Ички Монголиянын Далад Баннер шаарындагы кар жана муз катмарын гиперспектралдык аралашманын спектрдик ажыроосунун негизинде мониторинг жүргүзүү

Кар катмары Жердин климатынын өзгөрүшүндөгү активдүү системалык өзгөрмө болуп саналат, ал глобалдык климаттын өзгөрүшүнүн маанилүү көрсөткүчү гана эмес, ошондой эле Жердин энергетикалык балансы, атмосфералык цикл, суунун цикли жана көмүртек менен азот цикли менен тыгыз байланышта. Анын жогорку чагылдыруу жөндөмдүүлүгү, жогорку муздак сактоо жөндөмдүүлүгү, фазалык өткөөлдүн эбегейсиз жашыруун жылуулугу жана парник газдарынын булагы жана жутуучу ролу аны Жердин бетинин энергия балансында чечүүчү ролду ойнойт. Сандык аралыктан зонддоо технологиясы кар катмарынын өзгөрүшүн көзөмөлдөө, анын климаттын өзгөрүшүнө болгон реакциясын баалоо жана кар катмарынын гидрологиялык изилдөөлөрүн жүргүзүү үчүн кар катмары жөнүндө маалымат алуунун негизги каражаты болуп саналат. Спутниктик аралыктан зонддоо кар катмарын изилдөө жаатында кеңири колдонулат.

Кардын көрүнгөн жарык тилкесинде жогорку чагылдыруу жөндөмдүүлүгү бар, бирок кыска толкундуу инфракызыл тилкесинде төмөн чагылдыруу жөндөмдүүлүгү бар, ал эми көпчүлүк булуттар эки тилкеде тең жогорку чагылдыруу жөндөмдүүлүгүнө ээ. Ошондуктан, Кардын нормалдаштырылган айырма индексин (NDSI) колдонуп, көрүнгөн жана кыска толкундуу инфракызыл тилкелердин ортосундагы айырманы эсептөө оптикалык аралыктан зонддоо маалыматтарындагы кар катмары жөнүндө маалыматты натыйжалуу аныктай алат. Бирок, кар жана булуттар көрүнгөн жарык тилкесинде окшош спектрдик мүнөздөмөлөргө ээ болгондуктан, оптикалык аралыктан зонддоо технологиясынын негизинде иштелип чыккан кар катмары продуктулары көп учурда күн радиациясынын жана булут катмарынын жетишсиздигинен жабыркайт, натыйжада көптөгөн маанилер жоголот жана колдонууда белгилүү бир кыйынчылыктарды жаратат. Ошондуктан, биз кар катмарынын аянтын бөлүп алуу үчүн гибриддик спектрдик ажыроо ыкмасын колдонобуз, бул жогорку тактыкка жана төмөнкү жалган оң көрсөткүчкө жетишүүгө мүмкүндүк берет.

CAS Xiguang Aerospace - Кар жана муз катмарын картага түшүрүү

Маалымат булагы: XIGUANG003 гиперспектралдык сүрөт тартуучу аппарат

Аймак: Далад Баннер, Ички Монголия

Тартылган күнү: 2024-жылдын 5-январы

Кар жана муз катмарын картага түшүрүү төмөнкү кадамдарды камтыйт:

1. Чийки L2A маалыматтарын радиометриялык калибрлөө, атмосфералык коррекциялоо жана орторектификациялоо;
2. Спектрдик өлчөмдүүлүктү азайтуу Минималдуу ызы-чууну өзгөртүү (MNF) ыкмасын колдонуу менен жүргүзүлөт.
3. Маалыматтардын өлчөмдөрүн аныктоо үчүн мейкиндик ырааттуулугун өлчөөлөрдү колдонуңуз;
4. Таза пиксел индексин (PPI) эсептеп, андан ары өзгөрмөлөрдү Таза пиксел индексин (PPI) колдонуп текшериңиз;
5. Натыйжалар N өлчөмдө көрсөтүлөт, автоматтык түрдө кластерленет жана акыркы мүчөлөр аныкталат.
6. Спектрдик картага түшүрүү спектрдик бурчтук картага түшүргүчтү (SAM) жана гибриддик туураланган дал келген чыпканы (MTMF) колдонуу менен акыркы мүчөлөрдүн санын бир убакта классификациялоо жана эсептөө үчүн жүргүзүлдү.
7. Карталар картага түшүрүүнүн жыйынтыктарынын негизинде түзүлүп, андан кийин жогорку чечилиштеги панхроматикалык сүрөттөр менен бириктирилет.

△ 1-сүрөт Атмосфералык коррекциядан жана орторектификациядан кийинки чагылдыруу сүрөтү

Изилдөө аймагы Ички Монголиянын Далад Баннер шаарында, тактап айтканда, Баотоу шаарынын түштүк бөлүгүндө, Хуанхэ дарыясынын түштүк жээгинде жайгашкан. Ал Далад шаарын жана Далад фотоэлектрдик электр станциясын камтыйт. Бул аймактагы негизги жер бетинин формалары - шаарлар, дарыялар, шахталар жана чөлдөр, ал эми спутниктик транзит учурунда кар катмары байкалат.

△2-сүрөт. Ар кандай жер үстүндөгү өзгөчөлүктөрдүн чагылдыруу жөндөмүн салыштыруу.

Карда 760 нмде чагылтуу чокусунун болушу анын ошол толкун узундугундагы жарыкка карата күчтүү чагылуусун көрсөтөт. Себеби кар муз кристаллдарынан турат, алар жарыкка күчтүү чачыратуу таасирин тийгизет. Жарык карда тийгенде, бир бөлүгү муз кристаллдары тарабынан сиңип кетет, ал эми калганы ар кандай багытта чачырайт. Чачыраган жарыктын арасында чачыратуу интенсивдүүлүгү 760 нмде эң күчтүү болот, ошондуктан бул толкун узундугундагы чагылтуу чокусу. 2-сүрөткө ылайык, 760 нмдеги чагылуунун айырмасын кар катмарын андан ары классификациялоо үчүн колдонсо болот; башкача айтканда, 760 нмде жарыктын чагылуусундагы өзгөрүүлөрдү көзөмөлдөө менен кардын эришин көзөмөлдөөгө болот. Кар эригенде, муз кристаллдары сууга айланат жана суу муз кристаллдарына караганда жарыкты анча натыйжалуу эмес чачат. Ошондуктан, кар эригенде, 760 нмдеги жарыктын чагылуусу төмөндөйт.

Таза пикселди эсептөөдөн жана учтун элементтерин бөлүп алуудан кийин, сакталып калган учтун элементтеринин акыркы саны 3тү түздү, алардын экөөсү кар катмарын билдирген. Ошондуктан, кар катмары кийинчерээк жаңы кар жана эски кар (муз-кар аралашмасы) болуп бөлүнүп, кардын эрүү абалы талданган.

Кардын эришин көзөмөлдөө төмөнкү максаттарда колдонулушу мүмкүн:

1. Суу ташкынынын алдын ала айтуу: Кардын эриши суу ташкынынын негизги булактарынын бири болуп саналат. Кардын эришин көзөмөлдөө менен суу ташкынынын ыктымалдуулугун жана масштабын алдын ала айтууга болот.
2. Кар көчкүсүн болжолдоо: Кар көчкүлөрү - бул кардын эришинен келип чыккан дагы бир табигый кырсык. Кардын эришин көзөмөлдөө менен кар көчкүлөрүнүн ыктымалдуулугун жана масштабын алдын ала айтууга болот.
3. Суу ресурстарын башкаруу: Кардын эриши дарыя сууларынын агып киришинин маанилүү булагы болуп саналат. Кардын эришин көзөмөлдөө менен дарыя сууларынын агып киришинин өзгөрүшүн алдын ала айтууга болот, ошону менен суу ресурстарын башкарууга мүмкүндүк берет.

△ 3-сүрөт. Жаңы кар элементинин молчулук боюнча бөлүштүрүү картасы.

△ 4-сүрөт. Кардын эски эндогендик тукумунун молчулук таралышынын картасы.

Аралашмага ылайыкташтырылган чыпкалоо (MTMF) акыркы мүчөлөрдүн спектрлеринин көптүгүн табуу үчүн жарым-жартылай ажыратуу ыкмасын колдонот. Бул ыкма белгилүү акыркы мүчөлөрдүн реакциясын максималдуу түрдө жогорулатуу жана белгисиз фондор менен татаалдашкан реакцияларды басуу үчүн "дал келген чыпканы" (MF) колдонот, ошону менен белгилүү сигналды "дал келтирет". Ал сүрөт көрүнүшүндөгү бардык акыркы мүчөлөр жөнүндө билимди талап кылбастан, китепканадагы же сүрөттөгү акыркы мүчөлөрдүн спектрлерин дал келтирүүгө негизделген белгилүү материалдарды тез аныктоо ыкмасын камсыз кылат. Сызыктуу спектрдик ажыратуу, тескерисинче, ар бир тилкедеги пикселдин чагылдырылышы пикселдин ичиндеги акыркы мүчөлөрдүн материалдарынын чагылдырылышынын сызыктуу айкалышына барабар деп болжолдоо менен сүрөт пикселдериндеги материалдардын көптүгүн табат.

3 жана 4-сүрөттөрдө MTMFтин натыйжалары көрсөтүлгөн, алар ар бир пикселдин акыркы элементинин көптүгүн визуалдаштырып, пикселдин аралаш спектрдик курамын интуитивдик түрдө көрсөтө алат. Түс канчалык караңгы болсо, ошол акыркы элементтин көптүгү ошончолук жогору болот. Жаңы кар Далат шаарынын батыш түздүктөрүн жана түштүк тоолорун каптап турганы аныкталган. Эски кар негизинен батыш чөлүндө, Далат шаарында жана кен казуучу аймакта таралган.Кийинки спектрдик бурчтук карта түзүүчүсүнүн (SAM) жыйынтыктары да муну тастыктайт.

△ 5-сүрөт. Спектрдик бурчтук карта түзүүчүнүн классификациялык жыйынтыктары

Спектрдик бурчту чагылдыруучу аппарат (SAM) сүрөт спектрин N-өлчөмдүү мейкиндиктеги шилтеме спектри менен дал келтирет. SAM акыркы элементтин спектринин (n-өлчөмдүү вектор катары каралат, мында N - тилкелердин саны) жана N-өлчөмдүү мейкиндиктеги ар бир пикселдин векторунун ортосундагы бурчту салыштырат. Кичинекей бурч шилтеме спектрине жакыныраак дал келүүнү билдирет. Калибрленген маалыматтарда колдонулганда, бул ыкма жарыктандырууга жана альбедо эффекттерине салыштырмалуу сезгич эмес. SAM максималдуу бурч босогосуна негизделген классификация сүрөтүн түзөт.

5-сүрөттө акыркы классификациянын жыйынтыктары көрсөтүлгөн. MTMF жыйынтыктары менен салыштырганда, батыш аймак үчүн классификациянын таасири жакшыраак экени, жалган оң көрсөткүчтү натыйжалуу түрдө азайтканы көрүнүп турат. Ошол эле учурда, ал түндүк-чыгыштагы Далат шаарында жана түштүк-чыгыштагы тоо-кен аймагында кар менен муздун аз катмарын жана кардын эрүү кубулушун даана көрсөтөт.

Кар жана муз каптаган аянт боюнча статистика

Кар жана муз каптоо статистикасы төмөнкүдөй:

Спутник сүрөттөрү менен камтылган жалпы аянт: 6400 чарчы километр

Кар катмары: 11% (704 чарчы километр)

Эски кар катмары: 6% (384 чарчы километр)

Жергиликтүү тарыхый метеорологиялык маалыматтарга кайрылуу менен, эң жогорку температура -1°C тегерегинде болгону аныкталды. Демек, бул аймакта кардын жана муздун эришинин негизги себептери төмөнкү факторлор болушу мүмкүн:

1. Адам ишмердүүлүгүнүн таасири: Калк жыш жайгашкан аймактарда жана көмүр казуучу аймактарда, адатта, тоо-кен казуу, транспорт жана механикалык операциялар сыяктуу адам ишмердүүлүгү көп болот. Бул иш-аракеттер жер бетинин мүнөзүн жана түзүлүшүн өзгөртүп, жер бетинин оройлугун азайтып, кардын жер бетинде калышын же топтолушун кыйындатышы мүмкүн. Ошол эле учурда, жасалма кар тазалоо шаарларда жана жолдордо жүргүзүлөт. Ал эми түндүк аймактарда негизинен айылдар жана айдоо жерлери бар, аларда адамдын кийлигишүүсү азыраак, ошондуктан кар жайыраак эрийт.
2. Жабык жайлар жана жайлар: Калк жыш жайгашкан аймактарда жана көмүр казуучу аймактарда, адатта, имараттар, жабдуулар жана жолдор сыяктуу көптөгөн жасалма курулмалар бар. Бул жапкычтар күн радиациясын сиңирип алат, бул жер бетинин температурасын көтөрүп, кардын пайда болушун жана сакталышын азайтат.
3. Жылуулук бөлүнүп чыгышы: Калк жыш жайгашкан аймактарда жана көмүр шахталарында өндүрүштүк иш-аракеттер, адатта, көмүрдү жагуудан пайда болгон жылуулук жана механикалык жабдуулардын жумушчу ысыгы сыяктуу көп өлчөмдөгү жылуулук бөлүнүп чыгышы менен коштолот. Бул жылуулук айлана-чөйрөнүн бетинин температурасын көтөрүп, мындай чөйрөдө кардын топтолушун кыйындатат.

Сары дарыянын каналында кар/муз бетинин классификациясынын эски жыйынтыктары пайда болду. Метеорологиялык шарттар жана Сары дарыянын муз каптоо мезгилинин датасы менен бирге, ал муз-суу аралашмасынан же жарым-жартылай тоңгон дарыя каналынан турган муз катмарлары экени аныкталган. Жер үстүндөгү маалыматтар менен бирге муз катмарынын курамын же дарыянын тоңушун андан ары талдоо жүргүзүлүшү мүмкүн. Дарыя каналындагы муз катмарларынын бүтүндөй процессин чоңураак мейкиндик масштабынан көзөмөлдөөгө болот, бул ошондой эле гиперспектралдык алыстан зонддоо технологиясынын колдонуу баалуулугун чагылдырат.