оптимизации, при этом метод нейронных сетей, являясь мснсс точным, оказывается более оперативным при обработ ке больших объемов данных. Доказано, что учет процессов флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного органического вещества необходим для повышения точности восстановления параметров качества сложных в гидрооптическом отношении природных вод. Установлено, что флюоресценция растворенного органического вещества и хлорофилла фитопланктона вносит существенные изменения в радиометрические характеристики цвета природных под, и выявлены закономерности поведения этих характеристик в широком диапазоне гидроопти чески х уел ОБ и й. Солнца околоиолуденные часы но местному времени на средних широтах, углах визирования , и приводной скорости ветра не превышающих 2 мс. ОАК в сложных в гидрооптическом отношении водах Апробация работы. Зондированию им Нансена, С. Петербург, октябрь на Международной Конференции 5 Ii i i vi, СанДиего, США, октябрь , на Международной Конференции 1, Гамбург, Германия, нюнь на Международной Конференции по Атмосферной Радиации, С. Петербург, июль на Третьем Международном Симпозиуме по Ладожскому Озеру, Петрозаводск, сентябрь, на Коллоквиуме I, Москва, декабрь , на Международном Симпозиуме Ii i i vi, КсйпТаун, ЮАР, март на Международной Конференции 6 Ii i i vi, Чарлстон, США, май на научных семинарах НансенЦентра, СПбГЭТУ и РГГМУ. Личный вклад автора. Автор работы принимал участие на всех этапах исследования от постановки задачи, до обсуждения и анализа результатов численного моделирования. Автор обеспечивал создание компьютерных программ для решения прямой и обратной задач и обработку всех данных на компьютере. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии, включающей 0 наименований, из них на иностранных языках, и списка сокращений Общий объем работы 2 машинописные страницы, включая рисунка, таблиц. Пользуясь возможностью, автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность за постоянную помощь в проведении исследований, предоставленном экспериментальном материале, обсуждении и анализе их результатов научному руководителю д. Д. В Позднякову, директору НансснЦснтра к. Л. П. Бобылеву, Норвежскому Исследовательскому Совету, директору Центра по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена проф. О М.