Быстрый алгоритм восстановления аэрозольной оптической толщины атмосферы и альбедо поверхности по спутниковым данным

Практически во всех известных алгоритмах атмосферной коррекции спутниковых данных используется метод lookup tables (LUT). Его достоинством является значительное сокращение объема вычислений, что весьма существенно при отсутствии быстрых процедур расчета переноса излучения в системе атмосфера – подстилающая поверхность. Недостатком этого метода является необходимость использования огромного массива предварительно насчитанных данных, необходимость практически полного пересчета и замены этого массива при изменении каких-либо параметров модели, а также невозможность учета многопараметрических моделей ввиду резкого увеличения объема массива данных. С этим связана необходимость использования ряда априорных ограничений, а также фиксированного набора рабочих длин волн.
Ранее нами был предложен алгоритм ART (Aerosol Retrieval Technique) восстановления оптических характеристик аэрозольной атмосферы, а именно аэрозольной оптической толщины (АОТ) атмосферы, параметра Ангстрема и альбедо поверхности по спутниковым данным, отличительной особенностью которого является отказ от использования традиционного метода lookup tables и применение численных процедур расчета переноса радиации для конкретной модели системы атмосфера – подстилающая поверхность. Он основан на развитом авторами исключительно быстром коде RAY для расчета задач переноса излучения в системе атмосфера – подстилающая поверхность с учетом состояния поляризации. Алгоритм ART позволяет включать различные модели молекулярно-газовой атмосферы и распределения аэрозоля в верхней и средней атмосфере, обрабатывать данные для различных длин волн спутникового инструмента, а также использовать метод наименьших квадратов при восстановлении параметров атмосферы и подстилающей поверхности, что обеспечивает оптимальное использование информации, содержащейся в многоспектральных спутниковых данных. Гибкость алгоритма позволяет обрабатывать данные для различных спутниковых оптических инструментов.
В этом докладе мы представляем новую оперативную версию FAR (Fast Aerosol Retriever) алгоритма восстановления оптических параметров атмосферы и альбедо поверхности по спутниковым данным. Алгоритм FAR почти в 100 раз быстрее, чем ART благодаря использованию аналитических решений теории переноса излучения. В нем обработка изображения объемом 106 пикселей занимает время порядка 5-6 мин. Платой за резкое увеличение скорости обработки является увеличение на 15-20% погрешности восстановления АОТ.
В алгоритме FAR, как и в ART, атмосфера условно разбивается на два слоя. Оба слоя включают аэрозольное рассеяние и поглощение, молекулярное рассеяние и газовое поглощение. Параметры атмосферы в нижнем тропосферном слое предполагаются изменчивыми от пикселя к пикселю, верхний слой атмосферы выше 2-3 км считается горизонтально однородным в пределах всего обрабатываемого кадра изображения. Перенос излучения в верхнем слое рассчитывается численно по программе RAY с учетом поляризации, в нижнем слое – на основе аналитических решений. Анализируется точность используемых аналитических решений для реального диапазона параметров атмосферы и условий наблюдения.
В докладе будет продемонстрировано сравнение данных, восстановленных по алгоритму FAR, с результатами восстановления алгоритмом ART, а также другими известными алгоритмами и с измерениями в сети AERONET.
Настоящее исследование выполнено при финансовой поддержке программы Союзного государства «Космос-НТ».