Информационно-математический аспект аэрокосмического гиперспектрального мониторинга окружающей среды

Фундаментальная научная проблема, на которую ориентирован работа, – это разработка фундаментальных основ применения нанотехнологий в космических исследованиях, связанных с перспективами использования аэрокосмических и наземных систем гиперспектрального дистанционного зондирования природных, техногенных и искусственных сред с целью их диагностики. При дистанционном зондировании природных и техногенных объектов электромагнитное излучение Земли, которое регистрируется разными средствами, является носителем информации о состоянии окружающей среды и объектов. На материалах аэрокосмических систем космического землеобзора и тематических наблюдений видны объекты природно-техногенной сферы: объекты энергетики, промышленной и транспортной инфраструктуры; лесные, болотные, луговые, сельскохозяйственные и другие экосистемы; водоемы; сельские и городские поселения и т.д.

Стоит задача теоретически обосновать возможности новых перспективных гиперспектральных методик аэрокосмического и наземного дистанционного зондирования системы атмосфера-Земля по спектрам солнечного и собственного излучения. Научная идея состоит в том, чтобы исследовать возможности использования существенных различий в спектральном ходе поглощения и пропускания основных компонент системы атмосфера-Земля для выделения интервалов длин волн спектра многократно рассеянного солнечного и собственного излучения, информативных в отношении конкретных компонент, и на этой основе дискриминировать компоненты по их спектральным характеристикам.

Одна из фундаментальных задач, на решение которой направлен проект, - это разработка новых понятий и новых моделей для теоретических и методических основ математического моделирования радиационного поля Земли с высоким спектральным разрешением в диапазоне от ультрафиолета до миллиметровых волн с учетом многократного рассеяния, поглощения, поляризации и рефракции и последних достижений в молекулярной спектроскопии атмосферных газов, аэрозолей, примесей и загрязнений земной поверхности (суша, океан) с целью обеспечения теоретико-расчетных исследований процессов переноса электромагнитного излучения (фотонов) в природных средах и формирования спектральных радиационных характеристик системы "атмосфера-земная поверхность (суша, океан)" в рамках кинетической теории переноса на базе общих краевых задач для скалярного и векторного интегро-дифференциального уравнения переноса – линеаризованного приближения уравнения Больцмана с бинарными столкновениями.

В настоящее время возросла актуальность таких исследований в связи с подписанием Международного Соглашения (более 40 стран) по организации международного глобального проекта по изучению Земли, международной космической системы аэрокосмического и наземного глобального мониторинга, международных Центров оперативной космической информации по катастрофическим и экологически опасным явлениям, а также в связи с новым этапом развития нанотехнологий для космических исследований, в частности, гиперспектрального (высокого спектрального разрешения) дистанционного зондирования объектов разной природы.

Работа поддержана грантами РФФИ (проекты 06-01-00666, 08-01-00024).

Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.