Характеристика мезомасштабных процессов по объединенным оптическим снимкам высокого разрешения

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.