[Home Page]

3D modelování oblaků pro modely klimatu a počasí

Vliv oblaků na globální klimatické změny není dosud dostatečně znám. Je to mimo jiné tím, že numerické modely počasí a klimatu pracují se značně zjednodušenými modely záření a oblaků. Jedním z mnoha výzkumných projektů Evropské unie, které se zabývají integrací parametrů oblaků do modelů počasí, je v rámci pátého programu projekt nazvaný CLOUDMAP2. Pro tyto účely budou v tomto projektu shromážděny globální, velmi přesné trojrozměrné údaje o oblacích (makro- a mikrofyzikální parametry), a to s použitím různých senzorů a metod (CLOUDMAP2, 2002). Výsledky o svrchní a spodní části oblaků budou shromážděny do trojrozměrné vizualizace oblačných objektů. Příspěvek Ústavu geodézie a fotogrammetrie ETH Curych sleduje určení výšky oblaků s použitím fotogrammetrických metod (družicové i pozemní), vývojem pozemní kamery pro stereoskopické měření oblaků a trojrozměrným modelováním oblaků a jejich vizualizací. Spolupracují se Spolkovým úřadem pro meteorologii a klimatologii (MeteoSchweiz).

Pozemní měření

Vhodnost fotogrammetrie pro určování parametrů oblaků je známa více jak sto let. Díky vývoji digitální kamery při automatickém vyhodnocování v digitální fotogrammetrii jsou v posledních letech konstruované kamery konkurenceschopné v porovnání s radarem oblačnosti nebo Lidarem. Nový systém stereokamer z ETH (Skycam) sestává nejméně ze dvou stanovišť kamer v horizontální vzájemné vzdálenosti od 100 m do 1 km. Pro zabezpečení synchronního vyhodnocení je každá kamera vybavena laptopem s hodinami. Na vnější straně je pak kamera vybavena automaticky naváděným odstíněním Slunce, které má zabránit nežádoucím optickým efektům z odrazů slunečních paprsků na plochách optických komponent - čoček. Jako objektivu bylo pro daná měření použito 18 mm objektivu Nikon o úhlu 100°.

V rámci alpského programu MAP (Mesoscale Alptine Programme) na podzim 1999 bylo použito kamery Kodak DCS460. Novější verze je umístěna od podzimu 2001 na letišti Zürich-Kloten, pracující s Fujifilm S1 Pro Kamera. Kalibrace komory obsahuje určení vnitřní a vnější orientace, popsané podrobně v jiném pojednání. Parametry vnitřní orientace je možno určit s dostatečnou přesností na testovacím poli ETH. Poloha stanovisek kamery je určována GPS. Pro určení úhlů jsou nezbytné lícovací body na obloze. Ve dne jsou reprezentovány letadlem, v noci pak hvězdami.

Při znalosti parametrů vnitřní a vnější orientace je pak možno určit trojrozměrné souřadnice každého bodu oblaků, které lze nalézt na dvojici snímků. Z řady pozorování je pak možno určit trojrozměrný pohyb oblaků. V oblastech, ve kterých je atmosférické proudění ovlivněno orografií, koreluje pohyb oblaků a rychlost větru s výškou oblaků jen slabě. Pro určení parametrů rychlosti pohybu oblaků a rychlosti větru je pak v těchto případech nutno použít dodatečně dalších metod.

Družicové měření

Stereofotogrammetrické vyhodnocení oblaků z družicových snímků má tradici v družicové meteorologii. V Evropě jsou v současné době k dispozici pro stereovyhodnocení využitelné:

Družicové stereopáry jsou zpracovány stejnými algoritmy jako stereopáry pozemní. Obtížností vyhodnocení údajů z polární dráhy jsou výškové chyby, které jsou způsobeny pohybem oblaků (nebo lépe složkami pohybu v letovém směru senzoru) v intervalu mezi směrem snímkování 1 a 2. Tato chyba může být odhadnuta ze sledování simultánních obrazů Meteosat a korigována. S nejméně třemi nesymetrickými směry snímkování může být určena správná výška oblaků. Tento postup dovoluje např. MISR na EOS-Terra, pracující od prosince 1999. V současnosti jsou práce autorů založeny na georeferenčních údajích L1B2 s vývojem obecného modelu senzorů pro lineární CCD senzory na letadle nebo družici.

Porovnání pozemních a družicových měření

Při svisle tenkých oblacích je porovnání pozemních a družicových postupů srovnatelné. 13. 10. 1999 bylo simultánně k přeletu družice ERS-2 provedeno i pozemní snímkování. Zorné pole pozemní kamery odpovídalo v tomto případě ploše 149 ATSR2 pixelů. Ve spektrálním kanálu 11 mikrometrů byly jasně detekovány horní vrstvy oblaků, zatímco pro detekci oblaků na nevhodném kanále 0,87 mikrometru byly zaměřeny body jak ve svrchní, tak i ve spodní vrstvě. Tento případ dal možnost potvrzení vhodnosti určení výšky oblaků z družice vertikálně tenkých oblaků s novým systémem kamer.

Závěr

Výhodou fotogrammetrického pozemního systému je vyhodnocení všech viditelných bodů oblaku, na rozdíl od měření jednotlivých bodů současnými měřicími přístroji. Pak je možno automaticky určené body oblaku dále zpracovávat s cílem modelování jednotlivých oblačných systémů a konečně jejich vizualizaci v trojrozměrném zobrazení. Také systémy kamer reálného času bude možno kombinovat s jinými přístroji, jako je meteorologický radar nebo Lidar. Těžiště budoucí práce v oblasti družicových postupů je pak spatřováno v testování nových lícovacích strategií na snímcích MISR. Slibná je rovněž kombinace pozemních a družicových pozorování.

Z časopisu Vermess. Photogram. Kult.-Techn., roč. 100, č. 10 (2002) přeložil pro Novinky zeměměřické knihovny 1 - 2/2003 (VÚGTK) P. Vyskočil (zkráceno).

Gabriela SEIZ,
Emmanuel BALTSAVIAV,
Armin GRÜN

vyvěšeno: 13.04.2004
poslední aktualizace: 22.04.2004
ID článku: 1280


Z časopisu Zeměměřič č. 04-04
[Server] FotogrammetrieNZK [Pošta]