Дополнение и уточнение модели и алгоритма определения толщины морского льда по спутниковым изображениям ИК диапазона

В ААНИИ ранее разработана математическая модель и алгоритм определения толщины морского льда путем решения уравнений теплопроводности. По этой модели непосредственно определяется не истинная толщина льда и снега в данной точке (пикселе изображения), а преобразованная толщина приведенная к толщине только льда, имеющего одинаковую теплопроводность со льдом покрытым снегом
Hp = H + h*L/l ,
где H и L - толщина и теплопроводность льда, h и l толщина и теплопроводность снега
Для каждого пиксела ИК изображения вычисляется безразмерный параметр Q.
Q = (Ti – Tw) / (Tt – Tw) = (Ai – Aw) / (At – Aw),
где Ti и Ai - температура и яркость участка измерения толщин, Tt – At, Tw – Aw - температуры и яркости тестовых участков «толстого» льда и воды, которые предлагается определять путем опознавания и измерения на принятом спутниковом изображении экспертом с последующим осреднением и использованием этих средних значений при определении параметра Q для всех пикселей обрабатываемого ИК изображения.
Однако при низких темпертурах воздуха на разводьях и разрывах сразу же начинают образовываться ниласовые и молодые льды, а тестовые участки «толстого» льда в осенние и раннезимние периоды даже в арктических морях могут отсутствовать. Поэтому яркости подстилающих поверхностей, температура которых равна –1.8˚С, для каждого канала каждого спутника должны определяться заблаговременно, а в качестве температуры и яркости «толстого» льда использоваться результаты автоматического измерения в постоянных тестовых точках изображения заснеженной суши. При этом установлено, что для каждого пикселя ИК изображения температура и яркости участков «толстого» льда должны определяться с точностью не хуже ± 0.5ºС или 2 – 3 значения яркости в 10 битовом исчислении. Поэтому значения яркости должны определяться путем интерполяции а не осреднением.
В описании модели указывается, что фактор Q может быть использован для определения преобразованных толщин. Однако соответствующей формулы или графической зависимости не приведено. В результате обработки ряда спутниковых ИК изображений, на которых измерялись значения температур Tt - заснеженной суши в районе береговых станций и Ti – припая, преобразованная толщина которого известна, была построена эмпирическая асимптотическая кривая, которая затем была аппроксимирована отрезками прямых. Для поворотных точек этой ломаной линии были также рассчитаны значения параметра Q по модели. Практически полное совпадение экспериментальных данных с данными расчета по модели подтверждает физическую обоснованность модели и возможность использования в качестве тестовых точек «толстого» льда участки заснеженной суши. Для перехода от преобразованной толщины льда к истинной в модели вводится безразмерный параметр E = ( l/L ) / ( l/L + h/H ) определяющий ослабление теплового потока снегом. Теплопроводности и толщины льда и снега в этом уравнении предлагается брать по статистическим данным: для льда толще 20 см l / L = 1/10 h / H = 1/10
Таким образом истинная толщина, которая вычисляется по формуле Hi = Hp * E, по модели всегда равна 1/2 преобразованной. Между тем, истинная толщина льда, образование и начало нарастания которого происходило в бесснежные периоды, может равняться преобразованной. Поэтому высота снега на льдах той или иной преобразованной толщины должна определяться по данным береговых станций, а не по среднемноголетним статистическим данным.
по результатам исследований в рамках проекта Росгидромета 1.5.4 ЦНТП_2007).