Новые технологии, перспективные отрасли, опыт → Геоаналитика.Агро: данные дистанционного зондирования Земли, как источник агрометеорологической информации

Геоаналитика.Агро

В сервисе Геоаналитика.Агро реализованы алгоритмы обработки и анализа пространственной информации (данные с сети метеостанций, космическая съемка, цифровые модели рельефа), позволяющие оперативно извлекать значимую информацию из доступных информационных массивов и отображать ее в наглядном виде, и, следовательно, предоставлять пользователям сведения, необходимые для понимания актуальной ситуации на полях и своевременного реагирования. Мы постоянно работаем над поиском источников оперативной и детальной метеоинформации и разработкой новых алгоритмов ее обработки, анализа и предоставления пользователям.

Категория продуктов «Агрометеорологические условия» предназначена для осуществления мониторинга метеоусловий, оказывающих существенное влияние на развитие растений и формирование урожая сельскохозяйственных культур.

Для получения карт температуры и влажности воздуха, давления и осадков в сервисе Геоаналитика.Агро используется метеоинформация, поступающая с международной сети метеостанций, для расчета норм метеорологических показателей – архивы метеоданных NOAA, обработанные путем фильтрации ошибочных значений и заполнения пропусков в суточных данных. Карты температуры воздуха представляют собой изолинии температур, полученные путем интерполяции значений тех или иных метеопараметров (среднее, минимальное, максимальное, абсолютный минимум и максимум), рассчитанных для сети метеостанций.

Для создания карт распределения осадков в условиях разреженной сети метеостанций целесообразно привлечение дополнительных источников данных метеорологической информации, например данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), получаемых с использованием микроволновых сенсоров. Оптико-электронные сенсоры, выполняющие съемку в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, могу быть использованы для создания карт распространения снежного покрова.

Основными продуктами сервиса Геоаналитика.Агро, предоставляющими информацию о распределении осадков являются карты сумм осадков (за сутки, декаду, месяц) и карты снежного покрова (распространение и продолжительность залегания).

Карты распределения осадков

В сервисе Геоаналитика.Агро присутствуют два набора данных, характеризующих распределение осадков. Это срочные наблюдения метеостанций с аккумуляцией за сутки, декаду и месяц, а также данные, рассчитанные по глобальному мультисенсорному продукту IMERG (Integrated Multi-satellitE Retrievals for Global Precipitation Measurement). Данные IMERG содержат информацию об интенсивности, количестве выпадающих осадков, а так же о соотношении в них твёрдой и жидкой фаз. Такие материалы позволяют существенно повысить информативность карт распределения осадков. Результирующий продукт, генерируемый сервисом Геоаналитика.Агро по данным IMERG – карты сумм выпавших осадков за сутки, декаду, месяц с пространственным разрешением 5*5 км (Рисунок 1).

Рисунок 1.Отображение слоя осадков в интерфейсе  Геоаналитика.Агро

IMERG– данные об интенсивности, количестве и фазовом состоянии осадков, созданные в рамках проекта Global Precipitation Measurement NASA в сотрудничестве с JAXA. Рассчитываются на основе спутниковых наблюдений в микроволновом и инфракрасном диапазонах. Данные IMERG калибруются по спутниковым и наземным наблюдениям. Результаты наблюдений в «реальном времени» генерируются раз в полчаса, начиная с полночи каждого дня и представляют собой интенсивность осадков в мм/час. Так же каждые полчаса аккумулируются продукты за 3 часа, 1, 3 и 7 суток, представляющие собой сумму осадков, выпавших за соответствующий временной интервал.

Назначение карт распределения осадков:

• оценка влагообеспеченности культур по декадам, месяцам, стадиям вегетации, вегетационному периоду в целом
• оценка условий увлажнения в период уборки урожая
• определение засушливых периодов и их продолжительности

Карты снежного покрова

Сервис Геоаналитика.Агро предоставляет доступ к следующим оперативным данным о снежном покрове: карты распространения снежного покрова по суткам, декадам и месяцам; карты продолжительности залегания снежного покрова по декадам и месяцам.

Оптико-электронные съемочные системы, осуществляющие съемку в видимом, ближнем инфракрасном, среднем инфракрасном диапазонах длин волн, такие как MODIS и Landsat могут быть использованы при создании карт распространения снежного покрова. Однако, облачность и низкое временное разрешение (Landsat) не позволяют генерировать сплошную маску снежного покрова ежедневно только на основании этих данных (Рисунок 2).

Рисунок 2. Покрытие территории Новониколаевского района данными MOD10 / MYD10 на 2 февраля 2016 года 

В качестве исходных данных при создании карт снежного покрова используется продукт снежного покрова MODIS (MOD10, 500 м) и ежедневные мультисенсорные данные IMS, представляющие собой набор данных о распространении снежного и ледового покрова National Ice Center's Interactive Multisensor Snow и Ice Mapping System (IMS) с пространственным разрешением 1 км. Данные IMS используются для заполнения пропусков в ежедневных данных продукта MODIS.

Результирующие карты снежного покрова, генерируемые сервисом Геоаналитика.Агро:

• маски снежного покрова с пространственным разрешением 500 м в пределах региона интереса
• процент покрытия поля снегом (расчет по сетке полей)
• карты продолжительности залегания снежного покрова, генерируемые из ежедневной маски снежного покрова как сумма дней, в которые территория была покрыта снегом в течение декады и месяца (Рисунок 3).

Карты покрытия территории снегом предоставляются по суткам, декадам и месяцам, карты продолжительности залегания снежного покрова – по декадам и месяцам.

Рисунок 3. Продолжительность залегания снега в течение февраля 2016 года на территории Новониколаевского района

Мультисенсорные данные IMS (Interactive Multisensor Snow and Ice Mapping System) – результат анализа данных, полученных с большого числа сенсоров, в том числе съемочных систем MODIS Terra и Aqua, Suomi-NPP, радарных (Sentinel-1A, Radarsat-2), микроволновых сенсоров (SSM/I, SSMIS), метеорологической информации, поступающей с наземных станций. Использование большого количества сенсоров, снимающих земную поверхность в различное время и под разными углами в течение суток, а также наземных метеоданных позволяет создавать непрерывные ежедневные карты распространения снежного покрова с разрешением 1, 4 и 24 км.

Дополнительным источником данных о распространении снежного покрова более высокого пространственного разрешения в сервисе Геоаналитика.Агро являются индексные изображения NDSI, получаемые по атмосферно корректированным снимкам Landsat и Sentinel-2 с пространственным разрешением 30 и 10 м соответственно (Рисунок 4.)

Рисунок 4. Отображение индекса NDSI в интерфейсе Геоаналитика.Агро

Нормализованный разностный снежный индекс (Normalized difference snow index, NDSI) –  показатель покрытия территории снегом, предназначенный для обнаружения снега на земной поверхности по данным дистанционного зондирования Земли. Для расчета индекса используются значения спектральной яркости в зеленом (0.5-0.6 мкм) и среднем инфракрасном (0.76-0.96 мкм) диапазонах спектра.

Назначение карт снежного покрова:

- определение сроков установления и схода снежного покрова, анализ сроков установления и схода снежного покрова относительно средних многолетних сроков

- определение продолжительности залегания снежного покрова

- мониторинг негативных природных процессов, таких как вымерзание посевов, раннее установление снежного покрова.