Автоматический расчёт дрейфа и сжатия ледяного покрова моря в акватории Печорского моря по метеорологическим спутниковым данным

Акватория Печорского моря находится в зоне арктического шельфа, где проходит транзит грузов по Северному морскому пути. Регулярно в этом районе формируются тяжёлые ледовые условия, проявляющиеся в сжатиях ледяного покрова. Ледовые сжатия, возникающие в замерзающих морях вследствие неравномерности дрейфа льда, относятся к опасным для судоходства гидрометеорологическим явлениям. В Спутниковом центре ИАПУ ДВО РАН для автоматического расчёта скоростей перемещений объектов на море в качестве базового метода используется оригинальный метод, являющийся аналогом метода максимума кросс-корреляции, но позволяющий получать априорные оценки точности расчёта скорости. Высокая точность и надёжность алгоритма расчёта скоростей дрейфа позволили его применять для расчёта характеристик сжатия льда. Сжатие характеризуется направлением и величиной. В окрестности заданной точки рассчитываются направления максимального сжатия/растяжения, и его величина при заданной статистической значимости результата. На вход алгоритма подаются проекции привязанных и откалиброванных спутниковых изображений в тепловом или видимом диапазонах спектра радиометра MODIS или российского прибора КМСС.
Цифровые изображения КМСС имеют ряд преимуществ перед данными MODIS для мониторинга ледовой обстановки вдоль Северного морского пути. Во первых, это пространственное разрешение 60м на пиксель, а во вторых, фактически двойное покрытие одной и той же акватории с интервалом в 100 минут (1 час 40 минут – интервал времени между съемками на смежных витках), что позволяет рассчитывать скорости с точностью в 1 см/сек. Интервал времени в 1час 40 минут важен ещё и потому, что получаем практически мгновенная скорость деформации (сжатия/разрежения) морского ледового поля, которая часто определяется приливными течениями, меняющими обычно направление с интервалом около 6 часов. Технология обработки в настоящее время встраивается в Государственную информационную систему оперативной поставки данных дистанционного зондирования Земли (ГИС ОПД ДЗЗ) Роскосмоса.
Разработанный подход к расчету дрейфа и сжатия ледяного покрова моря может быть применен и к температурным картам, что актуально в период полярных ночей. Перспективным источником информации могут стать китайские метеорологические спутники серии FY-3, имеющие спектральные каналы нужного пространственного разрешения. В работе представлено сравнение результата предлагаемого подхода для расчёта дрейфа и сжатия льда в акватории Печорского моря с визуально - ручным определением зон сжатия как по данным радиометра MODIS, так и по данным радиометра КМСС. Визуально определяемые зоны сжатия/разрежения показали скорость смыкания трещин в среднем 0.05м/с, что соответствует типичным скоростям сжатия/разрежения в этом районе.
Работа поддержана грантом МИнобранук №Акватория Печорского моря находится в зоне арктического шельфа, где проходит транзит грузов по Северному морскому пути. Регулярно в этом районе формируются тяжёлые ледовые условия, проявляющиеся в сжатиях ледяного покрова. Ледовые сжатия, возникающие в замерзающих морях вследствие неравномерности дрейфа льда, относятся к опасным для судоходства гидрометеорологическим явлениям. В Спутниковом центре ИАПУ ДВО РАН для автоматического расчёта скоростей перемещений объектов на море в качестве базового метода используется оригинальный метод, являющийся аналогом метода максимума кросс-корреляции, но позволяющий получать априорные оценки точности расчёта скорости. Высокая точность и надёжность алгоритма расчёта скоростей дрейфа позволили его применять для расчёта характеристик сжатия льда. Сжатие характеризуется направлением и величиной. В окрестности заданной точки рассчитываются направления максимального сжатия/растяжения, и его величина при заданной статистической значимости результата. На вход алгоритма подаются проекции привязанных и откалиброванных спутниковых изображений в тепловом или видимом диапазонах спектра радиометра MODIS или российского прибора КМСС.
Цифровые изображения КМСС имеют ряд преимуществ перед данными MODIS для мониторинга ледовой обстановки вдоль Северного морского пути. Во первых, это пространственное разрешение 60м на пиксель, а во вторых, фактически двойное покрытие одной и той же акватории с интервалом в 100 минут (1 час 40 минут – интервал времени между съемками на смежных витках), что позволяет рассчитывать скорости с точностью в 1 см/сек. Интервал времени в 1час 40 минут важен ещё и потому, что получаем практически мгновенная скорость деформации (сжатия/разрежения) морского ледового поля, которая часто определяется приливными течениями, меняющими обычно направление с интервалом около 6 часов. Технология обработки в настоящее время встраивается в Государственную информационную систему оперативной поставки данных дистанционного зондирования Земли (ГИС ОПД ДЗЗ) Роскосмоса.
Разработанный подход к расчету дрейфа и сжатия ледяного покрова моря может быть применен и к температурным картам, что актуально в период полярных ночей. Перспективным источником информации могут стать китайские метеорологические спутники серии FY-3, имеющие спектральные каналы нужного пространственного разрешения. В работе представлено сравнение результата предлагаемого подхода для расчёта дрейфа и сжатия льда в акватории Печорского моря с визуально - ручным определением зон сжатия как по данным радиометра MODIS, так и по данным радиометра КМСС. Визуально определяемые зоны сжатия/разрежения показали скорость смыкания трещин в среднем 0.05м/с, что соответствует типичным скоростям сжатия/разрежения в этом районе.
Работа поддержана грантом Минобранауки № 075-15-2024-642