Изучение градиентных полей поверхности земли по спутниковым данным

Изучение градиентных полей поверхности земли по спутниковым данным

Автор: Картушинский А.В., Кукоба Н.А.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Математика, механика, информатика

Статья в выпуске: 3 т.16, 2015 года.

Бесплатный доступ

На основе обработки и анализа многолетних спутниковых данных рассматриваются возможности использования расчетных градиентных характеристик для интерпретации космических изображений с целью определения закономерностей формирования горизонтальных неоднородностей физических и биологических компонент природной среды. В качестве исходных данных в работе используются спутниковые изображения, полученные аппаратными средствами с высоким и низким разрешением AVHRR MCSST, CZCS, SeaWIFS, MIRAS AQUARIUS, MODIS, MSS за различные периоды времени со спутников NOAA, TERRA, AQUA, SPOT, LANDSAT. Спутниковые данные использовались для вычисления усредненных градиентных полей по температуре воды, солености и концентрации хлорофилла в океане за различные периоды времени и на разных масштабах сеточной области. Для вычисления меридиональных, широтных и абсолютных градиентов, а также пространственного и временного усреднения применялось авторское программное обеспечение, позволяющее проводить статистический анализ для основных фронтальных зон Мирового океана. Реализуется методология изучения изменчивости поверхностных градиентных полей водных систем как динамических объектов и рельефа земной поверхности как статического объекта на основе расчета пространственных градиентов соответствующих характеристик с различным временным усреднением. Показаны закономерности пространственно-временной изменчивости поверхностных градиентных полей в океане по температуре воды, солености и концентрации хлорофилла, их взаимодействие и корреляционная связь. По спутниковым данным рассматривается горизонтальная структура поля мутности и температуры поверхностного слоя малого водного объекта на примере озера Шира (Россия, Хакасия). Протестирована возможность выявления градиентных зон со значительным перепадом высот рельефа поверхности Земли по спутниковым изображениям. В этом случае использовалось программное обеспечение ENVI 4.7, и на языке программирования IDL для выбранного участка проведен расчет абсолютных (по модулю) градиентов высот поверхности. В перспективе необходимо обратить внимание на возможности измерения градиентных показателей поверхности Земли непосредственно из космоса.

Еще

Расчет градиентов, фронтальные зоны океана, взаимодействие физических и биологических полей, неоднородности поверхности, изменчивость

Короткий адрес: https://sciup.org/148177457

IDR: 148177457

Список литературы Изучение градиентных полей поверхности земли по спутниковым данным

  • Шовенгердт Р. А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. М.: Техносфера, 2010. 560 с.
  • Чандра А. М., Гош С. К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. М.: Техносфера, 2008. 312 с.
  • Яне Б. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2007. 584 с.
  • Цифровая обработка сигналов и изображений в радиофизических приложениях/под ред. В. Ф. Кравченко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 544 с.
  • Кашкин В. Б., Сухинин А. И. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений: учеб. пособие. М.: Логос, 2001. 264 с.
  • Коберниченко В. Г., Тренихин В. А. Методы синтеза изображений на основе данных дистанционного зондирования Земли различного разрешения//Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 4. С. 22-31.
  • PlanetaMonitoring. Программный комплекс обработки спутниковых данных/В. В. Асмус //Проблемы информатики. 2013. № 3. С. 85-99.
  • Forest disturbances, forest recovery, and changes in forest types across the Carpathian ecoregion from 1985 to 2010 based on Landsat image composites/P. Griffiths //Remote Sensing of Environment. 2014. Vol. 151. P. 72-88.
  • Андреев С. Н., Фирсов В. Г. Синтез нейросетевых и голографических методов обработки данных дистанционного зондирования Земли//Гелиогеофизические исследования. 2014. № 9. C. 23-29.
  • Using annual time-series of Landsat images to assess the effects of forest restitution in post-socialist Romania/P. Griffiths //Remote Sensing of Environment. 2012. Vol. 118. P. 199-214.
  • Крицук С. Г. Картирование бореальных лесов по спутниковым данным (на примере особо охраняемых природных территорий Ленинградской области)//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 4. C. 255-264.
  • Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Уваров И. А. Выявление и распознавание различных типов вод в прибрежной зоне Черного моря и в озерах Крыма на основе анализа гиперспектральных данных//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 1. C. 135-147.
  • Ingebrigtsen R., Lindgren F., Steinsland I. Spatial models with explanatory variables in the dependence structure//Spatial Statistics. 2014. Vol. 8. P. 20-38.
  • The emergence and growth of a submarine volcano: The Kameni islands, Santorini (Greece)/P. Nomikou //GeoResJ. 2014. T. 1-2. P. 8-18.
  • Полякова Е. В., Гофаров М. Ю. Морфометрический анализ рельефа острова Вайгач по данным дистанционного зондирования Земли//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 1. C. 226-234.
  • Преимущество космических радарных систем при выполнении маркшейдерских работ на нефтегазовых месторождениях (на примере Южно-Русского месторождения)/Ю. Б. Баранов //Геоматика. 2011. № 1. C. 12-15.
  • Стругайло В. В. Обзор методов фильтрации и сегментации цифровых изображений //Наука и образование. 2012. № 5. URL: http://technomag.edu.ru/doc/411847.html (дата обращения: 15.04.2015).
  • Kartushinsky A. V. Time-Space Structure and Variability of Surface Temperature frontal Zones in the Ocean//Advances in Space Research. 2000. 25(5). P. 1107-1110.
  • Kartushinsky A. V. The investigation on the dynamics of frontal zones in the ocean based on the numerical modelling, using the AVHRR satellite data//Advances in Space Research. 2004. № 33 (7). Р. 1173-1178.
  • Казьмин А. С. Изменчивость крупномасштабных океанических фронтальных зон: анализ глобальной спутниковой информации//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 1. С. 213-218.
  • Kartushinsky A. V. Dynamic Features of Frontal Zones Structure in the Ocean for Using in the Numerical Models Based on Satellite Data//Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics. 2011. № 4(2). Р. 208-216.
  • Kartushinsky A. V., Sidorenko A. Y. Analysis of the variability of temperature gradient in the ocean frontal zones based on satellite data//Advances in Space Research. 2013. № 52 (8). Р. 1467-1475.
  • Глобальные атмосферные осцилляции в динамике современного климата/В. И. Бышев //Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 1. С. 62-71.
  • Shevyrnogov A., Vysotskaya G., Shevyrnogov E. Results of analysis of spatial and temporal long-term stability of quasistationary areas in the global ocean based on multi-satellite measurements (CZCS and SeaWifs data)//Advances in Space Research. 2004. Т. 33. Р. 1184-1188.
  • Krivtsov V., Jago C. F. Some aspects of phytoplankton and ecosystem modelling in freshwater and marine environments: consideration of indirect interactions, and the implications for interpreting past and future overall ecosystem functioning//Ecological Modeling Chapters/ed. W.-J. Zhang. NovaScience, 2011. Р. 205-222.
  • Changing states of North Atlantic large marine ecosystems/K. Sherman //Environmental Development. 2013. № 7. P. 46-58.
  • Kazmin A. S., Rienecker M. M. Variability and frontogenesis in the large-scale oceanic frontal zones//J. of Geoph. Res. Oceans. 1996. Vol. 101, C1. P. 907-921.
  • Доронин Ю. П. Физика океана. СПб.: РГГМУ, 2000. 298 с.
  • Европейское космическое агентство, миссия SMOS . URL: http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/SMOS (дата обращения: 08.03.2013).
  • Оптические характеристики вод Карского моря по судовым и спутниковым наблюдениям/В. И. Буренков //Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 716-729.
  • Буренков В. И., Гольдин Ю. А., Кравчишина М. Д. Распределение концентрации взвеси в Карском море в сентябре 2007 г. по судовым и спутниковым данным//Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 842-849.
  • Shevyrnogov A. P., Kartushinsky A. V., Vysotskaya G. S. Application of satellite data for investigation of dynamic processes in inland water bodies: Shira Lake (Khakasia, Siberia), a case study//Aquatic Ecology. 2002. Vol. 36, № 2. P. 153-163.
  • Глуховец Д. И., Гольдин Ю. А. Исследование биооптических характеристик вод Карского моря с использованием данных спутниковых и судовых измерений//Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 4. С. 346-350.
  • Classification of ponds from high-spatial resolution remote sensing: Application to Rift Valley Fever epidemics in Senegal/J. P. Lacaux //Remote Sens. Environment. 2007. Vol. 106. P. 66-74.
  • Less rain, more water in ponds: a remote sensing study of the dynamics of surface waters from 1950 to present in pastoral Sahel (Gourma region, Mali)/J. Gardelle //Hydrol. Earth Syst. Sci. 2010. Vol. 14. P. 309-324.
  • Shovengerdt R. A. Distantsionnoe zondirovanie. Modeli i metody obrabotki izobrazheniy. . Moscow, Tekhnosfera Publ., 2010. 560 p.
  • Chandra A. M., Gosh S. K. Distantsionnoe zondirovanie i geograficheskie informatsionnye sistemy. . Moscow, Tekhnosfera Publ., 2008. 312 p.
  • Jahne B. Tsifrovaya obrabotka izobrazheniy. . Moscow, Tekhnosfera Publ., 2007. 584 p.
  • Tsifrovaya obrabotka signalov i izobrazheniy v radiofizicheskikh prilozheniyakh. . Ed. V. F. Kravchenko. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007, 544 p.
  • Kashkin V. B., Sukhinin A. I. Distantsionnoe zondirovanie Zemli iz kosmosa. Tsifrovaya obrabotka izobrazheniy. . Moscow, Logos Publ., 2001, 264 p.
  • Kobernichenko V. G., Trenikhin V. A. . Uspekhi sovremennoy radioelektroniki. 2007, No. 4, P. 22-31 (In Russ.).
  • Asmus V. V., Buchnev A. A., Krovotyntsev V. A., Pyatkin V. P., Salov G. I. . Problemy informatiki. 2013, No. 3, P. 85-99 (In Russ.).
  • Griffiths P., Kuemmerle T., Baumann M., Radeloff V. C., Abrudan I. V., Lieskovsky J., Munteanu C., Ostapowicz K., Hostert P. Forest disturbances, forest recovery, and changes in forest types across the Carpathian ecoregion from 1985 to 2010 based on Landsat image composites. Remote Sensing of Environment. 2014,Vol. 151, P. 72-88.
  • Andreev S. N., Firsov V. G. . Geliogeofizicheskie issledovaniya. 2014, No. 9, P. 23-29 (In Russ.).
  • Griffiths P., Kuemmerle T, Kennedy R. E., Abrudan I. V., Knorn J., Hostert P. Using annual time-series of Landsat images to assess the effects of forest restitution in post-socialist Romania. Remote Sensing of Environment. 2012, Vol. 118. P. 199-214.
  • Kritsuk S. G. . Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2012, Vol. 9,No. 4, P. 255-264 (In Russ.).
  • Lavrova O. Yu., Mityagina M. I., Uvarov I. A. . Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2014, Vol. 11, No. 1, P. 135-147 (In Russ.).
  • Ingebrigtsen R., Lindgren F., Steinsland I. Spatial models with explanatory variables in the dependence structure. Spatial Statistics. 2014, Vol. 8, P. 20-38.
  • Nomikou P., Parks M. M., Papanikolaou D.,Pyle D. M., Mather T. A., Carey S., Watts A.B., Paulatto M., Kalnins M. L., Livanos I., Bejelou K., Simou E., Perros I. The emergence and growth of a submarine volcano:
  • The Kameni islands, Santorini (Greece). GeoResJ. 2014, Vol. 1-2, P. 8-18.
  • Polyakova E. V., Gofarov M. Yu. . Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2014, Vol. 11, No. 1, P. 226-234 (In Russ.).
  • Baranov Yu. B., Goryaynov M. S., Kantemirov Yu. I., Kiselevskiy E. V., Kulapov S. M., Nokhrin V. A. . Geomatics, 2011, No. 1, P. 12-15 (In Russ.).
  • Strugaylo V. V. . Nauka i obrazovanie. 2012, No 5. (In Russ.) Available at: http://technomag.edu.ru/doc/411847.html (accessed 15.04. 2015).
  • Kartushinsky A. V., Time-Space Structure and Variability of Surface Temperature frontal Zones in the Ocean. Advances in Space Research. 2000, No. 25(5),
  • P. 1107-1110.
  • Kartushinsky A. V. The investigation on the dynamics of frontal zones in the ocean based on the numerical modelling, using the AVHRR satellite data. Advances in Space Research. 2004, No. 33 (7), P. 1173-1178.Kaz’min A. S. . Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2012, Vol. 9, No. 1, P. 213-218
  • (In Russ.).
  • Kartushinsky A. V. Dynamic Features of Frontal Zones Structure in the Ocean for Using in the Numerical Models Based on Satellite Data. Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics. 2011,
  • No. 4 (2), P. 208-216.
  • Kartushinsky A. V., Sidorenko, A. Y. Analysis of the variability of temperature gradient in the ocean frontal zones based on satellite data. Advances in Space Research. 2013, No. 52 (8), p. 1467-1475.
  • Byshev V. I., Neyman V. G., Romanov Yu. A., Serykh I. V. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2014, Vol. 11, No 1, P. 62-71 (In Russ.).
  • Shevyrnogov A., Vysotskaya G., Shevyrnogov E. Results of analysis of spatial and temporal long-term stability of quasistationary areas in the global ocean based on multi-satellite measurements (CZCS and SeaWifs data). Advances in Space Research. 2004, Vol. 33,
  • P. 1184-1188.
  • Krivtsov V., Jago C. F. Some aspects of phytoplankton and ecosystem modelling in freshwater and marine environments: consideration of indirect interactions, and the implications for interpreting past and future overall ecosystem functioning. In: Ecological Modeling Chapters (ed. W.-J. Zhang). NovaScience. 2011, P. 205-222.
  • Sherman K., Belkin I., Friedland K.D., O’Reilly J. Changing states of North Atlantic large marine ecosystems. Environmental Development. 2013, No. 7, P. 46-58.
  • Kazmin A. S., Rienecker M. M. Variability and frontogenesis in the large-scale oceanic frontal zones. Journal of Geoph. Res.: Oceans. 1996, Vol. 101, C1,
  • P. 907-921.
  • Doronin Yu. P. Fizika okeana . St. Petersburg, RSHU Publ., 2000, 298 p. (In Russ.).
  • European space agency. SMOS. Available at: http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/SMOS (accessed 08.03.2013).
  • Burenkov V. I., Gol’din Yu. A., Artem’ev V. A., Sheberstov S. V. . Oceanology. 2010, Vol. 50, No. 5, P. 716-729 (In Russ.).
  • Burenkov V. I, Gol’din Yu. A, Kravchishina M. D. . Oceanology. 2010, Vol. 50, No. 5, P. 842-849 (In Russ.).
  • Shevyrnogov A. P., Kartushinsky A. V, Vysotskaya G. S. Application of satellite data for investigation of dynamic processes in inland water bodies: Shira Lake (Khakasia, Siberia), a case study. Aquatic Ecology. 2002, Vol. 36, No. 2, P. 153-163.
  • Glukhovets D. I., Gol’din Yu. A. . Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2014, Vol. 11, No. 4, P. 346-350 (In Russ.).
  • Lacaux J. P., Tourre Y. M., Vignolles C.,
  • Ndione J. A., Lafaye M. Classification of ponds from high-spatial resolution remote sensing: Application to Rift Valley Fever epidemics in Senegal. Remote Sens.
  • Environment. 2007, Vol. 106, P. 66-74.
  • Gardelle J. Hiernaux P. Kergoat L., Grippa M. Less rain, more water in ponds: a remote sensing study of the dynamics of surface waters from 1950 to present in pastoral Sahel (Gourma region, Mali). Hydrol. Earth Syst. Sci. 2010, Vol. 14, P. 309-324.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp