Развитие методов определения параметров облачного покрова и идентификации зон осадков по данным измерений полярно-орбитального ИСЗ

• Автор: Волкова, Елена Викторовна
• Шифр специальности: 11.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ,,, ,,, „, ,,,
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ОБЛАЧНОСТИ И ИНДИКАЦИИ ЗОН ОСАДКОВ ПО ТВ- И ИК-ИЗОБРА-ЖЕНИЯМ С ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ И ПОЛЯРНО-ОРБИТАЛЬНЫХ МИСЗ
1.1. Визуальные методы определения характеристик осадков по ТВ- и ИК-снимкам облачности с МИСЗ
1.2. Автоматические методы анализа характеристик осадков по ТВ- и ИК-снимкам с МИСЗ
1.2.1. Индикатщя зон осадков в тропиках
1.2.1.1. Моноспектральные (одноканальные) методы
1.2.1.2. Биспектральные методы
1.21.3. Исследование «изолированных ливней»
1.2.1.4. Комбинирование ТВ- и ИК-информации об осадках с результатами СВЧ-измерений
1.2.2. Распознавание осадков во внетропических ишротах
1.2.2.1. Биспектральные методы
1.2.22. Сценки характеристик осадков из внетропических циклонов
1.2.2.3. Использование информации с полярно-орбитальных МИСЗ
1.3. Практическое использование сведений об осадках, получаемых по
ТВ- и ИК-данным с МИСЗ
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ДАННЫХ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ
МЕТОДИК КЛАССИФИКАЦИИ СНИМКОВ С МИСЗ
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ БАЛЛА ОБЛАЧНОСТИ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ ОБЛАЧНОГО ПОКРОВА В ВИДИМОМ И ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНАХ СПЕКТРА С ПОЛЯРНО-ОРБИТАЛЬНЫХ ИСЗ,„
3.1. Пороговый метод детектирования облачности
32. Кластерный метод обнаружения облачных образований
3.3.Сопоставяение точности пороговой и кластерной методик детектирования облачности
3.4. Использование методик для климатических исследований
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. ОБНАРУЖЕНИЕ ЗОН ОСАДКОВ ПО ДАННЫМ С МИСЗ ШЛА
4.1. Подготовка данных синоптических наблюдений для валидации
методшсспутниковой индоишцщ зон осадков
4.2. Сопоставление точности контрольных синоптических и радиолокационных наблюдений за осадками
4.3. Пороговая методика индикации зон осадков
4.4. Кластерная методика индикация зон осадков
4.5. Сопоставление работы пороговой и кластерной методик при похшк-сельном анализе спутниковых изображений
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ И ДРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ВЫПАДАЮЩИХ ОСАДКОВ ПО ДАННЫМ С МИСЗ Ж)АА
5.1. Определение характеристик осадков по небольшим фрагментам
снимков с МИСЗ
5.2. Индикация зон осадков на больших фрагментах изображений с МИСЗ
5.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
Облачность и связанные с нею осадки существенно влияют на многие сферы человеческой жизнедеятельности. Сведения об осадках используются в сельском хозяйстве, строительстве, авиации, гидроэнергетике и др. Количественные данные об облачности и осадках необходимы для усвоения в численных прогностических моделях и моделях климата, а также для валидации результатов численного моделирования. Вследствие недостаточной плотности и неравномерного пространственного распределения наземной сети наблюдений за осадками, в том числе практического отсутствия данных для акватории океанов, в настоящее время приоритетной задачей является создание спутниковых методов обнаружения осадков и определения их характеристик.
В наши дни наиболее успешно осадки дешифрируются по изображениям облачности в видимом (ТВ) и инфракрасном (ЙК) диапазонах спектра с геостационарных метеорологических искусственных спутников Земли (МЙСЗ) в приэкваториальных районах, где вероятность выпадения и интенсивность осадков находятся в прямой зависимости от вертикальных и горизонтальных размеров облака, которые легко оценить по данным измерений альбедо и температуры верхней границы облачности (ВГО). В умеренных широтах такая устойчивая связь характерна лишь для летних осадков, связанных с конвективной облачностью.
Попытки ряда зарубежных исследователей адаптировать отдельные из существующих методик идентификации зон осадков в тропиках к условиям теплого периода года в умеренных широтах дали обнадеживающие результаты [36, 50, 88, 111]. Основным недостатком подобных методик является их «локальный» характер, т.е. сильная зависимость качества распознавания осадков от расстояния до региона, для которого они были разработаны. При переносе схем идентификации на соседние территории обычно приходится использовать дополнительную наземную информацию об осадках для уточнения и пересчета отдельных параметров этих схем. Несмотря на это, в ряде стран внетропических широт схемы автоматического распознавания осадков и оценок их характеристик по ТВ- и ИК-данным с геостационарных и полярноорбитальных МИСЗ успешно используются для индикации и прогнозирования осадков, а также в климатических исследованиях [77-82,90,91,120,121].
Вплоть до настоящего времени подобные работы практически отсутствовали для территории России. Предложенные 15-20 лет назад в интересах спутниковой климатологии методики идентификации осадков в большинстве своем основаны на визуальном анализе снимков облачности [6-12, 20-22, 25, 26], и успешность их применения существенно зависит от квалификации метеоролога. Получаемые при этом

1) используя пороговые значения альбедо (А! > 40 %), температуры ВГО (Т4 < 280 К) и разности ВТО (ВТО < 1 К) определяются пикселы с оптически плотными
облаками;
2) термодинамическая фаза и эффективный радиус облачных частиц определяются с помощью значений альбедо по измерениям в канале 3 и результатов расчетов по модели облачности.
Порогом для выпадения осадков определен эффективный радиус 6 мкм. Анализ показывает, что повышение точности распознавания зон осадков с помощью этого метода, по сравнению с бипороговым (ТВ+ИК) методом, наблюдается лишь в случае облаков с теплыми вершинами, состоящих из крупных капель, но содержащих небольшое количество ледяных частиц.
Венгерские исследователи [531 показали эффективность использования совместных спутниковых и радарных данных для детального описания свойств дождящей облачности. Кластерная классификация облачности по ТВ- и ИК-данным с геостационарного МИСЗ МЕТЕОБАТ (выделяются 9 классов объектов снимков) позволяет получать лишь качественную информацию об осадках (вероятность выпадения осадков из каждого выделенного класса) для территории Венгрии. Использование совместных радарных и спутниковых (МИСЗ НОАА) измерений позволяет получать количественную информацию, например, определять водность облака (1ЖР, в г/м3) и интенсивность выпадающих осадков (1, в мм/ч); 1ДМР=*2:3*(т*г«), гА-ют+а*'г-.+а:;-Т..+а- где х - оптическая плотность облачности, полученная по данным каналов 1 и 3 радиометра АУНКК (рассчитывалась только для пикселов, отнесенных к облачным с помощью порогового метода, используя данные во всех пяти каналах); ге - эффективный радиус частиц (в мкм), определяемый но таблицам связи т и ге для пикселов с т > 10; Тс - температура ВГО; ао, а2, аз и - некоторые эмпирические коэффициенты. Коэффициент корреляций оценок I по этой эмпирической формуле с наземными данными равен 0,51, что, как считают авторы, сопоставимо с точностью оценок осадков по данным МРЛ для этой же территории. Сопоставление результатов обнаружения полей осадков по данным с МИСЗ и МРЛ дает коэффициент корреляции 0.3. Авторы [531 предполагают, что столь низкая корреляция связана, по-видимому, не столько с пространственными и временн'ыми неточностями совмещения двух видов измерений, сколько с тем, что данные МИСЗ и МРЛ дают относительно независимую информацию об осадках и, таким образом, существуют потенциальные возможности комбинирования спутниковых и радарных данных с целью повышения точности оценок характеристик осадков.