Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 42-49
Применение эмпирических ортогональных функций при спутниковом мониторинге верхнего слоя морской воды
Г.С. Моисеенко
1 , С.Д. Левашов
1 1 Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Москва, Россия
Одобрена к печати: 12.12.2019
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-1-42-49
Алгоритмы обработки данных спутниковых спектрорадиометров, связывающие величины измеряемых in situ параметров морской воды со значениями измеренных спектрорадиометром спектров коэффициента яркости, в основном используют коэффициенты яркости для двух, трёх или четырёх длин волн, а информация других спектральных каналов остаётся, по сути, невостребованной. В качестве одного из возможных подходов, позволяющих использовать в анализе данных весь измеренный спектр, предлагается метод эмпирических ортогональных функций. В этом случае для построения регрессионных соотношений вместо коэффициентов яркости для отдельных длин волн используются коэффициенты разложения спектров в ряд по эмпирическим ортогональным функциям. Следует отметить, что ранее в ряде работ использовались эмпирические ортогональные функции для решения задач дистанционного зондирования моря, однако расчёты функций проводились на ограниченном наборе спектров, и поэтому они были применимы для исследования только тех данных, на основе которых были получены. Отличие предлагаемого подхода состоит в том, что для расчёта ковариационной матрицы и, соответственно, эмпирических ортогональных функций предлагается использовать годовые массивы спектров коэффициента яркости для всего Мирового океана. В качестве примера представлено применение полученных эмпирических ортогональных функций для оценки концентрации неорганического углерода при цветении кокколитофорид.
Ключевые слова: коэффициент яркости, эмпирические ортогональные функции, дистанционное зондирование, океан, метод, спутник, кокколитофориды
Полный текстСписок литературы:
- Багров Н. А. Аналитическое представление последовательности метеорологических полей посредством естественных ортогональных составляющих // Тр. Центрального ин-та прогнозов. 1959. Вып. 74. С. 3–24.
- Копелевич О. В., Гущин О. А. О статистической и физической моделях светорассеивающих свойств морской воды // Изв. Акад. наук СССР. Физика атмосферы и океана. 1978. Т. 14. № 9. С. 967–973.
- Копелевич О. В., Буренков В. И., Гущин О. А., Маштаков Ю. Л., Шматко М. А. Универсальная система функций для аппроксимации индикатрис рассеяния света морской воды // Изв. Акад. наук СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11. № 7. С. 770–773.
- Обухов А. М. О статистически ортогональных разложениях эмпирических функций // Изв. Акад. наук СССР. Сер. геофиз. 1960. № 3. С. 432–439.
- Романов А. А., Моисеенко Г. С., Кузнецов М. Б. Метод восстановления скорости приводного ветра по спектральным характеристикам восходящего излучения // Тр. НПО «Планета». 1992. № 41. С. 128–135.
- Clark D. K. MODIS algorithm theoretical basis document. Bio-optical algorithms ― case 1 waters. Version 1.2. National Oceanic and Atmospheric Administration National Environmental Satellite Service. Washington, D. C., 1997. 50 p.
- Craig S. E., Jones C. T., Li W. K. W., Lazin G., Horne E., Caverhill C., Cullen J. J. Deriving optical metrics of coastal phytoplankton biomass from ocean colour // Remote Sensing of Environment. 2012. V. 119. P. 72–83.
- Doerffer R. Factor analysis in ocean color interpretation // Oceanography from Space / ed. Gower J. F. R. N. Y.: Plenum, 1981. P. 339–345.
- Gower J. F. R., Lin S., Borstad G. A. The information content of different optical spectral ranges for remote chlorophyll estimation in coastal waters // Intern. J. Remote Sensing. 1984. V. 5. No. 2. P. 349–364.
- Kopelevich O. V., Burenkov V. I., Sheberstov S. V., Vazyulya S. V., Zavialov S. P. Bio-optical characteristics of the Russian Seas from satellite ocean color data of 1998–2010 // Proc. 6th Intern. Conf. “Current problems in Optics of Natural Waters (ONW 2011)”. St. Petersburg, Sept. 6–9, 2011. P. 181–182.
- Mitchell C., Hu C., Bowler B., Drapeau D., Balch W. M. Estimating particulate inorganic carbon concentrations of the global ocean from ocean color measurements using a reflectance difference approach // J. Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. DOI: 10.1002/2017JC013146.
- Mueller J. L. Ocean color spectra measured off the Oregon coast: Characteristic vectors // Applied Optics. 1976. V. 15. P. 394–402.