О проблемах коррекции данных аэрокосмического дистанционного зондирования в видимом диапазоне спектра для исследования поверхности океана и ледяных покровов в условиях Арктики

Особенности метеорологических и оптико-геофизических параметров в регионах Арктики существенно осложняют математическое моделирование переноса поляризованного излучения в атмосфере, являющейся по существу гетерогенной системой с разными стратами, различающимися пространственной структурой и процессами взаимодействия излучения с веществом. Задача состоит в определении интенсивности ослабленного прямого излучения от источников и стационарного поля интенсивности однократно и многократно рассеянного излучения в рассеивающей, поглощающей и излучающей сферической оболочке (атмосфере) с отражающей и излучающей подстилающей поверхностью (суша, океан, облака) или за её пределами [1-5]. Такая модель описывает радиационное поле Земли как планеты с атмосферой.

Цель исследования связана с необходимостью создания вычислительной инфраструктуры использования данных аэрокосмического дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), когда на передний план выдвигаются разработки, касающиеся повышения информативности и достоверности обрабатываемых аэрокосмических данных. Составной частью таких разработок являются вычислительные процедуры распознавания природно-техногенных объектов по гиперспектральным аэрокосмическим изображениям (сотни спектральных каналов в видимой и ближней инфракрасной области, разрешение в единицы нанометра). Буквально в последние годы благодаря достижениям в элементной базе оптоэлектронного приборостроения внимание исследователей привлекли и проблемы, связанные с учетом состояния поляризации и деполяризации излучения. В качестве инструментария решения этой фундаментальной задачи служат разработанные авторами ранее и предполагаемые для дальнейшего развития методы, алгоритмы и расчетные программы обработки данных гиперспектрального зондирования на основе решения прямых и обратных задач теории переноса излучения и новых подходов в теории информатики. Эти задачи относятся к классу самых сложных вычислительных задач в кинетической теории переноса электромагнитного излучения в рассеивающих и поглощающих средах и аэрокосмического ДЗЗ.

Однако, никакие самые точные и самые адекватные модели переноса излучения и методы решения кинетических задач (в этой области успехи очевидные: Сушкевич, 2005) не дадут достоверных результатов, если в расчетах использованы неадекватные и не столь точные модели взаимодействия радиации с облачностью и аэрозолями. Потому в настоящий момент на первый план выходят исследования, связанные с микрофизическими и оптическими свойствами аэрозоля и облаков разного фазового состава: зависимость оптических свойств облаков от параметров микрофизической структуры и температуры облака, методы учета влияния формы облачных частиц на оптические характеристики облака. Оценки влияния оптических факторов на гиперспектральные характеристики радиации, тем более с учетом поляризации, можно проводить на упрощенных моделях для плоских слоев. Такие результаты представлены в докладе.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 14-01-00197_а, № 15-01-00783_а

1. Сушкевич Т.А. Осесимметричная задача о распространении излучения в сферической системе // Труды ИПМ АН СССР. О-572-66. М.: ИПМ АН СССР, 1966. 180 с.
2. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.
3. Сушкевич Т.А., Стрелков С.А. Модель переноса поляризованного излучения в системе атмосфера-земная поверхность // Сиб. журн. вычисл. математики. 1999. Т 2, № 1. С. 89-98.
4. Сушкевич Т.А. О моделировании переноса солнечного излучения в сферической атмосфере Земли и облаках // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12, № 3. С. 251-257.
5. Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. 60 лет от первого совещания по ИСЗ до современных систем дистанционного зондирования и мониторинга Земли из космоса: информационно-математический аспект (история и перспективы) // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 7. С. 573-580