Эксперимент применения продуктов MOD09CMA/MOD09CMG для атмосферной коррекции данных мультиспектральной съемочной системы космического аппарата Канопус-В

Атмосферная коррекция является важным этапом обработки данных дистанционных зондирования Земли (ДЗЗ), позволяющим повысить точность анализа и интерпретации спутниковых изображений. При этом выделяют следующие виды подходов к атмосферной коррекции: 1) приближенные, например, метод DOS (Chavez, 1988); 2) строгие, например, модель 6S (Vermote et al., 1997). Примеры применения строгих и приближенных методов атмосферной коррекции для данных российских космических систем (КС) ДЗЗ можно найти для одиночных исследований, например, (Зубкова и др., 2016). В рамках потоковой обработки используются преимущественно приближенные алгоритмы, в частности, (Plotnikov et al., 2023). Широкое применение строгих методов атмосферной коррекции для потоковых технологий ограничивается отсутствием актуальных значений параметров атмосферы для обрабатываемых спутниковых снимков территории РФ. Для преодоления данного ограничения в настоящей работе исследуется допустимость применения данных о параметрах атмосферы, измеренных КА Terra/Aqua и открыто предоставляемых (https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/). С использованием строгого метода (на основе модели 6S) в докладе рассматривается эксперимент по атмосферной коррекции данных мультиспектральной съемочной системы (МСС) космического аппарата (КА) «Канопус-В».
Продукт MOD09CMA/MOD09CMG, формируемый по данным MODIS КА Terra/Aqua, представляет собой ежедневные глобальные покрытия с информацией о содержании аэрозолей, озона и водяного пара, усреднённые на основе множества наблюдений в течения суток. Кроме того, данный продукт содержит глобальные суточные покрытия в величинах коэффициентов спектральной яркости (КСЯ) подстилающей поверхности (ПП) данных MODIS, также рассчитываемых с использованием модели 6S. Соответственно, верификация результатов атмосферной коррекции данных МСС КА «Канопус-В» в рамках эксперимента рассматривается относительно величин КСЯ ПП MODIS.
Учитывая существенные различия функций спектральной чувствительности (ФСЧ) каналов МСС и MODIS, дополнительно проводилась оценка допустимости сопоставления КСЯ ПП на основе множества наземных наблюдений (предоставляемых порталом RadCalNet, https://www.radcalnet.org/), пересчитанных с учетом ФСЧ съемочных систем. Для спектральных каналов Green (520-600нм) и Red (630-690нм) МСС демонстрируется соответствие измерениям одноименных спектральных каналов MODIS – относительная погрешность в пределах 1-2%. Кроме того, приводятся оценки изменчивости параметров атмосферы (аэрозоли, озон, водяной пар), наблюдаемых для полигонов RadCalNet, с целью показать их пригодность/соответствие наблюдениям для территории РФ (на примере Оренбургской области).
В итоге рассматривается методика атмосферной коррекции, включающая следующие основные этапы: 1) предварительная обработка данных МСС КА «Канопус-В», включая уточнение параметров абсолютной калибровки, например, с использованием подхода (Стремов и др., 2023), а также расчет углов визирования для спектральных каналов; 2) чтение параметров атмосферы (аэрозоли, озон и водяной пар) на основе продукта MOD09CMA/MOD09CMG для заданной даты и точки съемки; 3) расчет коэффициентов атмосферной коррекции с использованием пакета 6S (Wilson, 2013); 4) оценка точности результатов атмосферной коррекции по эталонным данным КСЯ ПП MODIS.
Результаты применения предложенной методики атмосферной коррекции данных МСС демонстрируются применительно к съемке КА «Канопус-В» №4 территории Оренбурской области (от 26.09.2023). При этом для спектральных каналов Green и Red МСС наблюдается высокая сопоставимость с эталоном – относительная погрешность составляет менее 1%. Кроме того, выполнено сравнение рассчитанного вегетационного индекса NDVI МСС относительно NDVI MODIS (рассчитанного по данным КСЯ ПП MODIS). Учет параметров атмосферной коррекции позволяет сократить ошибку расхождения вегетационного индекса в 4 раза (относительно индекса NDVI МСС, рассчитанного без атмосферной коррекции).
В заключении показаны результаты обработки 15 сцен МСС КА «Канопус-В» для различных регионов РФ за период август-сентябрь 2024г. Учитывая, что в рамках анализа рассматривались измерения для всех спектральных каналов, отмечается: 1) завышение расчетных значений КСЯ МСС КА «Канопус-В» относительно MOD09CMG (~ 10% от измеряемой величины КСЯ); 2) среднеквадратическая ошибка относительной погрешности значений КСЯ поверхности среди всех спектральных каналов МСС КА «Канопус-В» от данных MOD09CMG составила 12.73%. Полученные оценки свидетельствуют о целесообразности апробирования методики (разработанной в рамках эксперимента) для существенно большей выборки данных в обеспечение уточнения границ ее применимости и последующей интеграции в рамках потоковых технологий формирования базовых продуктов ДЗЗ (Markov A.N. et al., 2019).