Введение 4
Глава 1. Метод обнаружения высокотемпературных источников, а также восстановления их площади и температуры по данным радиометра VIIRS/Suomi-NPP 7
1.1. Радиометр VIIRS/Suomi-NPP 7
1.2. Метод обнаружения высокотемпературных источников . . 8
1.3. Технология восстановления температуры и площади высокотемпературных источников 10
1.4. Верификация технологии 14
Глава 2. Атмосферная коррекция показаний каналов видимого и ближнего ИК-диапазонов радиометра VIIRS спутника Suomi-NPP, полученных в ночное время суток 16
2.1. Аэрозольная оптическая толщина и содержание водяного
пара в атмосфере 16
2.2. Микроволновый радиометр ATMS 17
2.3. Атмосферная коррекция 18
Глава 3. Применение технологии мониторинга термальных аномалий к высокотемпературным источникам, расположенным на территории Западной Сибири 23
3.1. Технология мониторинга термальных аномалий 23
3.2. Результаты мониторинга Западной Сибири 25
3.3. Верификация 30
Заключение 44
Приложение A. Технология восстановления температуры и площади термальных аномалий, реализованная в среде программирования Fortran 90 45
Приложение Б. Алгоритм Нелдера-Мида, реализованный в среде программирования Fortran 90 47
Литература 50
Ключевой проблемой XXI века является накопление парниковых газов в атмосфере и глобальное потепление [1]. В ХХ веке средняя температура Земли в приземном слое атмосферы увеличилась примерно на 0.6 градуса [2,3]. В Сибири с 2000 года по 2010 год температура увеличилась, примерно, на 0.7 градуса [3,4]. Возможными причинами всех потеплений считается изменение баланса парниковых газов (углекислого газа CO2, метана CH4и др.) и аэрозоли [2,3,5].
Ежедневно на территории Западной Сибири происходит массовая добыча и переработка нефти с сжиганием при этом попутного газа. При его сжигании образуется углекислый газ CO2,который впоследствии попадает в атмосферу Земли.
Попутный газ относится к природному газу, который вырывается на поверхность Земли при добыче нефти на нефтяных скважинах. Это является самым крупным источником сжигания газа. Меньшие объемы сжигания происходят на нефтеперерабатывающих заводах [6]. В следствии этого становится актуальным мониторинг и инвентаризация нефтяных скважин и нефтеперерабатывающих заводов.
Поскольку сжигание в факеле является процессом утилизации отходов, систематическая отчетность о местах сжигания и объемах сжигаемого газа отсутствует. Кроме того, когда сообщаются данные об его объеме, то, как правило, они сообщаются оператором предприятия самостоятельно исходя из разницы между объемом произведенного природного газа и используемым/продаваемым [6]. Поэтому трудно оценить надежность и точность представленных данных. В связи с этим спутниковые приборы являются привлекательным вариантом для глобального мониторинга газовых факелов [6], поскольку за один пролет спутника охватывается большая часть территории и мониторинг можно проводить несколько раз в день.
С запуском на орбиту 28 октября 2011 года спутника Suomi-NPP [7] появилась возможность приема и обработки данных радиометра VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite), расположенного на борту данного спутника.
Уникальность данного прибора заключается в том, что он имеет канал видимого диапазона, который в отсутствие солнечного излучения является крайне полезным для мониторинга термальных аномалий. С его помощью в комбинации с каналами ближнего ИК-диапазона возможно не только определение местоположения источника, но и восстановление его параметров, таких как температура и площадь.
Данные VIIRS могут обеспечить мониторинг факельного сжигания природного газа на конкретных объектах для обеспечения сокращения и полной ликвидации планового сжигания природного газа [6].
С использованием станции приема спутниковой информации УНИСкан- 24 отдела космического мониторинга Алтайского государственного университета с декабря 2012 года возможны прием и обработка в режиме реального времени ш сырого потока» данных радиометра VIIRS/Suomi- NPP.
Целью данной работы является мониторинг и инвентаризация термальных аномалий с температурой T> 1600 K и зенитным углом наблюдений <10° в условиях безоблачной атмосферы на территории Западной Сибири с помощью каналов видимого и ближнего ИК-диапазона радиометра VIIRS/Suomi-NPP.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.
1) Формирование архива данных радиометра VIIRS/Suomi-NPP.
2) Разработка алгоритма восстановления параметров термальных аномалий.
3) Инвентаризация высокотемпературных термальных аномалий.
4) Верификация найденных источников.
Структура работы следующая.
В первой главе рассмотрен метод обнаружения высокотемпературных источников, а также восстановления их площади и температуры по данным радиометра VIIRS/Suomi-NPP.
Во второй главе обсуждается атмосферная коррекция показаний каналов видимого и ближнего ИК-диапазонов радиометра VIIRS спутника Suomi-NPP, полученных в ночное время суток.
В третьей главе излагаются результаты применения технологии мониторинга термальных аномалий к высокотемпературным источникам Западной Сибири.
В приложении A представлен программный код технологии восстановления температуры и площади термальных аномалий, реализованный в среде программирования Fortran 90.
В приложении Б приведен программный код алгоритма Нелдера-Мида, реализованный в среде программирования Fortran 90.
Работа посвящена мониторингу и инвентаризации высокотемпературных источников на территории Западной Сибири в ночное время по данным каналов видимого и инфракрасного диапазона радиометра VIIRS/ Suomi-NPP.
Полученные в работе результаты позволяют сделать следующие выводы.
1. Создан вычислительный комплекс для проведения атмосферной коррекции показаний каналов видимого и ближнего ИК-диапазонов радиометра VIIRS спутника Suomi-NPP, полученных в ночное время.
2. С использованием данных радиометра VIIRS спутника Suomi-NPP проведены мониторинг и инвентаризация термальных аномалий с температурой T> 1600 K и зенитным углом наблюдений < 10° в условиях безоблачной атмосферы на территории Западной Сибири. Найдено и каталогизировано 233 источника.
3. Установлено отсутствие зависимости температуры найденных источников от времени. Учитывая, что найденные источники наблюдались в исследуемый период более одного раза, было выдвинуто предположение о том, что данными источниками являются газовые факелы.
4. С использованием данных геоинформационной системы Google Earth и снимков высокого разрешения спутника Landsat-8 проведена верификация найденных источников. Предположение о том, что найденные источники являются газовыми факелами, подтвердилось.
