Технология потоковой оценки высоты верхней границы облачности по стереопарам различных космических аппаратов
Волкова Е.Е., Бриль А.А., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Андреев А.И., Холодов Е.И.
// Материалы 23-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2025. С.78.
ISBN 978-5-00015-073-3
Оперативное определение высоты верхней границы облачности (ВГО) является ключевой задачей современной метеорологии, важной для мониторинга атмосферных процессов и экстремальных ситуаций. Традиционные методы на основе температурных профилей в инфракрасных каналах показывают хорошую точность до высот 8–12 км, однако их эффективность значительно снижается на больших высотах из-за наличия температурной инверсии. Лидарные методы обеспечивают высокоточную оценку высоты облаков на всех уровнях, но ограничены невозможностью построения единовременных полей облачности из-за точечного характера измерений. В качестве альтернативы используются стереоскопические методы, основанные на одновременных снимках с разных космических аппаратов (КА), при этом главной сложностью является необходимость строгой временной синхронизации съёмок. Целью работы является разработка и верификация автоматического метода регулярного восстановления полей высот ВГО на основе стереоскопических данных с разных КА, реализованного для данных высокоэллиптического спутника «Арктика-М» и геостационарного спутника Himawari-8/9.
Метод восстановления высоты ВГО основан на стереопаре . Технология оценки высот реализована следующим образом: для всех поступающих данных автоматически формируются пары синхронных инфракрасных снимков, для каждой пары проводится предварительная обработка, поиск контрольных точек с помощью алгоритма SIFT , их фильтрация, вычисление высот по отфильтрованным точкам и запись результатов в специализированную базу данных . Для формирования пар «Арктика-Himawari» используются данные приборов МСУ-ГС/ВЭ («Арктика-М») и AHI (Himawari-8/9) в каналах 10,7 и 11,2 мкм соответственно. В силу особенностей съёмки приборов практически синхронные по времени пары составляют снимки в 15 (МСУ-ГС/ВЭ) и 20 (AHI) минут, а также в 45 (МСУ-ГС/ВЭ) и 50 (AHI) минут каждого часа. Предварительная обработка состоит в уравнивании пространственных разрешений снимков в силу их заметного различия (4 км – у МСУ-ГС/ВЭ и 2 км – у AHI). Фильтрация контрольных точек производится с использованием трёх критериев: расстояние между сопоставленными точками менее 0,5°, совпадение пар точек по направлению смещения, а также осуществляется фильтрация по порогу яркости. С использованием данной технологии на текущий момент рассчитано несколько миллионов значений высот облачности.
Для валидации полученных полей высот были реализованы автоматизированные процедуры сопоставления полученных высот с данными продукта CLTH, разработанного JMA. Проанализированы массивы данных с ноября 2024 года по апрель 2025 года. Для стереопары «Арктика-Himawari» было сопоставлено около 220 тыс. точек. Коэффициент детерминации в этом случае с учётом предварительной фильтрации данных составил 0,83, что позволяет говорить о хорошей точности получаемых в результате работы технологии значений.
Проведённый анализ показал, что предложенный метод позволяет получать поля высот облачности с высокой частотой обновления и точностью, сопоставимой с CLTH. Принципиальным преимуществом разработанного подхода является переход от единичных точечных измерений к массовому систематическому мониторингу высоты облачности, что расширяет возможности оперативного мониторинга атмосферных явлений. Для дальнейшей валидации метода требуются дополнительные сравнения, в частности, с лидарными данными, такими как EarthCare.
Ссылка на текст:
http://conf.rse.geosmis.ru/files/books/2025/11109.htm
- Институт космических исследований РАН, Москва