Алгоритм определения фазового состояния облаков по спутниковым данным

Каналы видимого диапазона многоспектрального прибора SEVIRI геостационарных спутников системы EUMETSAT позволяют регистрировать отраженные электромагнитные солнечные лучи от земной поверхности и от тропосферных облаков. Измеряемая прибором интенсивность потока радиации зависит от радиационных свойств облаков, таких как альбедо облаков, альбедо однократного рассеяния, параметра асимметрии индикатрисы рассеяния, а также зависит от альбедо поверхности и от зенитного угла Солнца.
Проведенное сравнение оптических моделей облачной атмосферы на основе асимптотических формул теории переноса радиации и приближения Эддингтона показало, что в случае слабого поглощения радиации в облаке аэрозолями и кристаллами льда (при альбедо однократного рассеяния более 0.99), обе модели дают сопоставимые результаты. Однако, на длине волны 1.6 мкм (3 канал SEVIRI) значительно поглощение кристаллами льда и альбедо однократного рассеяния может доходить до 0.93, где асимптотическая модель непременима. На основании этого мы остановили свой выбор на оптической модели Эддингтона.
Результат решения прямой задачи дистанционного зондирования путем использованием приближения Эддингтона для облачных пикселей по данным прибора SEVIRI дает оптическую толщину облаков. Проведено детектирование облачных пикселей с помощью гистограмнного анализа заранее выбранных обучающих выборок. По данным ИК-каналов (0.39 мкм, 10.8 мкм и 12.0 мкм) выявлены критерии для шести типов поверхностей (облака над водной поверхностью; облака над сушей; растительность; пустыня; снег; чистая водная поверхность), с использованием которых для любого пикселя изображения можно с вероятностью 77% определить наличие облаков.
С использованием математического аппарата теории рассеяния электромагнитных волн на сферических частицах и анализом многочисленных экспериментальных данных была получена зависимость между оптической толщиной облаков и их водозапасом или льдозапасом.
Общий алгоритм определения фазового состояния облаков состоит из первичной обработке спутниковых данных; решения прямой задачи; дитектирования облачных пикселей; решения обратной задачи и получения водозапаса и льдозапаса облаков. Предложенный алгоритм позволяет оценить определить фазовое состояние облаков на основе оценки водозапаса и льдозапаса облаков.