Геофизические процессы и биосфера: статья

АППРОКСИМАЦИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗОНЫ ПОЖАРА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ TERRA/MODIS В ЗАДАЧЕ СУБПИКСЕЛЬНОГО АНАЛИЗА
Е.И. ПОНОМАРЕВ1
К.Ю. ЛИТВИНЦЕВ2
Е.Г. ШВЕЦОВ1
К.А. ФИННИКОВ1
Н.Д. ЯКИМОВ1
1 Сибирский федеральный университет
2 Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 18
Номер: 2
Год: 2019
Страницы: 97-105
УДК: 535.233; 535.243.25; 614.841.4
DOI: 10.21455/GPB2019.2-8
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: дистанционные данные, зона активного горения, мощность теплоизлучения, интенсивность, аппроксимация, субпиксельный анализ
Аннотация: В работе предложен усовершенствованный подход попиксельного анализа изображений Terra/MODIS, позволяющий повысить точность оценки характеристик активной зоны пожара при детектировании тепловых аномалий. Исследование выполнено по материалам съемок действующих пожаров растительности в лесах Сибири радиометром MODIS в диапазонах 3.930-3.990 и 10.780-11.280 мкм (21-й и 31-й каналы соответственно). Аппроксимацию температурного профиля фронта пожара предложено описывать функцией экспоненциального вида. Использование неравномерной аппроксимации распределения температур на поверхности в окрестности активной зоны горения позволяет определить долю активного пикселя изображения Terra/MODIS с заданным превышением температуры в нем над фоновой температурой, что повышает точность выделения зон активного горения и классификации интенсивности тепловыделения на субпиксельном уровне. Этот подход применим для мониторинга фаз развития пожара в оперативном режиме.
Список литературы: Барталев С.А., Стыценко Ф.В., Егоров В.А., Лупян Е.А. Спутниковая оценка гибели лесов России от пожаров // Лесоведение. 2015. № 2. С. 83-94.

Бондур В.Г., Гордо К.А., Кладов В.Л. Пространственно-временные распределения площадей природных пожаров и эмиссии углеродосодержащих газов и аэрозолей на территории Северной Евразии по данным космического мониторинга // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 6. С. 3-20. https://doi.org/10.7868/S0205961416060105

Гублер Е.В., Генкин А.А. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях. Л., 1973. 142 с.

Пономарев Е.И. Классификация пожаров в Сибири по мощности излучения на основе показателя FRP по данным TERRA/Modis // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 3. С. 56-64. https://doi.org/10.7868/S0205961414020080

Пономарев Е.И., Швецов Е.Г. Спутниковое детектирование лесных пожаров и геоинформационные методы калибровки результатов // Исслед. Земли из космоса. 2015. № 1. С. 84-91. https://doi.org/10.7868/S0205961415010054

Пономарев Е.И., Швецов Е.Г., Усатая Ю.О. Регистрация энергетических характеристик пожаров в лесах Сибири дистанционными средствами // Исслед. Земли из космоса. 2017. № 4. С. 3-11. https://doi.org/10.7868/S0205961417040017

Швецов Е.Г. Вероятностный метод спутникового обнаружения и контроля энергетических параметров пожаров в лесах Восточной Сибири: Автореф. дис. … канд. тех. наук. Красноярск, 2012. 20 с.

Швецов Е.Г., Пономарев Е.И. Оценка влияния внешних условий на мощность теплоизлучения от лесных пожаров по данным спутникового мониторинга // Сиб. эколог. журн. 2015. № 3. С. 413-421. https://doi.org/10.15372/SEJ20150308

Byram G.M. Combustion of forest fuels // Forest fire: Control and use. N.Y.: McGraw-Hill, 1959. P. 61-89.

Dozier J. A method for satellite identification of surface temperature fields of sub-pixel resolution // Remote Sens. of Environment. 1981. V. 11. P. 221-229.

Giglio L., Schroeder W., Justice C.O. The collection 6 MODIS active fire detection algorithm and fire products // Remote Sens. of Environment. 2016. V. 178. P. 31-41.

Ichoku C., Kaufman Y.J. A method to derive smoke emission rates from MODIS fire radiative energy measurements // IEEE Trans. on Geosci. and Remote Sens. 2005. V. 43. P. 2636-2649.

Justice C.O., Malingreau J.-P., Setzer A.W. Satellite remote sensing of fires: Potential and limitations // Fire in the environment: The ecological, atmospheric, and climatic importance of vegetation fires / Eds P.J. Crutzen, J.G. Goldammer. Berlin, Germany, March 1992. P. 77-88.

Kumar S.S., Roy D.P., Boschetti L., Kremens R. Exploiting the power law distribution properties of satellite fire radiative power retrievals: A method to estimate fire radiative energy and biomass burned from sparse satellite observations // J. Geoph. Res. 2011. V. 116. D19303. https://doi.org/10.1029/2011JD015676

Matson M., Dozier J. Identification of subresolution high temperature sources using a thermal IR sensor // Photogram. Eng. and Remote Sens. 1981. V. 47, N 9. P. 1311-1318.

McRae D.J., Jin J.-Z., Conard S.G., Sukhinin A.I., Ivanova G.A., Blake T.W. Infrared characterization of fine-scale variability in behavior of boreal forest fires // Canad. J. of Forest Res. 2005. V. 35, N 9. P. 2194-2206. https://doi.org/10.1139/x05-096

Peterson D., Wang J. A sub-pixel-based calculation of fire radiative power from MODIS observations: 2. Sensitivity analysis and potential fire weather application // Remote Sens. of Environment. 2013. V. 129. P. 231-249.

Safronov A.N., Fokeeva E.V., Rakitin V.S., Grechko E.I., Shumsky R.A. Severe wildfires near Moscow, Russia in 2010: Modeling of carbon monoxide pollution and comparisons with observations // Remote Sens. 2015. V. 7 (1). P. 395-429. https://doi.org/10.3390/rs70100395

Vermote E., Ellicott E., Dubovik O., Lapyonok T., Chin M., Giglio L., Roberts G.J. An approach to estimate global biomass burning emissions of organic and black carbon from MODIS fire radiative power // J. Geoph. Res. 2009. V. 114. P. 1-22. D18205. https://doi.org/10.1029/2008JD011188

Wan Z., Hook S., Hulley G. MOD11A1 MODIS/Terra Land Surface Temperature/Emissivity Daily L3 Global 1 km SIN Grid V006 [Data set]. NASA EOSDIS LP DAAC. 2015. https://doi.org/10.5067/MODIS/MOD11A1.006

Wooster M.J., Roberts G., Perry G.L.W., Kaufman Y.J. Retrieval of biomass combustion rates and totals from fire radiative power observations: FRP derivation and calibration relationships between biomass consumption and fire radiative energy release // J. Geoph. Res. 2005. V. 110. D24311. https://doi.org/10.1029/2005JD006318