ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΗΣ ΣΚΟΝΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΣΑΧΑΡΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΠΡΟΓΝΩΣΗΣ

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 14:22, 10 Μαρτίου 2010

1. Αντικείμενο Εφαρμογής: ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΗΣ ΣΚΟΝΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΣΑΧΑΡΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΠΡΟΓΝΩΣΗΣ

2. Στόχος της Εφαρμογής: Το Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης και Γ.Σ.Π. του Πανεπιστημίου Αιγαίου σε συνεργασία με την Ομάδα Ατμοσφαιρικών μοντέλων και Πρόγνωσης Καιρού του Πανεπιστημίου Αθηνών, έχουν κάνει την παρούσα εφαρμογή με στόχο την ανίχνευση της σκόνης από την Έρημο Σαχάρα.

3. Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων: Η παρούσα εφαρμογή χρησιμοποιεί εικόνες του αισθητήρα NOAA.

4. Είδη δορυφόρων, δεκτών και καναλιών: Χχρησιμοποιεί τέσσερις εικόνες HRPT του αισθητήρα NOAA - 14 AVHRR. Λήφθηκαν από το σταθμό SMARTechTM του Πανεπιστημίου Αιγαίου στις 19, 20, 21 και 22 Απριλίου το 1997.

Εικόνα 1: Αποτελέσματα φορτίων σκόνης από NOAA-14 AVHRR και Σ ημερομηνίας 19/04/97.

Εικόνα 2: Αποτελέσματα Συστήματος Πρόγνωσης Καιρού SKIRON ημερομηνίας 19/04/97.

5. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα - Προεπεξαργασίες:

Ο δέκτης NOAA - 14 AVHRR αποτελείται από 5 φασματικά κανάλια.

Τα κανάλια 1 και 2 μετασχηματίζονται σε τιμές ακτινοβολίας. Ο μετασχηματισμός βασίζεται σε τύπους βαθμονόμησης μετά την πτήση που δίνουν albedo (%), οι διορθωμένοι συντελεστές διόρθωσης λαμβάνονται από τον ιστόχωρο NOAASIS. Για το NOAA 14 οι σχετικές εξισώσεις που προτείνονται από τη NOAA είναι:

Ch1: L = (0.000118d + 0.557) * (C – 41), Ch2: L = (0.000122d + 0.423) * (C – 41).

Όπου το L είναι η τιμή της ακτινοβολίας στο δορυφόρο, C είναι η ακατέργαστη ψηφιακή τιμή του εικονοστοιχείου, d εκφράζει τις ημέρες μετά από την εκτόξευση (d = 0 για τις 30 Δεκεμβρίου 1994). Οι τιμές ακτινοβολίας στο δορυφόρο μετατρέπονται σε τιμές albedo (A) από την εξίσωση Α = L/F, όπου το F είναι η εξωγήινη ηλιακή ακτινοβολία που ενσωματώνεται πάνω από την καμπύλη απόκρισης των καναλιών.

Τα κανάλια 3, 4 και 5 βαθμονομούνται χρησιμοποιώντας την εν πτήσει βαθμονόμηση. Οι ακατέργαστοι ψηφιακοί αριθμοί μετασχηματίζονται σε τιμές λαμπρότητας θερμοκρασίας σε μια διαδικασία δύο βημάτων:

α) Η φαινόμενη ακτινοβολία υπολογίζεται με τη χρήση των συντελεστών βαθμονόμησης που παίρνονται από κάθε 100η γραμμή από τα στοιχεία που στέλνει ο δορυφόρος και

β) Η λαμπρότητα της θερμοκρασίας υπολογίζεται από το νόμο του Plank.

Η βαθμονομημένη εικόνα εισάγεται σε ένα μοντέλο επεξεργασίας εικόνας, το οποίο ανιχνεύει τις επιφάνειες νεφών και εδάφους με τη χρήση των εξής κριτηρίων:

1. Ανίχνευση νεφών:

Εάν η θερμοκρασία για το κανάλι 4 είναι μικρότερη από 273ο K τότε υπάρχει νέφος.

Εάν η μέση τυπική απόκλιση σε ένα 3×3 παράθυρο θερμοκρασίας για το κανάλι 4 είναι μεγαλύτερο από 0.25o K τότε υπάρχει νέφος.

Εάν το albedo για το κανάλι 2 είναι μεγαλύτερο του 4 % και η θερμοκρασία για το κανάλι 4 είναι μικρότερη από 280o K τότε υπάρχει νέφος.

2. Ανίχνευση ξηράς:

Εάν η αναλογία albedo του καναλιού 2 ως προς το κανάλι 1 είναι μεγαλύτερη από 1 τότε υπάρχει ξηρά.

Το μοντέλο δημιουργεί χωριστές μάσκες για το κανάλι 1 και το κανάλι 2, και έπειτα διαιρεί το albedo του καναλιού 1 με 100, και τις ενοποιεί και έπειτα παράγει μια τελική εικόνα που αποτελείται από τη θάλασσα, το έδαφος και τα νέφη.

Η εικόνα που παράχθηκε δεν είναι πραγματικός χάρτης επειδή η γεωμετρία της έχει παραμορφώσεις λόγω της γήινης περιστροφής κατά τη διάρκεια λήψης της εικόνας και λόγω του ελλειψοειδούς σχήματος της γης. Υπάρχει επίσης μια παραμόρφωση των εικονοστοιχείων, τα οποία βρίσκονται σε απόσταση από το δορυφορικό ναδίρ, και ο πραγματικός Βορράς είναι 9 μοίρες ανατολικά ή δυτικά της δορυφορικής τροχιάς. Επομένως, η διόρθωση της γεωμετρικής παραμόρφωσης είναι απαραίτητη. Η διόρθωση της γεωμετρικής παραμόρφωσης βασίζεται στη δημιουργία των μαθηματικών σχέσεων μεταξύ των συντεταγμένων των εικονοστοιχείων της εικόνας και των συντεταγμένων των αντίστοιχων σημείων στον χάρτη. Τα σημεία ελέγχου στο έδαφος (GCP) για την εικόνα υπολογίζονται από το λογισμικό SmartTrack και εφαρμόζεται ένα πολυώνυμο για να δημιουργήσει με επαναδειγματοληψία τη γεωμετρικά διορθωμένη εικόνα. Η προβολή χάρτη είναι γεωγραφική (φ, λ) και χρησιμοποιεί το datum WGS 72.

Στη συνέχεια η εικόνα χρωματίζεται από μια ποιοτική παλέτα.

6. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Υπάρχει σημαντική συμφωνία μεταξύ AVHRR και των αποτελεσμάτων του Συστήματος Πρόγνωσης Καιρού SKIRON (Εικόνες 1,2).

Ένα από τα σημαντικά προβλήματα για τις εικόνες NOAA είναι η αντανάκλαση από το νερό του ήλιου (Sun-glint). Το πρόβλημα αυτό έχει ιδιαίτερη ένταση κατά τη διάρκεια της ανοιξιάτικης και θερινής περιόδου και μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένα συμπεράσματα. Ένα άλλο ιδιαίτερο πρόβλημα είναι η νεφοκάλυψη.

Πηγή: Χατζόπουλος Ι., Χωριατέλλη Χρ., Καντζάς Π., Κάλλος Γ., Κατσαφάρδος Π., Σπύρου Χρ.: Χαρτογράφηση της σκόνης από τη Σαχάρα στην ατμόσφαιρα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης.