Проблемы использования спутниковых радиолокационных данных при решении задачи автоматизации ледового картирования в рамках специализированного гидрометеорологического обеспечения

В настоящее время уделяется большое внимание развитию судоходства в акватории Северного морского пути (СМП). Для обеспечения эффективности и безопасности грузоперевозок необходимо заблаговременное планирование морских операций, которое основывается, в том числе, на информации об ожидаемых ледовых условиях на маршрутах следования. Данная информация предоставляется в рамках специализированного гидрометеорологического обеспечения (СГМО). Ввиду перспективы дальнейшего роста грузопотока, к системе СГМО предъявляются новые требования. Эти требования предполагается выполнить, в частности, с помощью внедрения автоматизированных технологий, в том числе алгоритмов классификации ледяного покрова по данным дистанционного зондирования Земли из космоса. Для задач оперативного СГМО данные космической радиолокационной съёмки являются приоритетным и зачастую единственным источником информации о ледяном покрове Арктики. Соответственно, значительная часть методик, предлагаемых в настоящее время для автоматизации ледового картирования, основывается на применении алгоритмов классификации именно к радиолокационным изображениям. Наряду с преимуществами, такими как всепогодность и независимость от условий естественной освещённости, этот вид данных имеет ряд особенностей, связанных со сложным взаимодействием зондирующего сигнала с ледяной толщей. Эти особенности не позволяют установить однозначную связь между параметрами различных типов льда и их отображением на космических снимках. На взаимодействие сигнала с ледяной толщей влияют факторы, связанные как с конструкцией конкретной радиолокационной станции, так и с комплексом физико-химических свойств льда. Вклад каждого фактора второй группы в результирующее значение удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) льда никогда не известен, а их совокупное влияние приводит к тому, что разные типы льда могут иметь схожее отображение, и наоборот, один и тот же тип льда может отображаться по-разному в пределах заснятой акватории. Пренебрежение этими особенностями при использовании автоматизированных методов может приводить к ошибкам анализа и, следовательно, планирования морских операций. Для снижения вероятности ошибок, необходим комплексный анализ всей доступной гидрометеорологической информации, а также экспертный контроль результатов работы алгоритма. Оптимальным представляется совмещение экспертного анализа и автоматизированных технологий с ведущей ролью эксперта.

Обзор научного материала выполнен в рамках НИТР НИУ Росгидромета на 2021–2024 гг. по теме 5.1.2 «Развитие существующих и разработка новых методов и технологий долгосрочного (месячного и сезонного) прогнозирования элементов ледово-гидрологического режима арктических морей, низовьев и устьевых областей рек в условиях климатических изменений» (Афанасьева Е. В.).
Сбор, обработка и анализ спутниковых данных выполнены в рамках темы «Мониторинг» (гос. регистрация № 122042500031-8) (Афанасьева Е. В., Соколова Ю. В., Тихонов В. В., Ермаков Д. М.).