Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Географическая экология

Диссертационная работа:

Зенкин Олег Васильевич. Разработка методики оценки геоэкологической обстановки в водах Охотского моря на основе спутниковых данных MODIS : Дис. ... канд. техн. наук : 25.00.36 : Южно-Сахалинск, 2004 144 c. РГБ ОД, 61:04-5/3179

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СИСТЕМА ГЛОБАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ
ОХОТСКОГО МОРЯ; РОЛЬ И МЕСТО ФИТОПЛАНКТОНА 10

  1. Роль фитопланктона в экологических исследованиях. 10

  2. Проблема глобального потепления на Земле 14

  3. Явление парникового эффекта. 15

  4. Трансграничные переносы. 18

  5. Роль морской биоты в процессе самоочищения окружающей среды 20

1.6. Глобальные факторы, воздействующие на интенсивность
трансформации углерода фитопланктоном (явление Эль-Ниньо ). 22

  1. Роль фитопланктона как индикатора антропогенных загрязнений. 23

  2. Характер изменчивости и факторы роста фитопланктона в Охотском море 25

1.9. Исследование динамики концентрации хлорофилла-а и ее связи с
температурой воды в ключевых точках Охотского моря и прилегающих
акваториях. 26

1.10. Методы прогнозирования распространения тепла в поверхностном слое
океана по спутниковой информации 40

2. БИООПТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ ОЦЕНКИ КОНЦЕНТРАЦИИ
ХЛОРОФИЛЛА-А ПО СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ: 44

  1. Набор данных SeaBAM. 45

  2. Алгоритмы оценивания хлорофилла 48

  1. Полуаналитические модели. 48

  2. Эмпирические алгоритмы. 49

2.3. Новые формулировки эмпирических алгоритмов после проверки на данных

SeaB AM. 53

2.3.1. Алгоритмы ОС2, модифицированные кубические полиномы 53

2.3.2. Алгоритм максимального отношения каналов (ОС4). 54

2.4. Разработка оптимальной структуры регионального биооптического
алгоритма; 56

2.4.1. Оценки ошибок биооптических алгоритмов. 57

2.4.2. Классификация биооптических данных и расчет регрессионных
параметров. 61

3. КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦВЕТНОСТИ МОРСКОЙ ВОДЫ.....70

  1. Разновидности фитопланктона: 70

  2. Дистанционные исследования фитопланктона. 71

  3. Цвет моря 72

  4. Спектральные характеристики морской воды 74

  5. Желтая субстанция и суспензии частиц. 76

  6. Исследование цвета моря со спутников. 77

  7. Классификация биооптических свойств - морской воды 79

3.8. Метод размытой многопараметрической классификации и его применение

для биооптической классификации вод Охотского моря 81

4. ПРОГРАММНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ВИЗУАЛИЗАЦИИ И
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ MODIS. 92

4.1. Прием информации по проекту MODIS 92

4.2. Цветные изображения в визуальном анализе спутниковых данных 97

4.2. Г. Шаги по созданию цветных изображений. 98

  1. Мнимые цветные композиции. 101

  2. Визуализация в исследованиях первичной продуктивности фитопланктона :...103

  3. Детализированные полноцветные образы. 104

4.2.5. Методы автоматизированного построения детализированных
полноцветных образов 106

* 4.2.6. Математическая формализация метода автоматизации построения
цветных изображений. 107

4.3. Средства визуализации и анализа данных MODIS Ill

4.3.1. Среда программирования IDL 112

4.4. Формат данных HDF 112

4.4. Атрибуты графического пользовательского интерфейса системы IDL..113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123

ЛИТЕРАТУРА 126

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Примеры цветных изображений со спутника MODIS 136

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Пример расчета калибровочных коэффициентов с критерием
оптимальности по Парето 138

Введение к работе:

Актуальность темы. Геоэкологические исследования основаны на

применении; знаний? о геосферных оболочках Земли. Объектом исследований геоэкологии является обнаружение механизмов влияния природных и техногенных факторов на изменения геосферных оболочек[1,4].

Особенностью геоэкологического метода исследования следует считать экологическую составляющую, связанную с вовлечением в процесс исследования объектов живой природы на поверхности суши или в океане. В связи: с активизацией освоения природных ресурсов и возрастанием; антропогенных воздействий на природную среду оценка геоэкологических обстановок акваторий становится все более актуальной. Направленность геоэкологических исследований на Дальнем Востоке обусловливается, в первую очередь, наличием разведанных рентабельных месторождений нефти и газа на шельфе Сахалина (охотоморское побережье) и перспективой их дальнейшей разработки. Следует учитывать интересы важнейшей для; экономики Дальнего Востока рыбнойt отрасли. В; этом свете оценка состояния водных объектов в районах добычи и транспортировки углеводородного сырья и воздействий на жизнедеятельность организмов вблизи этих объектов должны быть в центре внимания геоэкологии.

Проводить оценку геоэкологических обстановок в океане контактными методами* непродуктивно по* причине трудоемкости и высокой затратности проведения экспедиций. Кроме: того, судовыми измерениями невозможно выполнять оперативные оценкш геоэкологических обстановок на большой акватории. Перспективным методом являются дистанционные измерения с помощью сканирующих устройств, установленных на искусственных спутниках Земли; В: океане оценки геоэкологических обстановок могут проводиться; на основе анализа цветности поверхностных вод. Основным: вкладчиком в цветность поверхности воды является фитопланктон, в связи ? с чем пространственно-временные распределения фитопланктона являются

индикатором изменений окружающей среды и могут применяться для оценки геоэкологических обстановок с применением данных дистанционного зондирования

Цель и задачи исследования. Работа носит методический характер и

посвящена исследованию весьма актуальной проблемы разработки региональных алгоритмов дешифрирования космических изображений, получаемых с многоканальных цветных сканеров, и их применению для анализа; характера геоэкологической обстановки, поскольку использование спутниковых данных в геоэкологических исследованиях пока еще весьма затруднено из-за отсутствия апробированных методик обработки и интерпретации спутниковых данных. Цель работы - разработка методики анализа геоэкологической обстановки в водах Охотского моря по спутниковым данным MODIS на основе информации о состоянии фитопланктона. Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Разработки классификации для анализа характера геоэкологической
обстановки по состоянию хлорофилла в поверхностном слое воды;

2. Технологической реализации посредством разработки региональных
алгоритмов восстановления океанографических параметров;

  1. Выявления классов геоэкологических обстановок, на морской поверхности в разных диапазонах спектра;

  2. Разработки информационной технологии приема и дешифрирования данных дистанционного зондирования;

Основные положения, выносимые на защиту

Воды Охотского моря делятся на классы, отражающие различную геоэкологическую обстановку, на основании определения состояния планктона по данным спутниковой информации.

- Расчет концентрации хлорофилла-а для Охотского моря выполняется по региональному алгоритму, основой для разработки которого послужил проведенный сравнительный анализ спутниковых и судовых данных.

- Методика определения цветности вод по спутниковым данным позволяет
производить оценки качественных и количественных параметров состояния»
геоэкологических обстановок.

- Алгоритмически-программные средства выборки данных и расчета
информационных продуктов позволяют реализовывать технологии
автоматического преобразования многоканальных спутниковых данных.
Фактические данные. Для^ района? Охотского моря в настоящее время^
доступны ежедневные 36-канальные спутниковые: данные американского
сканера MODIS. Приемная, антенна установлена в г. Южно-Сахалинске. В>
районе полудня принимаются два спутниковых снимка с разницей во времени
~1.5 часа: Геофизические; параметры,. рассчитываемые по данным MODIS,
включают яркости восходящего излучения для каналов видимого спектра (405-
420, 438-448, 483-493- 526-536, 546-556, 662-672, 673-683 и 743-753 nm
километрового разрешения; каналов 459-479 и 545-565 шп 0.5 км; канала 620-
670 nm 0.25 км і разрешения), каналов инфракрасной области спектра 0.25 км,
0.5 км и 1 км разрешения, микроволновых каналов, нормализованные яркости
восходящего излучения Lwn( h ) по каждому спутниковому каналу,
концентрации хлорофилла-а и пигментов фитопланктона. Указанные
параметры рассчитываются посредством алгоритмов атмосферной коррекции и
глобальных биооптических алгоритмов, которые могут иметь значительные:
погрешности, в: том числе, вследствие региональной специфики. Для»
верификации спутниковых данных проводились специальные подспутниковые
эксперименты, в которых осуществляется прямое сопоставление судовых и
спутниковых данных. Для Охотского моря одним из наиболее достоверных
источников информации о концентрации хлорофилла-а в настоящее время
являются подспутниковые данные, сбор которых выполнен Тихоокеанским
океанологическим институтом ДВО РАН с НИС «Надежда», на борту которого
имеется аппаратура лазерной флюорометрии. В 2001-2002 году измерения в
Охотском* море были выполнены в августе-сентябре и проводились в
нескольких районах, включая Курильские острова, в шельфовой зоне северо-

8 западной части о. Сахалина, в зоне апвеллинга (банка Кашеварова), в центральной части Охотского моря, в районе юго-западного и юго-восточного побережья Камчатки. Практическое значение и реализация результатов исследования.

Практическая1 значимость заключается в возможности получать и анализировать информацию космических снимков, преобразованную региональными* алгоритмами* расчета параметров * океана, в частности, пространственно-временные распределения хлорофилла-а по спутниковым данным MGDIS в важнейших, с точки зрения геоэкологии, рыболовства и нефтедобывающей отрасли, районах Охотского моря с учетом региональных особенностей вод Охотского моря, а также данных подспутниковых измерений. Диссертация выполнена автором в соответствии! с планом научных исследований, проводимых СахНИРОи Сахалинским филиалом; ДВГИ? ДВО РАН при поддержке грантов РФФИ N 02-02-17795, ФЦП «Интеграция» N С0148 «Дальневосточный плавучий университет»,. ДВО РАН «Трансграничные переносы» N 03-108-1010. Теоретическая и методологическая основа исследований.

Разработкой биооптических алгоритмов t для расчета концентрации
хлорофилла-а по спутниковым данным»занимаются; уже в .течении > нескольких
десятилетий такие исследователи, как Давид Сигел (Калифорнийский
университет, Санта-Барбара), Стефан Мариторена, Чарлз Маклэйн
(Университет космических исследований НАС А, Мэриленд), Мати Кару
(Политехнический университет, Калифорния), Сара Гарвер( Университет
Южной Флориды, Санкт-Петербург), Джон Рейли (Исландский центр
обеспечения океанического рыболовства, Наррагансетт) и др. Ими разработаны >
статистические и графические критерии для оценивания 2 полуаналитических и
15 эмпирических биооптических алгоритмов расчета концентрации пигментов
фитопланктона, в том числе хлорофилла-а, по спутниковым данным в«
SEAWIFS , охватывающих данные более 900і станций измерения

концентрации > хлорофилла-а SeaBAMI В качестве: подспутниковых измерений

9 брались данные из набора данных в Северном море, в арктических морях вблизи Канады, в Саргассовом море, в Калифорнийском заливе, северной Атлантике и др. Более 80 процентов измерений SeaBAM* проведены для открытого типа; вод Мирового океана; и лишь 20 процентов для прибрежного типа вод. В этих алгоритмах концентрация хлорофилла-а связывается со значениями яркости восходящего излучения для спутниковых каналов SEAWIFS. Такими же образом была произведена разработка алгоритмов для данных MODIS. Оперативный биооптический алгоритм для расчета концентрации» хлорофилла-а включен в математическое обеспечение станций; приема данных.

В процессе исследования учитывался опыт указанных авторов по анализу функциональных форм биооптических алгоритмов;, а также по применению алгоритмов для различных диапазонов концентрации хлорофилла-а. Применялись методы линейного и нелинейного регрессионного анализа, линейного программирования, размытых множеств, факторного анализа, имитационного и ситуационного моделирования на основе: обработки данных MODIS.

Апробация работы. Основные положения диссертации, а также применяемые методы исследования; обсуждались на следующих конференциях и семинарах: «International conference in computer logic», г. Таллинн, 1988 г.; «4th IFAOIFORS Symposium LARGE SCALE SYSTEMS :THEORY AND APPLICATIONS», г. Цюрих, 1986 г.; «Проблемы и методы принятия решений в организационных системах управления»,Москва-Звенигород, 1988 г.; «9th IF АС Congress»,г. Будапешт, 1984 г., «5th IFAC/IFHVIFORS conference», Вена, 1986 г.; «Программные системы для' семиотического моделирования и ситуационного управления», г. Калининград, 1983 г.; «Визуализация; в исследованиях биоресурсов Мирового океана», г. Владивосток, 2001 г.; « Programming system IDL», г. Москва, 2002 г.; 3 SPIE Remote Sensing Symposium, 2002.

Подобные работы
Испирян Светлана Рафаиловна
Разработка методики комплексной оценки поглощения торфом нефтемаслопродуктов
Жуковская Елена Петровна
Методика оперативной оценки экологической опасности отходов при разработке медно-цинковых месторождений Урала и перспективные способы их нейтрализации
Хуторянский Евгений Юрьевич
Разработка методики геоинформационного обеспечения экологического мониторинга объектов инвестиционно-строительных проектов
Меншиков Александр Владимирович
Разработка методики составления электронных карт геоэкологического состояния водных объектов с использованием программ ГИС-технологий : На примере Московской водохозяйственной системы
Голобокова Людмила Петровна
Разработка и реализация методик для исследования химического состава газовых примесей и атмосферного аэрозоля (На примере Байкальской природной территории)
Сугако Евгений Александрович
Совершенствование методики оценки радиоактивного облучения населения, проживающего на территории Подмосковного угольного бассейна
Михайлова Надежда Викторовна
Обоснование методики оценки воздействия эколого-технической среды на работников горнодобывающих предприятий Севера
Корчагина Татьяна Викторовна
Совершенствование методики оценки воздействия подземной добычи коксующихся углей на окружающую среду
Миненко Александр Анатольевич
Совершенствование методики оценки загрязнения почв горнопромышленного региона тяжелыми металлами
Бобылев Николай Геннадьевич
Методика оценки взаимодействия подземных комплексов с окружающей средой

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net