Novinky

Svět vědy | Přehled ISSW2018: Operační dálkový průzkum Země

Co se děje ve sněhové vědě?

28. 11. 2019

Výzkumníci cestují po Japonsku s kamerami a radary. Mezi jednotlivými měřeními jsou ve sněhu vyznačeny četné — Výzkumníci cestují po Japonsku s kamerami a radary. Mezi jednotlivými měřeními jsou ve sněhu zakresleny četné kalibrační čáry.

BFW

Každé dva roky se na Mezinárodním vědeckém semináři o sněhu (International Snow Science Workshop, ISSW) setkávají vědci a odborníci z široké škály různých oborů, které však vždy souvisejí se sněhem. Nové poznatky a výsledky výzkumu jsou prezentovány v různých tematických blocích - tzv. zasedáních. My to celé rozdělíme na více či méně stravitelná sousta a každých čtrnáct dní pro vás shrneme zasedání ISSW2018.

Tentokrát: Operativní dálkový průzkum - aplikace pro sníh a laviny (sekce 4).

Dálkový průzkum znamená, že se něco zkoumá na dálku - praktickým dálkovým průzkumem pro lyžaře bude například vytipování možné tratě a pozorování sněhových podmínek v ní pomocí dalekohledu. Můžete také vyjmout near-infrared filtr v digitálním fotoaparátu a použít červený kanál snímků k interpretaci blízkého infračerveného spektra sněhového povrchu pro jeho složení (viz obrázek, P4.4). Nebo jednoduše spočítat stopy na snímcích, jak to udělal výzkumný tým, který pozoroval svah, aby ukázal preference terénu freeriderů v závislosti na stupni lavinového nebezpečí (P4.5). Jedním ze zajímavých výsledků je preference jízdy o samotě v závislosti na stupni nebezpečí: 66 % sjezdů při stupni nebezpečí 3, 85 % při stupni 2 a pouze 93 % při stupni 1 se uskutečnilo ve skupinách - prostě říci "v prašanu nejsou kamarádi" není pravda ...

Dálkové snímání však zahrnuje mnohem více: lze je například kategorizovat na základě "distance" - vzdálenosti k objektu - nebo na základě metody měření. Na tomto zasedání jsou zastoupeny aplikace dálkového průzkumu, které jsou založeny na datech a pozorováních zaznamenaných ze země (pozemní laserové skenování, časosběrná fotografie), z letadel (v současnosti drony, tradičně pilotované letecké lety) a především - což je stále důležitější - ze satelitů. Jako metody měření se vždy používají optické metody, ale optické neznamená pouze záření ve viditelném spektru: používají se lasery, blízké infračervené záření, viditelné vlnové délky a radary od krátkých po dlouhé vlnové délky. Kromě toho lze jakoukoli měřicí metodu použít aktivně nebo pasivně: Aktivní znamená, že objekt je osvětlen a poté jsou měřeny odrazy. Pasivní znamená, že se zaznamenává pouze pasivně emitované záření.

Infračervený snímek povrchu sněhu

ISSW2018, P4.4

Některé produkty pozemního, leteckého a satelitního dálkového průzkumu Země se staly nedílnou součástí našeho každodenního života a především každodenní práce lavinových výstražných služeb. Satelitní data poskytují přehled o aktuální povětrnostní situaci a přicházejících bouřkách. Data z meteorologického radaru ukazují aktuální stav sněhové bouře. A poté, co prašan opadne, si jdeme užít sněhu, ale lavinová výstražná služba často povolává let vrtulníku, aby posoudil rozsah lavin. Nebylo by žádoucí získat všechny tyto informace o výšce sněhu a vlastnostech sněhového povrchu rozloženého na velkém území, o počtu a velikosti lavin za období bouřky, o množství vody uložené v zimní sněhové pokrývce, která čeká na pohon vodních elektráren v létě, pouze ze satelitních pozorování?

Vysílám z vesmíru ...

Jedním z nejpozoruhodnějších velkých družicových výzkumných programů pro výzkum sněhu a lavin je řada družic Sentinel programu EU pro pozorování Země Copernicus. ESA vyslala na oběžnou dráhu celkem tři družice Sentinel. Jsou vybaveny různými senzory a data jsou volně přístupná všem . Sentinel 1 je vybaven radarem, který citlivě reaguje na tající sníh. Družice Sentinel 2 a 3 mají senzory v blízkém infračerveném až viditelném vlnovém rozsahu, ale obě družice poskytují svá data v různém prostorovém a časovém rozlišení. Kromě družic řady Sentinel existují i další relevantní družice, např. řada LandSat, EnviSat, RadarSat atd.

Možné problémy s družicovými daty vyplývají z prostorového a časového rozlišení. Například družice Sentinel 3 může poskytovat denní data, ale pouze s rozlišením několika set metrů v pixelu. Naproti tomu Sentinel 2 dokáže každých 6 dní přeletět stejnou oblast s rozlišením alespoň několika desítek metrů. Nicméně optické a především radarové senzory mohou poskytnout parametry, jako je výška sněhu, jeho hustota a rychlost tání v regionálním měřítku (O4.1).

Mnoho příspěvků v rámci zasedání se zabývá analýzou družicových dat. V některých případech jsou prezentovány operativní produkty, které jsou z dat pravidelně generovány. Například společnost z Innsbrucku nabízí mapy sněhové pokrývky nebo mapy tání (O4.12). Norský výzkumný tým operativně zjišťuje lavinová ložiska (O4.9). Další články o družicových datech jsou spíše opatrnější a pojednávají o vědeckých pracích, které zatím nejsou reálně možné, ale mají samozřejmě velký potenciál.

Grafické shrnutí relace — Grafické shrnutí zasedání

ISSW 2018

Lavinové nánosy vypadají jinak než prašan

Lavinová předpověď je založena na různých prostorových informacích, jako jsou prostorové a časové změny sněhové pokrývky - např. množství (nového) sněhu nebo rozložení jarních cyklů tání a mrznutí. Na druhou stranu počet lavin během bouře je velkou neznámou a detekce lavin má na ISSW svůj vlastní tematický blok (viz zasedání 7: "Detekce lavin: průmysl a výzkum").

Radarová měření pomocí družic jako disciplína dálkového průzkumu Země mohou v zásadě detekovat kontrast mezi nedotčeným sněhem a hrubými nánosy například lavin z mokrého sněhu (P4.9). Avšak pouze nánosy z dostatečně velkých lavin vytvářejí radarový signál, který se liší od již tak velmi zašuměného mikrovlnného signálu. Malé a suché laviny, tedy ty, které jsou pro lyžaře nejdůležitější, proto radar (zatím) nezachytí.

Pokračování na další straně -->

Model vám to řekne rychle

Druhým důležitým tématem je asimilace dat. Co je to asimilace? Jde o to, jak lze prostorové informace z družicových misí začlenit do prostorových modelů (sněhové pokrývky) a použít je k reinicializaci počátečních a okrajových podmínek. Tradičně se do takových modelů sněhové pokrývky vkládají výsledky z meteorologických modelů a data z bodových meteostanic. Proměnlivost a heterogenita sněhové pokrývky by měla být doplněna z dat dálkového průzkumu Země.

Modely tak mohou být na základě těchto dat znovu a znovu restartovány a průběžné chyby jsou redukovány.

Takto lze kvazifyzikálně správně modelovat informace ze stávající sněhové pokrývky, aktuálních povětrnostních podmínek a dodatečných prostorových informací z družicových dat. Takové modelové řetězce mají potenciál nejen generovat lepší informace pro lavinovou předpověď (O4.10), ale jsou užitečné i pro hydrologii, kde je často nutné kvantifikovat obsah vody v celé sněhové pokrývce (O4.5). Obsah vody (výška x hustota sněhu), jeho změna v čase a odpovídající odtok z tání jsou často indexové předpovědní veličiny, tj. aktuální situace se extrapoluje ze srovnatelných událostí na větší území. Článek (O4.3) si klade otázku, zda jsou takové odhady z "historických událostí" v průběhu klimatických změn stále správné a dostatečné pro budoucí situace.

Projekt www.mysnowmaps.com, představený v článku (O4.7), je kombinací dat dálkového průzkumu Země, místních dat a pozorování a modelů sněhové pokrývky. Kromě podrobné mapy výšky sněhu v rámci celých Alp (viz obrázek) obsahuje webová stránka také portál, kde mohou uživatelé zadávat svá vlastní měření. Cílem, který za tím stojí, je vypočítat mapu výšky sněhu tím lépe a přesněji, čím více místních absolutních hodnot je známo. Pokud mohu soudit, je zde k dispozici několik dobrých cen a zatím jen několik uživatelů poskytujících data - jejich aktuální hodnoty víceméně doplňují předpovědní hodnoty v naší hře na předpověď výšky sněhu. Nedokážu přesně říct, jak se mapa liší od údajů SnowGRID poskytovaných na PowderGuide (ISSW 2013), ale s informacemi z obou map byste měli mít dobrý základ pro plánování.

"Lasery a drony" zní jako béčkový sci-fi film

Závěrečný hlavní tematický blok zasedání o dálkovém průzkumu Země se zabýval využitím pozemního laserového skenování - měření vzdálenosti pomocí laseru, jak se používá na stavbách - a fotogrammetrie s drony, tj. mapováním prostorových struktur ze snímků pořízených z různých směrů pohledu ("struktura z pohybu"). Obě metody jsou kvazi místním dálkovým průzkumem Země. Lasery lze používat do vzdálenosti přibližně 5 km a drony mohou létat pouze na vzdálenost viditelnosti. Obě metody po určitém zpracování dat vytvářejí digitální model terénu, tj. výškovou hodnotu pro každou souřadnici. Přímým odečtením stavu bez sněhu získáme absolutní výšku sněhu v terénu s přesností v řádu centimetrů. Srovnání měření hloubky sněhu pomocí dronu, laserového skenování, satelitního měření a interpolovaného ručního měření je uvedeno v článku (P4.15). Další příspěvky jsou spíše metodického charakteru, buď analyzují zpracování dat (P4.14), nebo se zabývají závislostí laserových měření na počasí.

Mapa hloubky sněhu z mysnowmaps

ISSW2019, O4.7

Vizí budoucnosti, která sice na zasedání nebyla výslovně zmíněna, ale která by nemusela být příliš vzdálená, je, že drony, které nosíme ve volném čase s sebou, by nám mohly poskytovat právě takové sněhové mapy v reálném čase. Pak bychom si mohli na head-up displeji v lyžařských brýlích vizualizovat každý malý žralok. Pokud by brýle byly vybaveny i čočkami pro blízké infračervené záření, dokázali bychom rozlišit i ty nejmenší zbytky prašanu od větru a tající krusty - freeride se sci-fi, to by bylo něco...

Závěr

Na závěr lze říci, že dálkový průzkum je důležitou interdisciplinární metodou měření a analýzy. Dálkový průzkum byl vždy nedílnou součástí geografie, ale již delší dobu tyto techniky využívá i mnoho dalších vědních oborů. Stav výzkumu sněhu a lavin zcela jasně ukazuje, že dálkový průzkum je důležitý v mnoha ohledech a v budoucnu bude jeho význam jen narůstat. Zejména družicová data nám v příštích letech poskytnou mnoho užitečných poznatků o sněhové pokrývce.

Fotogalerie

Poznámka

Tento článek byl automaticky přeložen pomocí DeepL a poté upraven. Pokud si přesto všimnete pravopisných či gramatických chyb nebo pokud překlad ztratil smysl, napište prosím mail redakci..

K originálu (Německy)

Související články

Svět vědy | Recenze ISSW2018: zasedání Umělý sníh a aplikace

14. 11. 2019 • Lea Hartl

Každé dva roky se na Mezinárodním vědeckém semináři o sněhu (International Snow Science Workshop, ISSW) setkávají vědci a odborníci z široké škály různých oborů, které však vždy souvisejí se sněhem. Nové poznatky a výsledky výzkumu jsou prezentovány v různých tematických blocích - tzv. zasedáních. My to celé rozdělíme na více či méně stravitelná sousta a každých čtrnáct dní pro vás shrneme zasedání ISSW2018.
Svět vědy | Mezinárodní vědecký seminář o sněhu

07. 11. 2019 • Anselm Köhler

Každé dva roky se setkávají vědci zabývající se sněhovou problematikou na plný úvazek - jak praktici, tak i ti, kteří mají spíše teoretické zaměření - aby si vyměnili poznatky na mezinárodním semináři o sněhové problematice, tzv. "Ei-S-S-double-you" (ISSW)*. Každých čtrnáct dní se zde zabýváme jednotlivými tématy z poslední konference a obecně srozumitelně je shrnujeme, nebo se o to alespoň snažíme. Co je ISSW konkrétně a jaká byla ta poslední, se dočtete v tomto článku:
Svět vědy | ISSW 2. část - Regionální lavinová předpověď

04. 01. 2017 • Lea Hartl

Pokračujeme Mezinárodním vědeckým seminářem o sněhu 2016 a studiemi, které tam byly prezentovány: Poté, co jsme se již v 1. části věnovali některým tématům, která mají více společného s povahou sněhu a lavin, se nyní zaměříme na lidi a na to, jak se s lavinami vyrovnávají. Lavinové zprávy a orgány, které je vydávají, jsou pro nás jako milovníky zimních sportů nesmírně důležité, ale jejich práce není vždy snadná. Na jedné straně samozřejmě proto, že sníh ne vždy dělá to, co byste očekávali, a na druhé straně proto, že velmi složité záležitosti je třeba sdělovat co nejjednodušeji a nejintuitivněji. Jaké jsou zde aktuální problémy a jak k nim přistupujete?