Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год

(http://conf.rse.geosmis.ru)

Характеристика мезомасштабных процессов по объединенным оптическим снимкам высокого разрешения

Медведева А. В. (1), Станичный С.В. (1), Кубряков А.А. (1)
(1) Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Российская Федерация
Используются оптические снимки высокого пространственного разрешения MSI Sentinel-2 и OLI Landsat-8 (иногда - Landsat-7). Для анализа явлений используются не отдельные сцены, а осуществляется их объединение в общее изображение. Например, для характеристики субмезомасштабных и мезомасштабных процессов в Черном море совмещаются 3-4 сцены Landsat-8 и от 2-4 до 24-26 сцен Sentinel-2. В последнем случае, в зависимости от зоны сканирования сенсором спутника, становится доступным в высоком разрешении изображение района моря, охватывающего до 20-30% от общей площади бассейна.
Объединение оптических снимков высокого разрешения имеет ряд достоинств. Во-первых, реализуется возможность детального изучения одиночных явлений мезомасштабных размеров, одновременно существующих одной или нескольких групп суб- и мезомасштабных явлений. Использование одиночных сцен высокого разрешения в силу фрагментарности затрудняет выявление связей между всеми процессами, попавшими в границы сканирования спутником («пролета»). Также неравнозначной является замена оптическими снимками среднего разрешения в силу неспособности фиксировать мелкомасштабные проявления. Этот подход позволяет выявлять системную организацию процессов и их взаимодействие. Так, в частности, были обнаружены: комплекс мезомасштабных вихрей, развившихся в виде схожих парных структур (вдоль восточного берега Черного моря, 06.04.2016 г), система Батумского антициклона, включившая в себя центральный вихрь и серию периферийных (юго-восточная часть Черного моря, 02.02.2018 г), системы вихрей различных масштабов, проявленных благодаря кокколитофоридному цветению (юго-восточная и восточная часть Черного моря, 21.01.2019 г) и др.
Во-вторых, в случае частичного перекрытия или близкого пролегания зон сканирования разными спутниками (Landsat-7, Landsat-8, Sentinel-2) в один день при условии пренебрежения временной разницей (обычно от 8-15 до 30-40 минут) объединяются полученные снимки с этих спутников. В результате, район охвата акватории сценами высокого разрешения еще более увеличивается (от 30-35% и более от общей площади черноморского бассейна), выходит за границы «пролета» одним спутниковым комплексом.
В-третьих, при полном или частичном совпадении зон сканирования в один день разными спутниками расширяются возможности оценки динамических характеристик суб- и мезомасштабных процессов: анализу подвергаются не только одиночные явления, но значительное количество обнаруженных на объединенных сценах, что позволяет уже провести сравнение в исследуемом районе по таким критериям, как расстояние и скорость их сдвига. Например, внутренние волны у берегов Крыма в различных районах (Каламитский залив, побережье Севастополя, прибрежная зона Южного берега Крыма) в летние месяцы: различие в скорости смещения в зависимости от места проявления, фазы существования, взаимодействия с иными явлениями и процессами (вихри, фронты, иные внутренние волны).
В то же время имеются ограничения при работе с объединенными оптическими изображениями высокого разрешения:
- объединение осуществляется в графических редакторах («пиксель в пиксель») из-за неспособности доступных специализированных программ произвести полноценное объединение большого количества сцен без потери качества изображения (SNAP Desktop и аналогичные: программные инструменты объединяют спутниковые снимки, но не реализуют выгрузку полученного изображения в каком-либо формате в высоком разрешении на носитель); объединение снимков Sentinel-7 и 8 возможно в среде MathLab, но для сцен Sentinel-2 такая возможность еще только разрабатывается;
- из-за сведения изображений в графических редакторах теряется информация о географических координатах – поэтому для выполнения вычислительных операций возникает необходимость работать с исходными данными; в то же время перевод в геоинформационную систему не ограничивается фрагментами одной сцены;
- выполнение сведения даже небольшого количества сцен с исходно высоким разрешением (как у сцен MSI Sentinel-2) требует компьютерного оборудования с достаточно мощными характеристиками (производительный процессор, количество оперативной памяти DDR3/DDR4 от 16 Гб и более, и т. д.).
Работы выполнена при поддержке гранта 18-45-920036\19 р_а РФФИ и г. Севастополя «Характеристики внутренних волн в районе Гераклейского полуострова: проявление, моделирование, влияние на экосистему» и частично в рамках государственного задания № 0827-2018-0004. А также – при поддержке гранта 19-05-00479 А РФФИ «Генерация, эволюция и роль в переносе вещества субмезомасштабных вихрей в Черном море» и в рамках государственного задания № 0555-2019-0001.

Ключевые слова: Объединенные оптические изображения, оптические изображения высокого разрешения, субмезомасштабные процессы, мезомасштабные процессы

Презентация доклада

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

301