Сравнение пространственных характеристик полей морского льда и облачности по данным видимого канала AVHRR/NOAA на примере Охотского моря

Одной из основных задач мониторинга состояния морского ледяного покрова (МЛП) является задача дешифрирования облачности и МЛП. При спутниковом мониторинге состояние системы суша – море – лед– атмосфера наиболее полно отражается комбинацией трех спектральных диапазонов- видимом, инфракрасном и микроволновом. Однако регулярный (несколько раз в сутки) и доступный спутниковый мониторинг МЛП зачастую возможен только в видимом (В) и инфракрасном (ИК) диапазонах. При этом видимый (оптический) диапазон является наиболее предпочтительным для идентификации льда. В нем морской лед характеризуется высокой яркостью на сравнительно однородном темном фоне воды. Благодаря резким яркостным контрастам определяется целый ряд важных геометрических показателей пространственного распределения льда, автоматический анализ которых до сих пор остается актуальным.
В основе выделения поля морского льда в видимом канале от облачности лежит допущение о разной пространственно-временной динамике ледовых и облачных полей. Строится временная композиция по серии изображений, полученных в одних и тех же геофизических условиях, т.е. в одно и тоже время суток с точностью до одного часа. Выбираются участки с наименьшее альбедо (самые "темные"). Такой подход применим, поскольку изображения привязаны с пиксельной точностью. Результаты показали, что если типичное изображение Охотского моря открыто в лучшем случае на 30%, то на такой композиции вся акватория открывается почти на 90%.
Когда поле льда выделено, проводится бинаризация по порогу, выделение контура, расчет его длины и расчет всей внутренней площади. Расчет периметра связного множества и его площади позволяет вычислить такую пространственную характеристику как компактность(отношение квадрата периметра к площади связного множества), которая отражает косвенно «гладкость» границ и может служить индикатором динамических процессов полей льда и облачности.
Был проведен автоматический расчет и сравнение компактности ледовых и облачных полей в акватории Охотского моря по серии изображений видимого канала (0.725-1.00 мкм, 1.09 км) AVHRR/NOAA, принимаемых в Спутниковом Центре ИАПУ ДВО РАН. Композиции МЛП строились за март (ледовитость максимальна) 2008 года. Облачные поля анализировались по мгновенным изображениям за май 2008г., когда лед растаял и уверенно выделяется облачность над акваторией. Для 8 разных связных полей МЛП и облачности, но в пределах одного площадного размера (155кмх155 км) была оценена компактность. Предварительные результаты показали, что компактность полей МЛП в среднем в два раза превышала компактность облачных образований.