Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 14–18 ноября 2022 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XX.A.336

Усовершенствованный метод оценки интенсивности осадков по данным геостационарного КА Himawari-8

Андреев А.И. (1), Филей А.А. (1), Давиденко А. Н. (1)
(1) Дальневосточный центр ФГБУ "НИЦ "Планета", Хабаровск, Россия
В работе представлен модифицированный алгоритм на основе предложенного ранее подхода [1] для расчета карт мгновенной интенсивности осадков по данным спутника Himawari-8. Метод расчета основан на моделирования взаимосвязи между интенсивностью осадков, спектральными и текстурными характеристиками облачности и ее некоторыми физическими характеристиками. Предварительно производится расчет ключевых предикторов, таких как высота верхней границы облачности [3], ее оптическая толщина, эффективный радиус облачных частиц [4], фазовое состояние воды в облаке, а также оценка водозапаса и ледозапаса. Рассчитанные предикторы, а также набор спектральных каналов прибора AHI КА Himawari-8 используются в качестве входных данных модели нейросетевого классификатора на базе широко используемой модифицированной архитектуры UNet с целью расчета маски зон осадков. По данной маске и рассчитанным ранее предикторам в дальнейшем производится оценка мгновенной интенсивности осадков с использованием регрессионной нейросетевой модели, представленной в работе [2].
В работе показано, что использование двух моделей (для обнаружения осадков и оценки интенсивности) является более эффективным с точки зрения полноты использования обучающих данных. Кроме того, в виду крайне неоднородного распределения значений интенсивности по частоте встречаемости в обучающей выборке, при обучении регрессионной модели вводились коэффициенты значимости для функции ошибки (loss-функции) в зависимости от величины значений интенсивности. Коэффициенты были подобраны эмпирически: для интенсивностей менее 10 мм/ч применялся множитель 0.01; для интенсивностей от 10 до 20 мм/ч – 0.5; для более высоких значений интенсивности – 1.0.
Ввиду ограниченности данных наземных наблюдений, источником «эталонной» информации об осадках при формировании обучающих наборов данных выступали измерения в рамках глобальной миссии IMERG GPM (https://gpm.nasa.gov). Эти измерения представлены в виде композитных карт интенсивности осадков по данным микроволновых и инфракрасных приборов различных КА.
Для валидации полученных результатов использовались измерения наземных станций, представленные в виде сумм осадков и мгновенных значений интенсивностей. По результатам валидации были получены значения средней ошибки мгновенной интенсивности – 1.33 мм/ч и коэффициента корреляции – 0.45 в светлое и темное время суток. Вероятность обнаружения осадков составила около 73%, количество ложных классификаций – не более 28%. Полученные данные сопоставимы с оценками используемых в мировой практике алгоритмов расчета осадков, что делает возможным внедрение разработанного алгоритма в оперативную работу как вспомогательного источника информации об осадках.

Ключевые слова: Himawari-8, обнаружение осадков, интенсивность осадков, нейронные сети
Литература:
  1. [1] Андреев А. И. и др. Разработка метода оценки интенсивности осадков по данным геостационарного КА Himawari-8 //Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». – 2020. – С. 59.
  2. [2] Андреев А.И., Шамилова Ю.А. Детектирование облачности по данным КА Himawari-8 с применением сверточной нейронной сети //Исследование Земли из космоса. – 2021., – №2, с. 42-52.
  3. [3] Филей А. А. Восстановление высоты верхней границы облачности по данным спутникового прибора МСУ-МР КА" Метеор-М" N 2-2 //Оптика атмосферы и океана. – 2020. – Т. 33. – №. 12. – С. 918-925.
  4. [4] Филей А. А. Восстановление оптической толщины и эффективного радиуса частиц облачности по данным дневных измерений спутникового радиометра МСУ-МР //Оптика атмосферы и океана. – 2019. – Т. 32. – №. 8. – С. 650-656.

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Андреев А.И., Филей А.А., Давиденко А.Н. Усовершенствованный метод оценки интенсивности осадков по данным геостационарного КА Himawari-8 // Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2022. C. 16. DOI 10.21046/20DZZconf-2022a

Методы и алгоритмы обработки спутниковых данных

16