بخشی از مقاله
چکیده
وجود ابر در تصاویر ماهوارهاي بعضا باعث تخریب اطلاعات میگردد. لذا تشخیص ابر در این تصاویر یکی از چالشهاي همیشگی در سنجشازدور است. سنجنده اندازهگیري آلودگی در تروپوسفر - MOPITT - که بر روي ماهواره Terra قرار دارد براي اندازهگیري میزان غلظت گازهاي کربن مونوکسید - CO - و متان - CH4 - از یک هندسه مشاهده پاسو مورد استفاده قرار میگیرد .
براي رسیدن به دقت موردنیاز در استخراج اطلاعات، لازم است که پیکسلهاي آلوده به ابر شناسایی و حذف شوند. در این مقاله ابتدا عملکرد الگوریتمهاي آشکارسازي ابر تجزیه و تحلیل گردید. این بررسی نشان داد که اگر عدم قطعیتها در پروفایلهاي ورودي دماي جو کمتر از 2 درجه کلوین، براي بخارآب کمتر از 10 درصد و براي CO و CH4 کمتر از 5 درصد باشند؛ نتایج اعتبارسنجی نشان میدهند که آستانههاي تشخیص ابر MOPITT بهخوبی براي صحنههاي که بیشاز 10-5 درصد آنها را ابر پوشش میدهد، عمل میکند.
-1 مقدمه
دستگاه اندازهگیري آلودگی در تروپوسفر - MOPITT - 1 که بر روي ماهواره Terra قرار دارد در تاریخ 18 دسامبر 1999 به فضا پرتاپ شد. این سنجنده براي اندازهگیري میزان غلظت گازهاي کربن مونوکسید - CO - و متان - CH4 - از یک هندسه مشاهده پاسو استفاده میکند . [6] هدف از اندازهگیريهاي سنجنده MOPITT، بهدست آوردن پروفایلهایی با قدرت تفکیک افقی 22 کیلومتر و عمودي 3 کیلومتر با دقتی 10 درصدي در سراسر تروپوسفر است. همچنین اندازهگیري مقدار CO کلی ستونی نیز با دقت 10 درصد و مقدار CH4 کلی ستونی با دقت 1 درصد قابل-محاسبه است
تابش سنجهاي همبستگی گاز در سنجنده MOPITT، سلول هاي پرشده از گاز را بکار میگیرند که این سلولها بهعنوان پایه هاي نوري با قدرت تفکیک طیفی بالا عمل میکنند. سلولها بهوسیله گاز موردنظر پر میشوند - بهعنوان مثال، گاز جوي که اندازهگیري شده است - . این سلولها براي مکانیزم هاي که طول مسیر نور ي را از طریق جذب کردن گاز و یا فشار سلول تنظیم می کنند، باهم جفت میشوند.
چنین دستگاههایی با عناوین تابشسنجهاي تنظیم کننده طول1 و تابشسنجهاي تنظیمکننده فشار2 ﺷﻨﺎﺧﺘﻪ شده هستند. در یک محدوده گسترده طیفی که بهوسیله فیلتر عبور دهنده طیفی تعریفشده است، این سیستمها بهطور مستقل تابش را به دو روش اندازهگیري می-کنند که این روشها عبارتند از: الف- از طریق پنجرههاي طیفی یا شکافهاي طیفی بین خطوط جذبی گاز موردنظر - میانگین A رادیانسها - و ب- از طریق مناطق طیفی باریک که حاوي خطوط جذبی مربوط به گاز موردنظر است - تفاوت D رادیانسها - . D رادیانسها بیشتر از A رادیانسها به غلظتهاي جوي حساس هستند. مقدار A رادیانسها براي مشخص کردن سیگنال پسزمینه مورداستفاده قرار میگیرند. مقدار D رادیانسها و A رادیانسها هر دو براي استخراج اطلاعات در مورد گاز CO لازم هستند و بنابراین مکمل یکدیگرند
جدول:1 ویژگیهاي کانالهاي [6] MOPITT
سنجنده MOPITT پروفایل CO را بهوسیله تابش حرارتی زمینی و جوي در محدوده طیفی نزدیک به 4/7 میکرومتر اندازهگیري میکند و مقادیر کلی ستونی CO و CH4 را بهترتیب بهوسیله تابش خورشیدي بازتابشده در محدوده طیفی 2/3 و 2/2 میکرومتر اندازهگیري میکند
از آنجایی که سنجنده MOPITT داراي میدان دید لحظهاي - پیکسل - 22*22 کیلومتر است؛ بنابراین منطقه گستردهاي را از زمین پوشش میدهد و احتمال وجود داشتن ابر در هر پیکسل MOPITT بسیار زیاد و در نتیجه آشکارسازي ابر در هر پیکسل سنجنده MOPITT داراي اهمیت است
یکی از مهمترین دلایل بررسی ابرها و خصوصیات فیزیکی آنها، اطلاع از میزان اثرگذاري دخالتهاي انسانی و طبیعی بر روي جو و در نتیجه بر روي ابر به عنوان یکی از مهمترین اجزاي آن است. در این میان نقش سنجش از دور و تصاویر ماهوارهاي به عنوان یکی از ابزارهاي کنترل و پایش جو هر روز بیشتر و ضروريتر میگردد
-2 مرور کلی بر روش MOPITT
ابرها رادیانسهاي اندازهگیري شده MOPITT را در طولموجهاي 2/2، 2/3 و 4/7 میکرومتر تحت تأثیر قرار میدهند. بهطورکلی ابرها انعکاس1 خورشیدي بالایی را دارند که همهي کانالهاي MOPITT نسبت به آنها حساس هستند. انعکاس تابش خورشیدي بهوسیلهي ابرها تابع ویژگیهاي ذرات ابر است .
ضخامت نوري و شعاع مؤثر، اغلب براي توصیف چگونگی برخورد تابش خورشیدي با یک ابر و بررسی و ارزیابی اندازهگیريهاي تجربی با مدلهاي نظري استفاده می شوند. ضخامت نوري با استفاده از طولموج تابشی برخورد کرده به ابر، ماهیت فیزیکی ذرات - بلورهاي یخ، قطرات - ، غلظت و اندازه عمودي ابر مشخص میشود. شعاع مؤثر Re اینگونه تعریف میشود که در آن، r شعاع ذرات و n - r - توزیع اندازه ذرات است .
در محدوده طیفی 2/2 تا 2/3 میکرومتر، ذرات یخ ضریب جذب ناچیزي داشته و بازتاب بهاندازه ذرات وابسته است، درنتیجه اگر سایز ذرات کاهش یابد، بازتاب افزایش مییابد
در 4/7 میکرومتر، تمایز بین ابر و سطح زیرین آن تنها به دلیل خواص بازتابی ابر نیست، بلکه به انتشار حرارتی ابرها نیز بستگی دارد. کانال 4/7 میکرومتر نیز به انتشار حرارتی نیمه شفاف ابرها حساس است، درنتیجه تباین سطح کاهش یافته و مشکلات در مشخص کردن حضور ابرهاي نازك افزایش مییابد.
بنابراین ابرها اثر قابلتوجهی بر روي سیگنالهاي رادیانس MOPITT خواهند داشت و نیافتن یا آشکار نکردن ابرها باعث اشتباهاتی در استخراج غلظت-هاي CO میشوند . هدف از این بخش توصیف روشهاي عملیاتی براي شناسایی و بررسی پیکسلهاي پاك و ابري بر اساس دادههاي در دسترس MOPITT است. هنگامی که مشخص شد یک که پیکسل آلوده به ابر است، حتیالامکان آن پیکسل بهوسیله الگوریتم هایی از ابر پاك میشود. روش بهگونهاي طراحیشده است که باید ابر کل میدان دید MOPITT را پوشش نداده باشد
-3 شرح روش تمایز ابر MOPITT
شکل - 1 - فرآیند تصمیم گیري در مورد اینکه پیکسل پاك و یا آلوده به ابر است را نشان میدهد. ازآنجاییکه تنها کانال 4/7 میکرومتر اطلاعات 24 ساعته شبانهروز را ارائه میدهد، رویدادها و حوادث در داخل یک استراتژي شب و روز مجزا تقسیم می شوند. در ابتدا یک آزمون حد آستانه بر روي این بخش دادهها اعمال خواهد شد.
