Восстановление влагосодержания атмосферы и приводного ветра с помощью нейронно-сетевых алгоритмов по спутниковым микроволновым данным

• Автор: Заболотских, Елизавета Валериановна
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 207 с.

Содержание
Введение.
Глава 1. Физические основы спутниковой микроволновой радиометрии
1.1. Перенос микроволнового излучения в системе атмосфера-океан.
Основные формулы и приближения.
1.2. Модели поглощения микроволнового излучения в атмосферных газах
облаках - определение ctv (И).
1.2.1. Поглощение микроволнового излучения кислородом.
1.2.2. Поглощение микроволнового излучения водяным паром.
1.2.3. Поглощение микроволнового излучения облаками.
1.3. Модели микроволнового излучения океана - определение Xpv и fP v .
1.3.1. Излучение гладкой морской поверхности.
1.3.2. Излучение морской поверхности, подверженной воздействию приводного ветра.
1.4. Спектры радиояркостных температур уходящего излучения системы
атмосфера-океан в диапазоне частот от 5 до 100 ГГц.
1.5. Измерение микроволновой радиации.
1.5.1. Радиотеплолокационные системы.
1.5.2. Special Sensor Microwave Imager (SSM/I).
Глава 2. Разработка алгоритмов оценки влагосодержания атмосферы, водозапаса облаков и скорости приводного ветра в системе атмосфера-океан по данным SSM/I с использованием нейронных сетей и физических ограничений -Численный эксперимент по замкнутой схеме
2.1. Схема численного эксперимента.
2.1.1. Схема решения прямой задачи.
2.1.2. Схема решения обратной задачи.
2.2. Математические основы алгоритмов, основанных на применении
нейронных сетей (НС).
2.2.1. Общие понятия.
2.2.2. Проблемы.
2.3. Физические ограничения.
2.4. Результаты численного эксперимента.
2.4.1. Определение оптимальной НС-модели (ОНС).
2.4.2. Настройка алгоритмов с использованием О НС.
2.4.3. Оценка относительного вклада каналов SSM/1 а оценку параметров.

2.4.4. Анализ результатов тестирования алгоритмов и выводы.
2.4.5. Оценка потенциальных точностей оценки параметров по измерениям радиометра МТВЗА-ОК на планирующемся к запуску российском спутнике Метеор-ЗМ
Глава 3. Настройка и валидация алгоритмов восстановления скорости приводного ветра, влагозапаса атмосферы и водозапаса облаков в системе атмосфера-океан по данным SSM/I
3.1. Оценка скорости приводного ветра по данным SSM/I.
3.1.1. Данные.
3.1.2. Модель НС.
3.1.3. Физические ограничения.
3.1.4. Альтернативный алгоритм.
3.1.5. Результаты.
3.2. Оценка влагозапаса атмосферы и водозапаса облаков
по данным SSM/I.
3.2.1. Данные.
3.2.2. Модель НС.
3.2.3. Физические ограничения.
3.2.4. Альтернативные алгоритмы.
3.2.5. Результаты.
Заключение.
Приложение I. Обзор литературы, посвященной истории и текущему состоянию
проблемы восстановления геофизических параметров системы
атмосфера - океан по данным спутникового микроволнового
пассивного зондирования.
Приложение И. Радиационная модель, использованная в работе при расчете радиояркостных температур уходящего микроволнового излучения системы атмосфера - океан.
Приложение III. Базы данных, использованные в работе.
Библиографический список
Введение
Дистанционные аэрокосмические методы изучения природной среды нашли широкое применение во многих разделах гидрометеорологии и океанологии. С развитием спутниковой метеорологии и созданием метеорологических систем для получения глобальной информации, одной из центральных проблем дистанционного зондирования стало восстановление различных геофизических параметров. Уже 40 лет развиваются методы их определения, основанные на интерпретации измерений собственного излучения поверхности Земли и ее атмосферы, проводимых с искусственных спутников Земли. Данные измерения проводятся в различных диапазонах электромагнитного спектра, а искомые параметры определяются путем решения обратных задач атмосферной оптики [28]. Спутниковые радиометрические измерения характеризуются возможностью получения регулярной оперативной информации об атмосфере и подстилающей поверхности в глобальном масштабе и, дополняя комплекс традиционных гидрометеорологических наблюдений (контактных и дистанционных наземных), вносят существенный вклад в улучшение анализа погодообразующих процессов и климата. Особенную значимость приобретают эти измерения над обширными районами океанов, где традиционные измерения либо недостаточны, либо вообще отсутствуют [29].
Для микроволнового диапазона, в котором измеряется радиотепловое излучение системы атмосфера-океан (CAO) (I - 100 ГГц, или X > 0,3 см) характерен целый ряд преимуществ по сравнению с другими спектральными областями электромагнитного спектра, используемыми для дистанционного зондирования [6, 188]. В отличие от видимого света, микроволновая, или СВЧ, радиация практически не рассеивается в атмосфере, за исключением ситуаций с осадками. Наличие в данной спектральной области резонансных линий поглощения водяного пара позволяет определять влагозапас атмосферы Q, под которым будем понимать интегральное содержание водяного пара в атмосфере:

Q= j p(h)Jh

где p(h) - содержание водяного пара в единице объема атмосферы.
Кроме того, в данном спектральном диапазоне существенно поглощает излучение жидко капельная фракция воды в атмосфере, что делает возможным восстановление

10 30 50 70 90
Рис. 1.4 Зависимость коэффициента поглощения водяного пара от частоты (у- 10 - 120 ГГц), рассчитанная по модели [133]. р = 1013,25 мб; Т-288,15 К. а - р= 10 г/м3, б - р-20 г/м3,
Рис. 1.5 Зависимость коэффициента поглощения водяного пара от частоты (у = 20 -24 ГТц), рассчитанная для условий р = 1013,25 мб, Т = 288,15 К, р = 20 г/м3 по моделям: а - [133] б - [74].