Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 5. С. 99-113
Технология автоматизированной оценки высоты верхней границы облачности на основе совместных наблюдений с геостационарных и высокоэллиптических спутниковых систем
Е.Е. Волкова
1 , А.А. Бриль
1 , М.А. Бурцев
1 , Е.А. Лупян
1 , А.И. Андреев
2 , Е.И. Холодов
2 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Дальневосточный центр НИЦ «Планета», Хабаровск, Россия
Одобрена к печати: 08.10.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-5-99-113
Представлена технология автоматизированной оценки высоты верхней границы облачности на основе стереоскопических наблюдений с различных космических аппаратов, реализованная для пар наблюдений высокоэллиптических спутников серии «Арктика-М» и геостационарных спутников Himawari-8/-9. Технология обеспечивает получение полей высоты облаков в автоматическом режиме с частотой обновления раз в 30 мин для региона от 0 до 60° с. ш. и от 80° в. д. до 160° з. д., что значительно расширяет возможности оперативного мониторинга атмосферных процессов и чрезвычайных ситуаций. Описаны основные методы, использованные для построения оценок высоты, и общая структура реализованной технологии, в том числе инструментарий для работы с ней. Для оценки точности работы технологии проведён массовый сравнительный анализ получаемых результатов с данными спутникового продукта CLTH (англ. Cloud Top Height), показавший их соизмеримую точность, особенно на средних высотах. Для дополнительной оценки точности было проведено сопоставление полученных результатов с оценками высоты облачности по данным прибора SLSTR (англ. Sea and Land Surface Temperature Radiometer) спутников серии Sentinel-3, продемонстрировавшее их хорошее соответствие на всём диапазоне высот, включая слой тропопаузы. В заключение приведены перспективы развития технологии для работы с другими геостационарными спутниками для увеличения её пространственного охвата на широтный пояс 0–60° для всего Северного полушария.
Ключевые слова: стереопара, высота верхней границы облачности, Арктика-М, Himawari
Полный текстСписок литературы:
- Асмус В. В., Милехин О. Е., Крамарева Л. С. и др. Первая в мире высокоэллиптическая гидрометеорологическая космическая система «Арктика-М» // Метеорология и гидрология. 2021. № 12. С. 11–26. DOI: 10.52002/0130-2906-2021-12-11-26.
- Бриль А. А., Андреев А. И., Бурцев М. А. и др. Новые возможности оценки высоты верхней границы облачности на основе синхронных наблюдений высокоэллиптических спутников «Арктика-М» и геостационарных спутников Himawari // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 387–396. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-387-396.
- Бурцев М. А., Успенский С. А., Крамарева Л. С. и др. Современные возможности и перспективы развития Объединённой системы распределённой работы с данными НИЦ «Планета» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 198–212. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-198-212.
- Гирина О. А., Лупян Е. А., Крамарева Л. С. и др. Информационная система «Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил» (ИС VolSatView): возможности и опыт работы // Материалы 16-й конф. «Информационные технологии в дистанционном зондировании Земли — RORSE 2018». ИКИ РАН, 2019. С. 359–366. DOI: 10.21046/rorse2018.359.
- Лупян Е. А., Прошин А. А., Бурцев М. А. и др. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ-Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151–170. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170.
- Лупян Е. А., Прошин А. А., Бурцев М. А. и др. Система «Вега-Science»: особенности построения, основные возможности и опыт использования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 6. С. 9–31. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-6-9-31.
- Прошин А. А., Лупян Е. А., Балашов И. В. и др. Создание унифицированной системы ведения архивов спутниковых данных, предназначенной для построения современных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 3. С. 9–27. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-3-9-27.
- Толпин В. А., Балашов И. В., Ефремов В. Ю. и др. Создание интерфейсов для работы с данными современных систем дистанционного мониторинга (система GEOSMIS) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 3. С. 93–108.
- Argyriou V., Petrou M. Photometric stereo: an overview // Advances in Imaging and Electron Physics. 2009. V. 156. P. 1–54. DOI: 10.1016/S1076-5670(08)01401-8.
- Bessho K., Date K., Hayashi M. et al. An introduction to Himawari-8/9 — Japan’s new-generation geostationary meteorological satellites // J. Meteorological Soc. of Japan. Ser. II. 2016. V. 94. No. 2. P. 151–183. DOI: 10.2151/jmsj.2016-009.
- Coppo P., Ricciarelli B., Brandani F. et al. SLSTR: a high accuracy dual scan temperature radiometer for sea and land surface monitoring from space // J. Modern Optics. 2010. V. 57. No. 18. P. 1815–1830. DOI: 10.1080/09500340.2010.503010.
- Hasler A. F. Stereographic observations from geosynchronous satellites: An important new tool for the atmospheric sciences // Bull. American Meteorological Soc. 1981. V. 62. No. 2. P. 194–212. DOI: 10.1175/1520-0477(1981)062<0194:SOFGSA>2.0.CO;2.
- Hasler A. F., Strong J., Woodward R. H., Pierce H. Automatic analysis of stereoscopic satellite image pairs for determination of cloud-top height and structure // J. Applied Meteorology and Climatology. 1991. V. 30. No. 3. P. 257–281. DOI: 10.1175/1520-0450(1991)030<0257:AAOSSI>2.0.CO;2.
- Huang Y., Siems S., Manton M. et al. Evaluating Himawari-8 cloud products using shipborne and CALIPSO observations: Cloud-top height and cloud-top temperature // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2019. V. 36. No. 12. P. 2327–2347. DOI: 10.1175/JTECH-D-18-0231.1.
- Huo J., Li J., Duan M. et al. (2020a) Measurement of cloud top height: Comparison of MODIS and ground-based millimeter radar // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 10. Article 1616. DOI: 10.3390/rs12101616.
- Huo J., Lu D., Duan S. et al. (2020b) Comparison of the cloud top heights retrieved from MODIS and AHI satellite data with ground-based Ka-band radar // Atmospheric Measurement Techniques. 2020. V. 13. No. 1. P. 1–11. DOI: 10.5194/amt-13-1-2020.
- Lowe D. G. Distinctive image features from scale-invariant keypoints // Intern. J. Computer Vision. 2004. V. 60. P. 91–110. DOI: 10.1023/B:VISI.0000029664.99615.94.
- Mitra A., Di Girolamo L., Hong Y. et al. Assessment and error analysis of Terra-MODIS and MISR cloud-top heights through comparison with ISS-CATS lidar // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2021. V. 126. Article e2020JD034281. DOI: 10.1029/2020JD034281.
- Moroney C., Marchand R. Data product specification for the MISR cloud top height-optical depth product. JPL D-101964. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, NASA, 2019. 14 p.
- Mouri K. Improvement of the cloud top height algorithm for the fundamental cloud product and related evaluation // Meteorological Satellite Center Technical Note. 2019. No. 64. P. 23–36.
- Mouri K., Suzue H., Yoshida R., Izumi T. Algorithm theoretical basis document for cloud top height product // Meteorological Satellite Center Technical Note. 2016. No. 61. P. 33–42.
- Naud C. M., Muller J.-P., Clothiaux E. E. et al. Intercomparison of multiple years of MODIS, MISR and radar cloud-top heights // Annales Geophysicae. 2005. V. 23. P. 2415–2424. DOI: 10.5194/angeo-23-2415-2005.
- Platnick S., Ackerman S., King M. et al. MODIS Atmosphere L2 Cloud Product (06_L2). NASA MODIS Adaptive Processing System, Goddard Space Flight Center, 2015. DOI: 10.5067/MODIS/MYD06_L2.061.
- Saunders R., Hocking J., Turner E. et al. An update on the RTTOV fast radiative transfer model (currently at version 12) // Geoscientific Model Development. 2018. V. 11. P. 2717–2737. DOI: 10.5194/gmd-11-2717-2018.