Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Методы интерпретации данных спутниковой съемки для контроля параметров окружающей среды

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Методы интерпретации данных спутниковой съемки для контроля параметров окружающей среды"

комитет по гидрометеорологии и мониторингу

окружающей среды

министерства экологии и природных ресурсон российской федерации главная геофизическая обсерватория им. а.и.воепкова

л

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

ШАЛИ НА Глена Викторовна

УДК Г'2Н.в1

МЕТОДЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ СПУТНИКОВОЙ СЪЕМКИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ' ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

04 00.22- ГЕОФИЗИКА

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

санкт-петербург

1992

йбота выполнена в Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова

Официальные оппоненты: доктор ¿иэико-математических наук

Г.П.1>;;ин

' кандидат ризико-математических наук А.Я.Казаков

Ведущая организация - Институт озероведения РАН

Защита состоится " гг» кёЛ^Ц' 1992г. в М часов на заседании специализированного Совета Д 024.06.01 при Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по, адресу: 194018 Санкт-Петвроург, Нлрбшвва 7.

Автореферат разослан

- ЯЗ* ОКГ. 199

Ученый секретарь-специализированного Совета

доктор географических наук, профессор

Н.В.Кобышева

»¿¡ЛЫОТёКА ...... з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Разработка и применение дистанционных методов исследования окружающей среды, основанных на использовании данных космических измерений, считается одной из важнейших народно-хозяйственных задач с момента запуска первых космических носителей. Ценность материалов космических съёмок заключается в большой обзорности и непрерывности данных на значительных площадях, бзгляд из космоса приобретает особую актуальность в условиях широкого размаха антропогенных воздействий на природу Земли, поскольку позволяет прослеживать изменения, произошедшие в окружающей среде вследствие хозяйственной деятельности, а также оценивать трансграничный перенос загрязнений.

Накопленные к настоящему времени данные спутниковых измерений представляют собой огромный экспериментальный материал, хранящийся в виде магнитных лент и фотоснимков. Эти данные позволяют проанализировать изменение параметров окружающей среды по-¡ти за четверть века практически для любого региона планеты. )днако переход от качественных наблюдений Земли из космоса к соличественным оценкам и численно^ контролю за изменением параметров окружающей среды сдерживается недостатком как техниче-:ких средств, так и соответствующего программного обеспечения. I последние годы в нашей стране выполнено большое число исследо-аний, связанных с разработкой указанной проблемы. Однако, к оменту начала этой работы соответствующих результатов, дове-ённых до практического применения, было мало и большинство из их было сделало зарубежными авторами.

Настоящая работа ориентирована на обработку данных спутни-овой съёмки, проведённой в коротковолновой области спектра.

Определение параметров окружающей среды по регистрируемому е космосе излучению указанного диапазона связано с учётом сложного характера зависимости уходящего излучения от характеристик системы "подстилающая поверхность - атмосфера". Математической и физической основой решения поставленной обратной задачи является теория переноса излучения в атмосфере. Однако, использование громоздкого аппарата теории переноса требует значительных затрат машинного времени и часто приводит к неустойчивости решения вследствие сложного взаимовлияния параметров. Поэтому разработка устойчивых алгоритмов для количественной оценки характеристик системы "подстилающая поверхность - атмосфера", оперативно учитывающих взаимовлияние всех значимых факторов и условий проведения спутниковой съёмки является актуальной областью исследований.

Цель работы - построение и обоснование алгоритмов проведения контроля за альбедо подстилающей поверхности и оптической толщиной атмосферы; разработка соответствующего программного обеспечения.

Основные задачи исследования:

1. Обоснование способа решения прямой задачи переноса иэлученш учитывающего влияние наиболее значимых параметров системы "подстилающая поверхность - атмосфера" на величину потока уходящеп излучения.

2. Разработка алгоритма оперативного учёта взаимного влияния параметров системы и фактора, определяющего условия освещения в момент съёмки, в задаче дистанционного мониторинга.

3. Исследование возможностей решения задачи дистанционного мониторинга параметров окружающей среды в случае использования данных измерений

а) геостационарных спутников,

б) полярных спутников.

Разработка соответствующих методик, их программное обеспечение и проведение численных экспериментов для определения влияния ошибок измерения на результат восстановления в обоих случаях. 4. Создание программного обеспечения, реализующего обоснованный метод для обработки реальных космических данных на персональной ЭВМ.

Научная новизна работы состоит в том, что предложен оригинальный метод учёта взаимного влияния параметров системы "подстилающая поверхность - атмосфера" при использовании данных космических съёмок. Раздельно для случаев работы с данными измерений геостационарных и полярных спутников решены обратные ■ задачи восстановления параметров окружающей среды и проведены исследования устойчивости полученных решений к ошибкам измерений и моделирования.

На защиту выносятся:

1. Полученное по результатам численных окслериментов уравнение, описывающее зависимость потока уходящего излучения от альбедо поверхности (А ), оптической толщины атмосферы (т), альбедо однократного рассеяния аэрозоля пограничного слоя атмосферы

(») и косицуса зенитного угла Солнца (.

2. Алгоритм решения обратной задачи, основанный на описанном соотношении.

3. Мзтодиха определения альо'едо подстилающей поверхности и оптической толщины атмосферы по результатам съёмки геостационарного спутника, включая результаты исследований о влиянии условий проведения измерений на точность восстановления каждого из двух параметров.

4. Методики определения альбедо поверхности и оптической толщины атмосферы по данным измерений полярных спутников, включая

в ■

массивы коэффициентов опорных зависимостей при восстановлении Л и Т для широкого спектра состояний атмосферы.

Практическая значимость работы заключена в обоснованном по результатам исследований методе обработки данных спутниковой съёмки. Метод реализован в пакете прикладных программ для персональных ЭВМ типа IBM PC/AT, предназначенном для контроля загрязнений системы "Ладога-Нева-Финский залив". Пакет используется в Центре экологической безопасности Российской Академии наук и ориентирован на обработку цифровых данных, полученных со спутника "Космос-1939".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях молодых учёных и специалистов ГГО им. А.И. Воейкова в 1985-88 гг., на итоговых сессиях НИЦЭБ АН СССР в 199091 гг., на конференции "Технические системы экологической безопасности" (Ленинград, 1990г.).

По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из пяти глав, введения и заключения. Общий объём диссертации 15S стро ниц, в том числе 21 рисунков и 9 таблиц. Список литературы содержит 99 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой темы, определены цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, кратко описаны основные этапы работы.

В первой главе рассмотрены особенности космической съёмки различными спутниковыми системами и специфика результатов соот-

ветствующих измерений. Описаны характеристики данных спутниковых съёмок и соответствующая съёмочная аппаратура, по отношению я которым монет быть применена предложенная в настоящей работе методика. Поскольку работа ориентирована на использование цифровых спутниковых данных, отмечены преимущества цифрового способа передачи космической информации над записью данных на фотоплёнку. Это, во-первых, невозможность репродуцирования без искажений результатов измерений, записанных на фотоплёнку. Во-вторых, потери данных из-за малого динамического диапазона фотоплёнок. И, наконец, результаты измерений, зафиксированные на фотоплёнке, содержат только относительную картину яркостных различий. Напротив, запись данных измерений в цифровой форме на магнитный носитель предполагает не только качественную,но и количественную их регистрацию и воспроизводимость. Записанные таким образом данные готовы для компьютерной обработки.

Возможности обработки космической информации определяются в кавдом конкретном случае видом используемой вычислительной техники и качеством программного обеспечения. Цифровая обработка данных спутниковых съёмок с целью мониторинга параметров окружающей среды состоит из трёх основных этапов: обеспечение ввода данных в используемую ЭВМ, реализация адекватной методики решения обратной задачи и вывод (визуализация) результатов.

,Сложность реализации первого этапа заключается в организации стыковки выхода ЭВМ Центра приёма и обработки спутниковой информации и входа вычислительной машины пользователя. Если удалось преодолеть все проблемы, возникающие при реализации указанного шага, завершением первого этапа будет обеспечение усвоения космической информации пользовательской ЭВМ. Реализуемая на втором этапе методика обработки спутниковых данных должна быть основана на устойчивом алгоритме решения обратной зада-

а

чи. Допустимая сложность алгоритма во многом определяется возможностями используемой ЗВМ (быстродействием и памятью). Поскольку излагаемая в настоящей работе методика рассчитана на работу со спутниковой информацией в оперативном режиме, алгоритм решения задачи дистанционного зондирования достаточно прост, но в то же время позволяет учесть взаимовлияние наиболее значимых параметров системы "подстилающая поверхность - атмосфера" друг на друга и обеспечивает принципиальную возможность одновременно восстанавливать как параметры подстилающей поверхности, так и характеристики атмосферы. Этап визуализации информации в наибольшей степени зависит от технических параметров используемой 031.1. В нашем случае он реализован -в расчёте на характеристики видеоадаптера Е С- А.

Во второй главе обсуждаются существующие методы восстановления параметров системы "подстилающая поверхность - атмосфера" по результатам спутниковых измерений. Показано, что проблема исключения влияния атмосферы при дистанционном определении альбедо поверхности требует дальнейших проработок.

'Существующие подходы к решению указанной задачи можно условно разделить на два. класса - эмпирические и численные, опирающиеся на физические законы взаимодействия излучения со средой. Подход первого типа позволяет построить методику, в основе которой лежит эмпирическая зависимость, полученная для изучаемого региона. Эта зависимость в лучшем случае точно учитывает специфику переноса излучения в соответствующей подспутниковой области. Вопрос о возможности её использования в другой местности в иных условиях освещения,остаётся открытым.

Больше шансов приблизиться к универсальности имеют методики второго типа. Их авторы, основываясь на понимании законов переноса излучения, строят упрощённые параметрические зависимо'

сти, в которых стараются учесть влияние наиболее значимых по их мнению факторов. Анализ указанных методик показал, что

1) зависимость измеренного на спутнике уходящего излучении от альбедо поверхности часто моделируется линейной зависимостью,

2) существует необходимость учитывать влияние высоты Солнца в момент проведения спутниковой съёмки,

3) изменчивость аэрозольного состава атмосферы следует параметризовать и принимать ьо внимание при обработке космической информации.

Недоработка по последним двум пунктам существенно ограничивает возможности применения и точность предлагаемых методик. Многие авторы, понимая это, вводят таблицы, помогающие учесть влияние значимых, но не вошедших в основное состнота-ние параметров. Такое дискретное описании совместного влияния различных факторов на излучение, зарегистрированное на спутнике, конечно, расширяет границы применения методик, но не решает проблему в целом. Построенн:« в следующей главе настоящей работы соотношение, параметризующее зависимость уходящего излучения от наиболее значимых факторов и описывающее взаимное влияние факторов друг на друга, помогает привести большинство описанных методик "к общему знаменателю" и разобраться во многих вопросах, возникающих при дистанционном зондировании параметров окружающей среды.

Третья глава начинается анализом факторов формирования поля КВ радиации в атмосфере. Отражённое от поверхности излучение, проходя через атмосферу, подвергается молекулярному рассеянию, поглощению атмосферыми газами, а также аэрозольному ослаблению. Совеременный подход к моделированию свойств атмосферы при решении обратных задач состоит в отказе от жёсткого закрепления этих свойстз и обеспечении возможности определять

ю

наиболее изменчивые характеристики атмосферы из того же ряда данных спутниковых наблюдений, который используется при определении свойств поверхности.

Наиболее изменчивой компонентой атмосферы является атмосферный аэрозоль. От многообразия его оптических свойств, полученного в результате многочисленных натурных экспериментов, путь к желательному для моделирования единообразию проходит через региональный принцип деления земного шара, который позволяет учесть перераспределение вкладов аэрозолей, имеющих независимые источники и механизмы генерации. Выделяют области земной поверхности, в пределах которых при осреднении по крупным зонам возможно применение услоьия горизонтальной однородности аэрозольных образований, а значит и их оптических характеристик. Регистрируемые изменения оптической толщины аэрозоля, как показывают^многочисленные исследования в разных регионах Земли, вызваны, как правило, переменами в компонентном составе аэрозоля пограничного слоя атмосферы. Именно в от ом слое наблюдается максимальное влияние географического фактора на аэрозольный состав. Основываясь на приведённых соображениях, моделирование аэрозольного ослабления в атмосфере проведено следующим образом; предполагалось, что изменчивость аэрозольного состава имеет место только в пределах пограничного слоя атмосферы, а верхние слои имеют постоянный аэрозольный состав, причём их вклад в ослабление излучения может быть описан фоновым профилем, относящимся к региоиу, над которым проводятся спутниковые измерения.

Исследование чувствительности потока уходящего излучения ( ) к изменению параметров атмосферы и подстилающей поверхности было проведено на основе расчётов переноса излучения методом, использующим дельта-приближение Эдцингтона. Сделан вы-

и

вод о том, что альбедо подстилающей поверхности А , оптическая толщина атмосферы тг и альбедо однократного рассеяния аэрозоля пограничного слоя атмосферы играют заметную роль в формировании поля уходящего излучения и должны войти в соотношение для вычисления величины ^ . Существенное влияние на уходящее излучение кроме перечисленных параметров имеет положение Солнца, поэтому в выражение для вычисления И включен косинус зенитного угла Солнца и .

На основе численных экспериментов (в пределах точности метода расчёта) установлена линейность зависимости Г? от 1\ с ошибкой 1% при изменении А от 0,05 до 0,7, от сз с ошибкой 1% при 0,5 <0 < 0,99, от Т с ошибкой 3% при 0,12 <Т" < 0,45 и от ^ с погрешностью 1% при 0,35 < 0,85.

Подобные результаты уже встречались в ряде работ. Однако, до сих пор предлагались отдельные зависимости от того или

иного параметра (в зависимости от задачи, которую ставил перед собой автор). Влияние других параметров на ход найденной зависимости отмечалось, но было представлено в лучшем случае дискретно: в виде таблиц (графиков) изменения коэффициентов найденных зависимостей для некоторого набора параметров эксперимента. В остальных случаях предполагалось использовать полученную зависимость в тех же условиях проведения эксперимента, для которых она была получена.

Оригинальность представляемой работы состоит в том, что поставлена задача получения зависимости уходящего потока от всех определяющих его параметров (атмосферы, подстилающей поверхности, освещения) одновременно. Запланировано учесть взаимовлияние параметров. То, что ото взаимовлияние существует и может быть значительным, наглядно демонстрирует следующий пример. Расчёты показывают, что при л « 0,3 и А =0,5

величина потока Ff возрастает с ростом т* , если Со = - 0,99 к она же убывает при увеличении Т , если ¿и ■= 0,5.

Изложенные результаты определили вид представления потока уходящего излучения в зависимости от названных выше параметров :

г"-!,» ltfj-+ Lx * 1ли, ь^А + 4 4/UO +

где ^^ / Fa - величина уходящего потока в единицах падающего на верхнюю границу потока солнечного излучения, Л>а , , ... ... hu - неизвестные коэффициенты.

Приведённое выражение линейно по каждому из четырёх параметров. Б нем учтён такке тот факт, что .ход зависимости уходящего потока от любого из параметров может меняться (оставаясь линейным) вследствие изменения значений других параметров. Это взаимовлияние отражено в соотношении (I) включением двойных, тройных и одного четырёхчленного произведений.

Поиск неизвестных кооффициеь'ов зависимости (I) проводился с использованием рекомендаций теории факторного планирова--ния эксперимента. Сначала задача была масштабирована, т. с. соответствующей заменой переменных все четыре параметра зависимости (I) была приведены к изменению в интервалах от -I до +1 к рассматривались в качестве контролируемых факторов. Масштабирование обеспечило возможность сравнить роль разных параметров в формировании поля уходящего излучения.

Зависимость была построена по результатам численных экспериментов, проведённых по полному ортогональному плацу т. е. по данным вычислений уходящего потока для случаев, ког-

fi

да контролируемые факторы принимали крайние значения из своих диапазонов изменений. Здесь и далее приведённые коэффициенты относятся к измерениям, проведённым на длине волны Л = 0,55 мкм. В масштабированном виде полученная зависимость выглядит следующим образом:

В = 0,172 + 0,046 х - 0,003 -аг, + 0,014 +

° + 0,062 - 0,002 "2® Xj + 0,004 +

+ 0,020-X^j + 0,007 - 0,007 а, ^ + (2)

+ 0,007 УгЪ + 0,002 - 0,002 э, +

+ 0,002 г«,я, + 0,003 + 0,001 ^я^з^

где <%, , О, , Уг , - масштабированные параметры ^ ,

f , ос , А .

Величины коэффициентов при линейных членах в соотношении (2) говорят о мере влияния соответствующих параметров на поток уходящего КВ излучения. В частности, видно, что определяющее влияние на уходящее излучение имеет альбедо подстилающей поверхности: значение коэффициента при линейном члене с масштабированным параметром ( ) наибольшее и равно 0,062. Величины коэффициентов при произведениях факторов указывают на степень взаимовлияния параметров. Так, отрицательный знак коэффициента при произведении я, ис3 отражает тот факт, что с увеличением оптической толщины атмосферы влияние Д на уходящее излучение ослабевает, а положительный знак при произведении -что с увеличением зенитного угла Солнца определяющая роль альбедо поверхности в формировании поля уходящей радиации усиливается.

Зависимооть (2), пересчитанная для параметров в реальном шсштабе может быть использована для восстановления А , Т~

У4

и со по данным спутниковых измерений уходящей радиации в безоблачных условиях.

Вопрос о численном определении чувствительности потока уходящего излучения к изменению параметров атмосферы и подстилающей поверхности был рассмотрен с помощью выражений для производных функции (2) по т , со и -А .Б масштабированном виде они выглядят следующим образом:

Р, =- 0,038 - 0,024 Оо + 0,077*2. - 0,075аг + + 0,021 Оо'^ - 0,021 + 0,035 +

+ 0,01 г оиъг7съ ,

Р„ = 0,055 + 0,031 -%< + 0,014 а. + 0,026 + + 0,009 О.А., + 0,015 '+ 0,009 <Х»-а3 +

+ 0,005 ,

Р5 = 0,316 - 0,038 о, + 0,145 о, + 0,032 -- 0,011 "íu-x, + 0,018 + 0,011 +

+ 0,006 cu x, а-;. , где P. - производная ^ Vf«, по f , а Рг и P¿ производные соответственно по ¿о и по А .

Как видно из приведённых выражений, производная f^ достигает наибольших значений среди других исследуемых производных. Из этого следует, что измеряемая со спутника величина уходящего излучения наиболее,чувствительна к изменениям альбедо подстилающей поверхности. Кроме того, коэффициент при параметре Оса (масштабированном jím ) в выражении для Pj значительно больше аналогичных коэффициентов в двух других выражениях. Поэтому чувствительность к изменениям альбедо наиболее сильно зависит от условий освещения атмосферы Солнцем. Коэффициент npv произведении показывает степень ослабления этой чувс-

твительности с ростом т .

При решении задачи восстановления т по спутниковым измерениям следует учитывать, что успех во многом зависит от подспутниковой обстановки. Производная Р, , опрзделяющал чувствительность уходящей радиации к вариациям оптической толщины, испытывает противоположное влияние при изменениях с<> и Д . Существуют "неблагоприятные" сочетания указанных параметров, при которых обращается в нуль. Это, например, диапазоны изменения А от 0,07 до 0,12 при со = 0,5, от 0,15 до 0,25 при ¿о = 0,75 и от 0,38 до 0,44 при сс - 0,99. Б указанных ситуациях решающую роль в увеличении информативности спутниковых измерений должен сыграть правильный выбор параметра . Так, если при ^ = 0,3 для случая а - 0,5 и А = 0,12 производная Р, обращается в нуль, то при ^ = 0,8 она приближается к 0,05 по абсолютному значению.

Величина Рг_ чаще всего меньше Р, и почти везде меньше ^ , что-указывает на наименьшую чувствительность предложенных измерений к вариациям 10 и на низкую надёжность восстановления этого параметра.

Итак, можно утверждать, что применение зависимости (2) для предварительного анализа каждой обратной задачи с целью выявления наиболее благоприятных условий проведения измерений поможет в планировании использования космической информядич.

В четвёртой главе раздельно для случаев использования информации с геостационарных и полярных спутников" предстазлены методики решения обратной задачи. По данным съёмок геостационарного спутника предложено одновременно восстанавливать значения А и т . во втором случае - один из двух параметров.

Исследование возникающей в первом случае системы уравнений показало, что для её решения мозето использовать, метод минимизации Дэвидона-Флетчера-Пауэлла. Проведено исследование

устойчивости решения. Показано, что восстановление альбедо поверхности может быть проведено с хорошей точностью, причём близость начального приближения к истинному значению А заметной роли не играет.« Уровень ошибки измерений I-'¿% влечёт за собой ошибку определения Д , составляющую доли процента. При ошибке измерений Ь% существенную роль начинает играть уровень эамутнышости атмосферы. Погрешность восстановления А составляет 1% для слабо замутнённой атмосферы (т = 0,15) и увеличивается до 10% при Т = 0,45. Возрастание ошибки измерений до 10% значительно ухудшает точность восстановления к : погрешность около 2Ь% при Т = 0,15 и до 30% при -т* = 0,45.

Успех параллельного восстановления оптической толщины атмосферы определяется тем, какие значения принимают другие параметры системы. Наилучшего результата следует ожидать в случае слабо отражающей поверхности ( А £ 0,1) и значительного содержания аэрозоля в атмосфере. При ошибке измерений Ъ% погрешность восстановления т составит Ъ% при А = 0,1, сч) ■» = 0,5, , при А = 0,1, со ■= 0,99 и до 20$ при А =

= 0,5, со = 0,99.

Показано, что ставить яадачу совместного определения трёх параметров, окружающей среды, входящих в соотношение (2), нецелесообразно: в методике, основанной на указанно»! уравнении параметр (л) предлагается оценивать, исходя из модельных представлений об атмосфере подспутниковой области. Указан независимый путь оценки со по результатам космических измерений.

Использование соотношения (2) при разработке методик решения задач дистанционного зондирования, использушцих данные съёмок полярных спутников, позволило показать, какие сведения об атмосферных параметрах необходимы при решении задач и какой ущерб точности решения наносит незнание того или иного парамет-

ра. Опорные соотношения методик для восстановления А и г включают в себя зависимость РТ • от ^ в явном виде.

Получены массивы коэффициентов опорных зависимостей для широкого спектра параметров окружающей среды и продемонстриро- .. вана возможность получения коэффициентов для любых других атмосферных состояний.

Выявлены условия, при которых решение задач восстановления А и т возможно с наибольшей точностью. В случае заметного поглощения излучения аэрозолем пограничного слоя атмосферы ( 60 ? 0,8) обнаружены зоны "неблагоприятных сочетаний " величин А и , при которых решение задачи дистанционного определения т невозможно. Наличие таких зон необходимо учитывать при планировании работы с космическими измерениями.

В пятой главе описана версия пакета прикладных программ (ПЛП), которая может служить основой для создания на ба%з персонального компьютера информационной системы для составляения экологического прогноза, проведения научных исследований и планирования хозяйственной деятельности. ПЛП предоставляет возможность широкому кругу пользователей накапливать архивные космические данные в цифровой форме, в формате, обеспечивающем их готовность к дальнейшей обработке.

В пакете реализована процедура исключения влияния атмосферы и получения поля альбедо подстилающей поверхности по данным космических измерений, описанная в главе 4. Структура пакета позволяет легко вводить в него другие модули. Например, может быть подключён модуль определения оптической толщины атмосферы, построенный по разработкам той же главы.

Существующая версия ПИП используется при обработке информации со спутника "Космос-1939", относящейся к Невской Губе и Ленинградской области. Однако предложенная методика может быть

применена в любых условиях (в рамках описанных ограничений) путём использования представлений о строении атмосферы соответствующей подспутниковой области или результатов наземных измерений. Введение данных, относящихся к другой модели атмосферы, позволяет применять ППП в иных условиях.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Получена многопараметрическая аппроксимация потока уходящего излучения от альбедо подстилающей поверхности (А ), оптической толщины атмосферы (т), альбедо однократного рассеяния аэрозоля пограничного слоя (w) и косинуса зенитного угла Солнца (для следующего диапазона изменения параметров:

0,05 í á ó 0,7, 0,5 < tO ^ 0,99, 0,12 «т < 0,45.

2. Проведено исследование чувствительности потока уходящего излучения к изменениям параметров системы "подстилающая поверхность - атмосфера". Предложен алгоритм оперативного учёта взаимного влияния характеристик системы и фактора, определяющего условия освещения в момент спутниковой съёмки.

3. Обоснован подход к планированию использования спутниковых измерений в задачах определения ^льбедо поверхности и оптическо толщины атмосферы. Показано, «то во втором случае проблема планирования наиболее актуальна.

4. Раздельно для случаев работы с данными геостационарных и полярных спутников предложены методики решения задачи восстановления параметров системы "подстилающая поверхность - атмосфера". При работе с данными съёмок геостационарного спутника предложено одновременно восстанавливать значения А и f , fio данным измерений полярного спутника - один из параметров.

о. Анализ численных экспериментов для исследования устойчивости решения при работе с данными съёмки геостационарного спут-

ника показал следующее. Наиболее успешно проходит восстановление А , причём близость начального приближения к истинному значению не влияет на результат. Успех восстановления Т" определяется условиями проведения спутниковых измерений, результат восстановления наилучший при слабом отражении поверхности и-небольшом количестве поглощающего аорозоля в пограничном слое атмосферы.

6. Для работы с данными полярного спутника

а) получены массивы коэффициентов опорных зависимостей, охватывающие широкий спектр возможных состояний атмосферы;

б) сделан вывод об определяющем влиянии времени проведения спутниковых измерений на результат восстановления А , а также о значительном совместном влиянии величин А и уи- на результат восстановления т ;

в) показано наличие "неблагоприятных сочетаний" Д к ^ , при реализации которых восстановление т по данным спутниковых съёмок становится невозможным.

7. Разработано программное обеспечение, реализующее йрздложен-ные методики.

8. Метод восстановления А по результатам съёмок полярного спутника реализован для данных, полученных со спутника "Ксс-мос-1939" и включён в пакет прикладных программ, функционирующий в Центре экологической безопасности Российской Академии наук.

Основные научные результаты, включённые в диссертацию, опубликованы в следуй;их работах:

I. Шалина Е.В. О влиянии атмосферы и условий проведения эксперимента на передачу контрастов природных объектов // I Всесоюзная конференция "Биосфера и климат по данным космических исследований", г. Баку, 29 ноября - 3 декабря 1982 г. Тезисы до-

го

кладов. - Баку: ЭЛМ, 1982. - с. 289-291.

2. Кондратьев К.Я., Григорьев Ал.А., Покровский О.М., Шалина Е.В. Космическое дистанционное зондирование атмосферного аэрозоля. Л.: Гидрометеоиздат, 1933. - 216 с.

3. Шалина Е.В. О восстановлении альбедо подстилающей поверхности по данным измерений уходящей радиации со спутника // 'Груды ГГО, 1987. - вып. 507. - с. 60-62.

4. Шалина Е.В. О параметризации радиационных эффектов аэрозоля в видимом диапазоне излучения // Труды ГГО, 1987. - вып. 507.

- с. 132-138.

5. Шалина Е.В. О чувствительности уходящей в космос коротковолновой радиации к изменениям свойств атмосферы и подстилающей поверхности // Труды ГГО, 1988. - вып. 518. - с. 36-40.

6. Шалина Е.В. Способ восстановления альбедо подстилающей поверхности по данным измерений уходящей радиации на спутнике // Оптика атмосферы. - 1988, т. I. - № 3. - с. 73-78.

7. Шалина Е.В. Возможности применения космического зондирования для определения параметров окружающей среды // Сб. Технические системы экологической безопасности. Материалы н.-т. конференции 6-9 июня 1990 г. - Л., 1990. - НО с.

Ртп.ГГ0.29.09.92.3а*.5ЭЭ.Т.100.Бесллатно.