Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

Участие в конкурсе молодых ученых 

XIX.B.30

Метод определения общего содержания озона и водяного пара в столбе атмосферы по данным геостационарного космического аппарата Электро-Л №3

Блощинский В.Д. (1), Шамилова Ю.А. (1), Амельченко Ю.А. (1)
(1) Дальневосточный центр ФГБУ "НИЦ "Планета", Хабаровск, Россия
Одними из основных газов, оказывающих сильное влияние на парниковый эффект планеты, являются водяной пар и озон. Поэтому изучение их пространственно-временного распределения и изменения – важная задача, которая также связана с их вовлеченностью в формирование климата в атмосфере и у поверхности Земли. В настоящее время региональный и глобальный мониторинг газовых составляющих проводится по данным in situ и данным дистанционных измерений, в том числе с космических аппаратов (КА). Оценка общего содержания озона (ОСО) и общего содержания водяного пара (ОСВП) в столбе атмосферы может осуществляться как с полярно-орбитальных, так и геостационарных КА, которые могут представлять больший интерес, так как они позволяют получать информацию с большим пространственным покрытием исследуемой территории и с высокой частотой обновления поступающей информации.
В данной работе рассматривается применение метода оценки ОСО и ОСВП с помощью искусственных нейронных сетей (ИНС) по данным спутникового прибора МСУ-ГС геостационарного космического аппарата (КА) Электро-Л №3. Данная методика предназначена для оценки газовых составляющих в безоблачной атмосфере в дневное время суток. Архитектуры ИНС строились на основе полносвязных нейронных сетей, куда дополнительно включались слои активации и слои нормализации активации. Обучение проводилось по алгоритму обратного распространения ошибки, где в качестве оптимизатора выл выбран алгоритм Adam, а в качестве функции потерь использовалось среднеквадратичное отклонение. Для обучения ИНС была сформирована выборка, в которую включались: измерения в каналах 5 - 10 спутникового прибора МСУ-ГС, оценки ОСО по данным прибора OMPS КА Suomi NPP, оценки ОСВП по данным прибора MODIS КА Terra и Aqua. Ввиду наличия корреляции общего содержания озона и водяного пара с тепловым режимом атмосферы, в выборку включались данные вертикального профиля температуры и приземное давление, полученные из прогностической модели GFS (Global Forecast System). Дополнительно в выборку была включена информация, необходимая для учета пространственно-временных изменений распределения газовых полей: месяц в году, зенитные углы спутника и Солнца.
Разработанный метод оценки значений ОСО и ОСВП в столбе атмосферы по данным МСУ-ГС показал высокую согласованность получаемых результатов со спутниковыми оценками этих параметров по данным приборов OMPS и MODIS. Коэффициент корреляции общего содержания озона при сравнении с данными OMPS составил 99%, а общего содержания водяного пара с данным MODIS – 98%. Среднеквадратическое отклонение для оценки ОСО составило 5.2 DU, а для ОСВП – 0.3 см. Полученные результаты валидации показали, что разработанная методика оценки значений общего содержания озона и водяного пара обеспечивает точность восстановления согласно требованиям ВМО.

Ключевые слова: МСУ-ГС, Электро-Л, газ, озон, водяной пар, искусственная нейронная сеть

Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга