В работе представлен модифицированный алгоритм на основе предложенного ранее подхода [1] для расчета карт мгновенной интенсивности осадков по данным спутника Himawari-8. Метод расчета основан на моделирования взаимосвязи между интенсивностью осадков, спектральными и текстурными характеристиками облачности и ее некоторыми физическими характеристиками. Предварительно производится расчет ключевых предикторов, таких как высота верхней границы облачности [3], ее оптическая толщина, эффективный радиус облачных частиц [4], фазовое состояние воды в облаке, а также оценка водозапаса и ледозапаса. Рассчитанные предикторы, а также набор спектральных каналов прибора AHI КА Himawari-8 используются в качестве входных данных модели нейросетевого классификатора на базе широко используемой модифицированной архитектуры UNet с целью расчета маски зон осадков. По данной маске и рассчитанным ранее предикторам в дальнейшем производится оценка мгновенной интенсивности осадков с использованием регрессионной нейросетевой модели, представленной в работе [2].
В работе показано, что использование двух моделей (для обнаружения осадков и оценки интенсивности) является более эффективным с точки зрения полноты использования обучающих данных. Кроме того, в виду крайне неоднородного распределения значений интенсивности по частоте встречаемости в обучающей выборке, при обучении регрессионной модели вводились коэффициенты значимости для функции ошибки (loss-функции) в зависимости от величины значений интенсивности. Коэффициенты были подобраны эмпирически: для интенсивностей менее 10 мм/ч применялся множитель 0.01; для интенсивностей от 10 до 20 мм/ч – 0.5; для более высоких значений интенсивности – 1.0.
Ввиду ограниченности данных наземных наблюдений, источником «эталонной» информации об осадках при формировании обучающих наборов данных выступали измерения в рамках глобальной миссии IMERG GPM (https://gpm.nasa.gov). Эти измерения представлены в виде композитных карт интенсивности осадков по данным микроволновых и инфракрасных приборов различных КА.
Для валидации полученных результатов использовались измерения наземных станций, представленные в виде сумм осадков и мгновенных значений интенсивностей. По результатам валидации были получены значения средней ошибки мгновенной интенсивности – 1.33 мм/ч и коэффициента корреляции – 0.45 в светлое и темное время суток. Вероятность обнаружения осадков составила около 73%, количество ложных классификаций – не более 28%. Полученные данные сопоставимы с оценками используемых в мировой практике алгоритмов расчета осадков, что делает возможным внедрение разработанного алгоритма в оперативную работу как вспомогательного источника информации об осадках.