Совместный анализ оптических и СВЧ радиометрических дистанционных данных для изучения гидрофизических характеристик океана
Диссертация
Для решения задачи мониторинга состава океанических вод в глобальных масштабах дистанционными методами предложены многочисленные алгоритмы восстановления биогеохимического состава океана по спектру рассеянного водной толщей естественного излучения (так называемые био-оптические алгоритмы). Эффективное использование этих алгоритмов требует высокоточных вычислений спектра рассеянного океаном… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. РОЛЬ ОПТИЧЕСКИХ И СВЧ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ИЗУЧЕНИИ ОКЕАНА
- 1. 1. Возможности дистанционного зондирования океана в оптическом диапазоне
- 1. 1. 1. Особенности оптических данных
- 1. 1. 2. Методики восстановления состава вод по спектру видимого излучения океана
- 1. 1. 3. Вопросы точности измерения видимого спектра океана и методик восстановления биогеохимических параметров вод
- 1. 1. 4. Влияние волнения на поверхности океана на регистрируемое восходящее излучение
- 1. 2. Возможности дистанционного зондирования океана в СВЧ диапазоне
- 1. 2. 1. Особенности СВЧ-радиометрических данных
- 1. 2. 2. Диагностика состояния поверхности океана по данным дистанционного зондирования в СВЧ диапазоне
- 1. 3. Цели и перспективы совместной обработки оптических и СВЧ данных дистанционного зондирования океана. (Постановка задачи)
- 1. 3. 1. Цели и методики совместного анализа многоканальных и мультиспектральных данных дистанционного зондирования
- 1. 3. 2. Возможности совместной обработки оптических и СВЧ радиометрических данных дистанционного зондирования океана
- 1. 1. Возможности дистанционного зондирования океана в оптическом диапазоне
- 2. 1. Выделение информации о поверхностном волнении из дистанционных данных
- 2. 1. 1. Оптический диапазон
- 2. 1. 2. Микроволновый диапазон
- 2. 2. Методические проблемы совместного анализа многоканальных данных дистанционного зондирования
- 2. 2. 1. Алгоритмы совмещения спутниковых данных (на примере данных приборов SeaWiFS и SSM/1)
- 2. 2. 3. Метод корреляционно-статистической обработки многоканальных изображений
- 2. 3. Выводы
- 3. 1. Наземные эксперименты
- 3. 1. 1. Описание данных экспериментов «Геленджик'2000», «Геленджик'2001»
- 3. 1. 2. Методика обработки данных
- 3. 1. 3. Результаты обработки и совместного анализа данных
- 3. 2. Совместный анализ спутниковых данных
- 3. 2. 1. Совмещение спутниковых данных на примере информации сканеров SeaWiFS и SSM/
- 3. 2. 2. Совместный анализ данных МСУ-СК и SSM/
- 3. 2. 3. Метод корреляционно-статистической обработки многоканальных изображений
- 3. 2. 4. Совместный анализ данных SeaWiFS и SSM/
- 3. 3. Выводы
Список литературы
- Лазарев А.И., Николаев А. Г., Хрунов Е. В. Оптические исследования в космосе. Л., Гидрометеоиздат, 1979.
- Копелевич О.В., Шифрин КС. Современные представления об оптических свойствах морской воды. В кн.: Оптика океана и атмосферы. М., Наука, 1981. с. 4−55.
- Лучинин А.Г., Титов В. Н. О возможности дистанционной оптической регистрации внутренних волн по их проявлениям на океанической поверхности. Изв. АН СССР, ФАО, 1980, т. 16, № 12, с. 1284 1290.
- La Violette Р.Е., Petherich S., Gower J.F.R. Oceanographie implications of features in NOAA satellite visible imagery. Boundary Layer Meteor., 1980, vol. 18, № 2, p. 159- 175.
- Gordon H.R., McCluney W.R. Estimation of the depth of sunlight penetration in the sea for remote sensing. Appl. Opt., 1975, vol. 14, № 2, p. 413 416.
- Ерлов Н.Г. Оптическая океанография, M., Мир, 1970.
- Ветлов И.П. Космическая система «Метеор» на службе гидрометеорологии. Исслед. Земли из космоса, 1980, № 2, с. 11 27.
- Нелепо Б.А., Арманд Н. А., Хмыров Б. Е. и др. Эксперимент «Океан» на искусственных спутниках Земли «Космос-1076, -1151″. Исслед. Земли из космоса, 1982, № 3, с. 5 12.
- Charnell R.L., Apel J.R., Manning W., Quelset R.H. Utility of ERTS-1 for coastal ocean observations: the New York bight example. Mar. Technol. Soc. J., 1974, vol. 8, № 3, p. 42 47.
- Hovis W.A., Clark D.K., Anderson F. et al. Nimbus-7 coastal zone color scanner: system description and initial imagery. Science, 1980, vol. 210, № 4465, p. 60 -63.
- Morel A. In-water and remote measurements of ocean color. Boundary Layer Meteorol., 1980, vol. 18, № 2, p. 177−201.
- Копелевич О.В. Экспериментальные данные об оптических свойствах морской воды. В кн.: Оптика океана, т. 1. Физическая оптика океана, с. 166 -207.
- Jerlov N.G. Optical studies of ocean color. Rep. Swed. Deep-Sea Exped., 1951, vol. 3, p. 73 -97.
- Morel A., Prieur L. Analysis of variation in ocean color. Limnol. And Oceanogr., 1977, vol. 22, № 4, p. 709−722.
- Cox C., Munk W. Measurements of the roughness of the sea surface from photographs of the sun’s glitter. J. Opt. Soc. Amer., 1954, vol. 144, № 4, p. 838 -850.
- Stilwell D. Directional energy spectra of the sea from photographs. J. Geophys. Res., 1969, vol. 74, № 8, p. 1974 1986.
- Stilwell D., Pilon R.O. Directional spectra of surface waves from photographs. J. Geophys. Res., 1974, vol. 79, № 9, p. 1277 1285.
- Kasevich R.S. Directional spectra from daylight scattering. J. Geophys. Res., 1975, vol. 80, № 33, p. 4535−4541.
- Загородников A.A., Челышев КБ. Применение оптической обработки при измерениях волнения дистанционными методами. Тр. ГОИН, 1973, вып. 117, с. 25 34.
- Лучинин А.Г. Об интерпретации спектров аэрофотографий морской поверхности. Изв. АН СССР, ФАО, 1984, т. 20, № 3, с. 331 334.
- Зуйкова Э.М., Лучинин А. Г., Титов В. И. Оптические методы диагностики океана. Исследование поверхностного волнения. В сб.: Дистанционные методы исследования океана. Горький, 1987, с. 59- 83.
- Kalle К. The problem of the gelbstoff in the sea. Annu. Rev. Oceanogr. and Mar.Biol., 1966, vol. 4, p. 91 104.
- Пелевина M.A. Методика и результаты измерений спектрального поглощения света растворенным органическим „желтым“ веществом в водах Балтийского моря. В кн.: Световые поля в океане, М., ИО АН СССР, 1979, с. 92 97.
- Коновалов Б.В. Некоторые особенности спектрального поглощения взвеси морской воды. В кн.: Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов, М., Наука, 1979, с. 58 -65.
- NASA Tech. Memo. 104 566, Vol. 1. SeaWiFS Tech. Rep. Series. Ed. Hooker S.B. Vol. 1. An Overview of SeaWiFS and Ocean Color.
- Gordon H. R, Clark D. K. et al. Phytoplankton pigment concentrations in the Middle Atlantic Bight: Comparison of ship determinations and CZCS estimates. Appl. Opt., 1983. Vol. 22, p. 20−36.
- Smith R C., Wilson W. H. Ship and satellite bio-optical research in the California Bight. Oceanography from space. J.F.R. Gower, Ed., Plenum Press. New York, 1981, p. 281 -294.
- Muller-Karger F. E., McClain C. R. et al. Pigment distribution in the Carribean Sea: Observations from space. Prog. Oceanorg., 1989, vol. 23, p. 23 64.
- Bricaud A., Morel A. Atmospheric corrections and interpretation of marine radiances in CZCS imagery: use of reflectance model. Oceanol. Acta, 1987, vol. 7, p. 33 50.
- Andre J.-M., Morel A. Simulated effects of barometric pressure and ozone content upon the estimate of marine phytoplankton from space. J. Geophys. Res., 1989, vol. 94, p. 1029- 1037.
- O’Relly J. E. et al. Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS. J. Geophys. Res., 1998, vol. CI 1, p. 24 937 24 953.
- Kim H.H., Fraser R.S., Thompson L.L., Bahethi O. A design for the advanced ocean color scanner system. Boundary Layer Meteorol., 1980, vol. 18, № 3, p. 315 — 328.
- Vi ollier M., Tanre D., Deschamps P.Y. An algorithm for remote sensing of water color from space. Boundary Layer Meteorol., 1980, vol. 18, № 3, p. 247 — 267.
- Кондратьев К.Я., Москаленко Н. И., Терзи В. Ф., Скворцова С. Я. Моделирование оптических характеристик атмосферного аэрозоля над морскими акваториями. Докл. АН СССР, 1981, т. 261, № 6, с. 1329 1332.
- Малкевич М.С. Учет атмосферы в задачах изучения природных ресурсов Земли из космоса. В кн.: Космические исследования земных ресурсов, М., Наука, 1976, с. 11 130.
- Nilsson В. Meteorological influence on aerosol extinction in the 0.2 40 цт wavelength range. Appl. Opt., 1979, vol. 18, № 20, p. 3457 — 3473.
- Gordon H.R. Removal of atmospheric effects from satellite imagery of the oceans. Ibid., 1978, vol. 17. № 10, p. 1631 1636.
- Шифрин ICC. Дистанционное изучение океанов и внутренних водоемов оптическими методами. В кн.: Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов, М., Наука, 1979, с. 8−15.
- Gordon H.R., Castano D.J. Aerosol analysis with Coastal Zone Color Scanner: a simple method for including multiple scattering effects. Appl. Opt., 1989, vol. 28, p. 1320- 1326.
- Браво-Животовский Д.М., Долин Л. С., Лучший А. Г., Савельев В. А. Некоторые вопросы теории видения в мутных средах. Изв. АН СССР, ФАО, 1969, т. 5, № 7, с. 672−684.
- Арманд Н. А., Башаринов А. Е., Шутко А. М. Исследование природной среды радиофизическими методами (обзор). Изв. вузов. Радиофизика, 1977, т. 20, № 6, с. 809−841.
- Нелепо Б.А., Коротаев Г. К., Суетин B.C., Терехин Ю. В. Исследование океана из космоса, Киев, Наук, думка, 1985.
- Башаринов А.Е., Гурвич А. С., Егоров С. Т. Радиоизлучение Земли как планеты, М., Наука, 1974.
- Гранков А.Г., Шутко A.M. Оценки эффективности определения параметров морской поверхности и атмосферы СВЧ-радиометрическим методом. Радиотехника, 1980, т. 35, № 5, с. 38 41.
- Stogryn A. The apparent temperature of the sea at microwave frequencies. IEEE Trans. Antennas and Propag., 1970, vol. 2, № API5, p. 278 286.
- Hollinger J.P. Passive microwave measurements of sea surface. J. Geophys. Res., 1970, vol. 75, № 27, p. 5209−5213.
- Wu S. Т., Fung A. K. A noncoherent model for microwave emission and backscattering from the sea surface. J. Geophys. Res., 1972, vol. 77, № 30, p. 5917−5929.
- Wentz F. J. A two-scale scattering model for foam-free sea microwave brightness temperatures. J. Geophys. Res., 1975, vol. 80, № 24, p. 3441 3446.
- Wentz F. J. A well calibrated ocean algorithm for SSM/I. J. Geophys. Res., 1997, vol. 102, №c4,p. 8703 -8718.
- Sasaki Y., Asanuma I. et al. The dependence of sea-surface microwave emission on wind speed, frequency, incidence angle, and polarization over the frequency range from 1 to 40 GHz. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 1987, vol. 2, №GE25, p. 138- 146.
- Hofer R., Njoku E.G. Regression techniques for oceanographic parameter retrieval using space-borne microwave radiometry. IEEE Trans. Geosci. and Remote Sensing, 1981. vol. 4, №GE19, p. 178 189.
- Беспалова Е. А., Веселое В. М., Эткин В. С. и др. Об определении скорости приповерхностного ветра по измерениям поляризационной анизотропии собственного и рассеянного СВЧ-излучения. Иссл. Земли из космоса, 1982. № 1, с. 87−94.
- Ulaby F.T., Moore R.K., Fung А.К. Microwave remote sensing active and passive (Ed. Simonett D.S.). Vol. Ill: From theory to applications. Dedham (MA), USA, Artech house inc., 1986.
- Wilheit T.T., Chang T.C. An algorithm for retrieval of ocean surface and atmospheric parameters from the observations of the scanning multichannel microwave radiometer. Radio Sci., 1980, vol. 15, № 3, p. 525 544.
- Эткин B.C., Ворсин H.H., Кравцов Ю. А. и др. Обнаружение критических явлений при тепловом радиоизлучении периодически неровной водной поверхности. Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1978, т. 21, № 3, с. 454 456.
- Кравцов Ю.А., Мировская Е. А., Попов А. Е. и др. Критические явления при тепловом излучении периодически неровной водной поверхности. Изв. АН СССР, ФАО, 1978, т. 14, № 7, с. 733 739.
- Гершензон В.Е., Ирисов В. Г., Трохимовский Ю. Г., Эткин B.C. Критические явления в радиотепловом излучении неровной водной поверхности при произвольных углах наблюдения. Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1987, т. 30, № 9, с. 1159- 1163.
- Ирисов В.Г., Кузьмин А. В., Трохимовский Ю. Г., Эткин B.C. Азимутальные зависимости собственного СВЧ-излучения поверхности океана на настильных углах наблюдения. Исслед. Земли из космоса, 1990, № 6, с. 79 -86.
- Ирисов В.Г., Трохимовский Ю. Г., Эткин B.C. Радиотепловая спектроскопия морской поверхности. Доклады АН СССР, 1987, т. 297, № 3, с. 587 589.
- Yueh S.H. Modelling of wind direction signals in polarimetric sea surface brightness temperatures. IEEE Trans. On Geosc. And Remote Sensing, 1997, vol. 35, № 6, p. 1400- 1418.
- Райзер В.Ю., Черный И. В. Микроволновая диагностика поверхностного слоя океана. Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1994.
- Droppelman Т. D. Apparent microwave emissivity of sea foam. J. Geophys. Res., 1970, vol. 75, № 3, p. 696−698.
- Rosenkranz P. W., Staelin D. N. Microwave emissivity of ocean foam and its effect on nadiral radiometric measurements. J. Gephys. Res., 1972, vol. 77, № 33, p. 6528−6538.
- StogrynA. The emissivity of sea foam at microwave frequences. J. Geophys. Res., 1972, vol. 77, № 9, p. 1658 1666.
- Ross D. В., Cardone V. Observations of oceanic whitecaps and their relation to remote measurements of surface wind speed. Ibid., 1974, vol. 79, № 3, p. 441 -452.
- Nordberg W., Conaway J. et at. Measurements of microwave emission from a foam covered, wind driven sea. J. Atm. Sci., 1971, vol 28, № 3, p. 429 435.
- Abe Т. A study on the foaming of sea water. Pap. Meteorol. Geophys., 1955, vol. 5, p. 240 247.
- Поляков В. M. Дистанционное зондирование природной среды радиофизическими методами. М., 1995.
- Ермаков Д.М., Смирнов МЛ. Проблемы совмещения данных спутниковых оптических и СВЧ сканеров для их комплексного анализа. Исслед. Земли из космоса, 2001, № 2, с. 45 54.
- Wald L., Ranchin Т., Mangolini М. Fusion of satellite images of different spatial resolutions: accessing the quality of resulting images. Photogramm. Eng. and Remote Sensing, 1997, vol. 63, № 6, p. 691 699.
- Day X, Khorram S. A hierarchical data fusion framework for vegetation classification from multisource remotely sensed imagery. Proc. of IGARSS, Seattle, 1998.
- Mascarenhas, N.D.A., Banon G. J. F., Candelias A. L. B. Multi-spectral image data fusion under a Bayesian approach. Int. J. of Remote Sensing, 1996, vol. 17, № 8, p. 1457- 1471.
- Lin В., Minnis P., Wielicki B. et al. Estimation of water cloud properties from satellite microwave, infrared and visible measurements in oceanic environments. J. of Geophys. Res., 1998, vol. 103, № D4, p. 3875 3905.
- Susskind J, Renter D., Chanine M. T. Cloud fields retrieved from analysis of HIRS2/MSU sounding data. J. of Geophys. Res., 1987, vol. 92, № D4, p. 4035 -4050.
- Sheu R. S» Curry J. A., Liu G. R. Satellite retrieval of tropical precipitation using combined International Satellite Cloud Climatology Project DX and SSM/I data. J. of Geophys. Res., 1996, vol. 101, № D16, p. 21 291 21 301.
- Bulatov M. G., Mityagina M. I., Skvortsov E. I. Microwave and optical combined studies of the sea surface in shallow areas. Proc. of IGARSS, 1999.
- Niemann K. ()., Goodenough D. G., Marceau /)., Hay G. A practical alternative for fusion hyperspectral data with high resolution imagery. Proc. of IGARSS, Seattle, 1998.
- Barber D., LeDrew G., Ellsworth F. On the links between microwave and solar wavelength interactions with snow-covered first-year sea ice. Arctic, 1994. vol. 47, № 3.
- Steffen K., Schweiger A.J. A multisensor approach to sea ice classification for the validation of DMSP-SSM/I passive microwave derived sea ice products. Photogramm. Eng. and Remote Sensing, 1990, vol.56, № 1, p. 75 82.
- Ehlers M. Multi-sensor image fusion techniques in remote sensing. ISPRS J. of Photogramm. and Remote Sensing, 1991, vol. 46, № 1, p. 19 30.
- Moran M.S. A window based technique for combining Landsat Thematic Mapper thermal data with higher-resolution multispectral data over agricultural lands. Photogramm. Eng. and Remote Sensing, 1990, vol.56, № 3, p. 337 347.
- Robinson W.D., Kummerow C., Olson W.S. A technique for enhancing and matching the resolution of microwave measurements from the SSM/I instrument. IEEE Transactions in Geoscience and Remote Sensing, 1992, vol. 30, p. 419 -429.
- Жуков Б.С., Эртель Д. А. Метод синтеза многосенсорных данных различного пространственного разрешения. Исслед. Земли из космоса. М., 1996. № 4, с. 42 -50.
- Жуков Б.С., Эртель Д. А. Моделирование синтеза видеоспектрометрических и многоспектральных сканерных данных различного пространственного разрешения. Исслед. Земли из космоса. М., 1996, № 5, с. 33 46.
- Leckie D.G. Synergism of synthetic aperture radar and visible/infrared data for forest type discrimination. Photogramm. Eng. and Remote Sensing, 1990, vol. 56, № 9, p. 1237- 1246.
- Chavez P. S., Sides S. C., Anderson J. A. Comparison of three different methods to merge multiresolution and multispectral data: Landsat TM and SPOT panchromatic. Photogramm. Eng. and Remote Sensing, 1991, vol. 57, № 3, p. 295−303.
- Carper W.J., Lillesand T.M., Kiefer R.W. The use of intensity-hue-saturation transformations for merging SPOT panchromatic and multispectral image data. Photogramm. Eng. and Remote Sensing, 1990. Vol.56, № 4, p. 459 467.
- РайзерВ.Ю. Авторефер. дис.. д-ра физ.-мат. наук., Москва, 1995.
- Давидам И.Н., Лопатухин Л. И., Рожков В.А.. Ветровое волнение в мировом океане. Ленинград, 1985.
- Ермаков Д.М., Поляков В. М. Метод корреляционной обработки двухканальных изображений. В сб. Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами, Муром, 2001, с. 615 -617.