Μέτρηση του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων στη Μεσόγειο με αλγόριθμους τηλεπισκόπησης ενός καναλιού από εικόνες Meteosat-MVIRI& Noaa-AVHRR

Abstract

Η διδακτορική διατριβή εστιάστηκε στη διερεύνηση της καταλληλότητας των αλγορίθμων ενός καναλιού για τη μέτρηση του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων στη Μεσόγειο από δεδομένα των δορυφόρων NOAA και METEOSAT. Οι στόχοι της έρευνας ήταν: 1) Να εκτιμηθεί ποσοτικά η σχέση μεταξύ των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων και του σφάλματος μέτρησης 2) Να προσδιορισθεί η ακρίβεια των αλγορίθμων μέσω μιας αναλυτικής διαδικασίας επικύρωσης με επίγειες μετρήσεις οπτικού βάθους. Για την επίτευξη των στόχων, πραγματοποιήθηκε σειρά μετρήσεων με επίγειο φωτόμετρο εγκατεστημένο στην περιοχή της Φινοκαλιάς (Κρήτη). Τα επίγεια δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για την επιλογή αντιπροσωπευτικών μοντέλων σωματιδίων και αποτέλεσαν τη βάση για τη δημιουργία ενός αξιόπιστου συνόλου δεδομένων επικύρωσης. Αναπτύχθηκε κατάλληλη μεθοδολογία για την εκτίμηση του αναμενόμενου σφάλματος μέτρησης που βασίστηκε σε προσομοιώσεις του φυσικού συστήματος μέσω της θεωρία διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Υλοποιήθηκε πρωτότυπος αλγόριθμος ανάκτησης του οπτικού βάθους από εικόνες του δέκτη AVHRR. Παράλληλα για τον δέκτη MVIRI, έγινε προσαρμογή αντίστοιχου αλγορίθμου ο οποίος παραχωρήθηκε από το εργαστήριο LSCE/CEA (Γαλλία). Τα αποτελέσματα της διατριβής έδειξαν ότι στο σύνθετο περιβάλλον της Μεσογείου, οι αλγόριθμοι μπορούν να εξασφαλίσουν ικανοποιητική ακρίβεια. Για τον δέκτη MVIRI, το μέσο σφάλμα μέτρησης εκτιμήθηκε σε 10% περίπου για τους δύο τύπους σωματιδίων που επικρατούν στην περιοχή της Μεσογείου (υδατοδιαλυτά σωματίδια από το θαλάσσιο περιβάλλον και τα αστικά κέντρα και σωματίδια σκόνης από τη Σαχάρα). Διαπιστώθηκε ακόμη ότι το σφάλμα εξαρτάται από τη γεωμετρία παρατήρησης και την τιμή του οπτικού βάθους. Εντοπίστηκαν βέλτιστες γεωμετρίες παρατήρησης για τον δέκτη MVIRI που ελαχιστοποιούν το αναμενόμενο σφάλμα. Διαπιστώθηκε ακόμη ότι ο αλγόριθμος για τον δέκτη AVHRR υπερεκτιμά το οπτικό βάθος των υδατοδιαλυτών σωματιδίων στην περιοχή της ανατολικής Μεσογείου λόγω ασυμβατότητας του υιοθετούμενου μοντέλου ανακλαστικότητας. Παρατηρήθηκε ωστόσο καλή συμφωνία με τις αντίστοιχες τιμές από τον δέκτη MVIRI στην κεντρική Μεσόγειο. Τα αποτελέσματα της έρευνας αναμένεται να συμβάλλουν στα εξής: α) Βελτίωση των μεθοδολογικών εργαλείων απαραίτητων για το σχεδιασμό και την αξιολόγηση παρόμοιων αλγορίθμων β) Προσαρμογή των υπαρχόντων αλγορίθμων ώστε να είναι εφαρμόσιμοι στο σύνθετο περιβάλλον της Μεσογείου και γ) Βελτίωση της τελικής τους ακρίβειας.