Мониторинг снежного покрова по данным радиометра SEVIRI КА серии Meteosat

Снежный покров играет важную роль в формировании гидрологического и энергетического балансов территории. Информация о нём крайне важна для сельского хозяйства (для прогноза сохранности озимых культур в зимнее время, увлажнения почв при его таянии и др.). Наземные измерения на агрометеорологических станциях позволяют наблюдать за снегом точечно, т.е. на станции и в её ближайших окрестностях. Кроме того, наземная сеть метеорологических наблюдений за снегом неравномерно распределена по поверхности суши. Спутниковые наблюдения для многих территорий являются единственным источником информации о снежном покрове и, кроме того, дают возможность осуществлять мониторинг изменчивости границ снежного покрова. Однако они имеют и ряд ограничений: например, невозможность наблюдать за снегом сквозь облака и под деревьями (особенно хвойных пород), а также то, что оценки получаются в среднем для площади пиксела, т.е. если снегом занята меньшая часть пиксела (растаял в некоторых местах или в его пределах находилось много бесснежных территорий (дороги, лес, др.)), то пиксел по спутниковым данным будет считаться без снега, а если наоборот, большая часть пиксела занята снегом, то весь пиксел будет считаться покрытым снегом.
В ФГБУ ЕЦ «НИЦ «Планета» разработан автоматизированный программный комплекс (АПК), предназначенный для оперативного мониторинга снежного покрова по данным радиометра SEVIRI КА серии Meteosat. Помимо спутниковой информации (каналы 1-10 SEVIRI/Meteosat) в АПК используются данные прогностической модели Exeter (Великобритания, сетка 2,5°, сроки 0 и 12 ч UTC), а также числовой рельеф. В основе АПК лежит оригинальная авторская пороговая методика дешифрирования облачности по косвенным признакам [1, 2].
В процессе работы АПК для отдельных сроков спутниковых наблюдений дешифрирует облачную маску по данным измерений альбедо (каналы 1-3) и радиационной температуры (каналы 4-7, 9, 10) и для безоблачных пикселов в светлое время суток детектирует снег. Для остальных безоблачных пикселов определяется вероятность существования снежного покрова. В дневное время для безоблачных пикселов проводится классификация на 3 класса (вероятность наличия снега 100 %, >0 % и 0 %), а в ночное время только на 2 класса (вероятность наличия снега >0 % и 0 %). Таким образом, АПК в течение суток детектирует 4 класса объектов: облачно, безоблачно/снег, безоблачно/вероятно снег, безоблачно/без снега.
Используя результаты «срочных» наблюдений (8 основных синоптических сроков), АПК строит суточные монтажи снежно-ледового покрова сперва для каждого КА Meteosat, а затем для двух КА, если оба прибора захватывают заданную территорию.
Выходные продукты АПК – бинарные матрицы со значения кодов классов и соответствующие им растровые карты. «Срочные» наблюдения и суточные монтажи для каждого КА за снежным покровом получаются для полного круга обзора или его фрагмента прибора SEVIRI/Meteosat с исходным разрешением, на регулярной сетке или для любой картографической проекции, заданной матрицей координат, а для двух КА – для общего региона на регулярной сетке или заданного матрицей. Зона обзора радиометра SEVIRI/Meteosat: угол спутникового визирования не более 7,7° или ±69° широты/долготы вокруг точки стояния.
Была проведена авторская валидация суточных карт снежного покрова, построенных по информации двух КА, данными наземных наблюдений на метеостанциях и снегомерных маршрутах за высотой снега за январь-май 2024 г. для территории 40-67° с.ш. и 15-95° в.д. Точность классификации (HR – Hit Rate) для 3х классов вероятности снежного покрова составляет в среднем 86 %. В зимние месяцы точность классификации классов «вероятно снег» и «снег/лёд» выше (~100 %), чем весной.
В 2019 г. Гидрометцентром России и НИЦ «Планета» была разработана система мониторинга и прогнозирования гидрометеорологической обстановки в бассейне р. Волга («ГИС Волга») [3, 4]. В систему в виде веб-сервисов поступают данные Гидрометцентра России (гидрологические, метеорологические и агрометеорологические данные, информация снегомерных маршрутов с сети Росгидромета, метеорологический прогноз, прогноз уровней и притока вод в водохранилища бассейна р. Волга), а также результаты спутниковой классификации с веб-сервисов НИЦ «Планета». Доступ к данным в системе «ГИС Волга» осуществляется через веб-приложение с помощью обычного веб-браузера. С 2024 г. ГИС «Волга» дополнен спутниковым продуктом «Карты снежного покрова по данным SEVIRI/Meteosat» (3 класса объектов: облака, безоблачно/без снега, безоблачно/снег). Класс «безоблачно/без снега» в ГИС «Волга» включает в себя 2 класса с карт «Вероятность снежного покрова»: безоблачно/без снега и безоблачно/вероятно снег, т.е. этот класс необязательно без снега: снег может присутствовать, но экранироваться, например, деревьями.