«

»

ОБРАБОТКА ДАННЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ РАДАРОВ В УГИФИЦИРОВАННОМ ФОРМАТЕ

Иванов С.В., д.геогр.н., Паламарчук Ю.О., к.геогр.н., Рубан И.Г., к.ф.-м.н.

Одесский Государственный Экологический Университет


Исследование мезомасштабных процессов вышло на передовой рубеж наук об атмосфере после того, как были созданы новые возможности отслеживания локальных и региональных метеорологических явлений с использованием дистанционных методов зондирования с высоким разрешением. Переход на цифровую обработку сигналов позволил получить количественные оценки влагосодержания в атмосфере, энергии фазовых переходов, доступной потенциальной энергии, которые способствовали формированию новых представлений в мезометеорологии. В частности, уточнена роль нелинейных взаимодействий, имеющих место  в мезомасштабном диапазоне изменчивости, в общей энергетике атмосферы. На долю этих процессов приходится значительная часть общего баланса энергии атмосферы, потоков тепла и влаги. Однако знания о таких процессах остаются все еще несовершенными, а качество информации о них из наблюдений недостаточно.

На повестке дня стоит вопрос цифровой обработки радарных данных  и их усвоения в моделях атмосферы. Для решения технологических проблем, связанных с алгоритмизацией обработки, пре-процессинга и унифицированного представления данных в стандартных форматах в 2009 г. был запущен проект OPERA (http://www.eumetnet.eu/opera), цели которого включают:

  • объединение усилий для создания единого информационного пространства и обмена данными;
  • развитие, генерация и обмен данными радаров высокого разрешения для создания композиционных продуктов в оперативном режиме.

Дальнейшее развитие численных моделей прогноза погоды, используемых в консорциумах ALADIN (http://www.cnrm-game- meteo.fr/aladin/) и HIRLAM (http://hirlam.org), и совершенствование инструментальной и программной базы хранения и работы с метеорологическими архивами привело к созданию формата ODIM (Opera Data Informational Model) HDF, который с 2016 г. стал базовым для архивации данных радаров в модели Harmonie.

Одним из этапов реализации стал проект BALTRAD (2009-2012 гг.) (http://baltrad.eu/), который включал как экспериментальную наблюдательскую часть BALTEX, так и коммуникационную (http://www.baltex-research.eu/). Последняя заключалась в разработке архитектуры сети для осуществления обмена и обработки данных метеорологических радаров  в  режиме  реального  времени. Разработанная система позволяет получать точную и своевременную информацию о  полях различных типов осадков (дождь, снег, град) и характеристик ветра  с высоким пространственным разрешением.

Как составная часть Европейских проектов в ОДЕКУ/ОНПУ был разработан программный код для работы в OS UNIX/Linux и преобразован в Matlab для работы в OS Windows. Пакет позволяет обрабатывать и воспроизводить трехмерные изображения осадков в атмосфере, как с отдельных радаров, так и формировать мозаику из нескольких радаров; выделять и отфильтровывать аномалии, не связанные с атмосферными характеристиками; задавать желаемую цветовую палитру и прозрачность изображений; формировать выходные файлы в текстовом или ином доступном в Matlab формате (см. рис.).

В отдельном блоке программного обеспечения (ПО собраны функции выявления и удаления аномалий, не связанных с поляриметрическими данными об облаках с осадками, а обусловленных насекомыми, птицами, самолетами,                             кораблями, шероховатостью подстилающей поверхности, электромагнитными источниками. Обработка данных в этом блоке реализуется в два этапа. На первом этапе проводится идентификация аномалий, а затем их удаление из исходных данных. Такой подход  обеспечивает согласованность данного ПО с другими программами обработки данных и соответствует требованию ODIM по обеспечению пользователя возможностью работать как с исходными, так и с отфильтрованными данными. При идентификации аномалий применялись как гранулированные (пятнистые) детекторы, так и различные пороговые значения отраженного сигнала для биометеоров и самолетов. В расчетах использовались нечеткие функции (fuzzy function), отображающие сигнал/шум  в виде непрерывных значений истинности от 0.0 (шум) до 1.0 (сигнал).