Физики СПбГУ создали технологию для измерения озона на основе машинного обучения

Коллектив ученых из Санкт-Петербургского университета в сотрудничестве с коллегами из НИЦ «Планета» и Центра Келдыша разработал нейросетевой алгоритм для измерения содержания озона в атмосфере с российского метеорологического спутника. Исследование выполнено в лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Озон — это газообразное вещество, которое находится в атмосфере Земли и в основном сосредоточено на высотах от 10 до 50 км. Озон играет жизненно важную роль, так как поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца и защищает живые организмы на поверхности Земли от опасного воздействия этого излучения.

Кроме того, он влияет на химические реакции в верхних слоях земной атмосферы и участвует в регуляции температуры на Земле, поглощая часть солнечного тепла.

Прибор «ИКФС-2» для метеорологического зондирования атмосферы, установленный на российских спутниках серии «Метеор-М», измеряет спектры уходящего излучения, которые содержат не только метеорологическую информацию, но и данные о составе атмосферы.

Как рассказал профессор СПбГУ, сотрудник лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ Александр Поляков, прибор «ИКФС-2» уже 8 лет работает на борту метеоспутника серии «Метеор-М» и не потерял своей актуальности. Ученые СПбГУ создали технологию, которая может быть применима к спутнику данной серии.

«Разработанные нашей научной группой алгоритм и код прямо применимы к приборам на борту следующих спутников серии «Метеор-М», ближайший запуск такого спутника планируется летом. Алгоритм может быть адаптирован и к аналогичным приборам на борту других метеоспутников», — объяснил Александр Поляков.

Нейросеть, лежащая в основе разработанного учеными СПбГУ алгоритма, обучена на данных, полученных за шесть лет наблюдений. Для этого было обработано более 19 000 000 спектров, измеренных «ИКФС-2», совмещенных с измерениями содержания озона в атмосфере со спутника Aura.

Результаты измерения содержания озона, полученные с помощью разработанного физиками алгоритма к спектральным измерениям «ИКФС-2», сравнили с данными наземных приборов и спутников, специально созданных для измерений содержания озона, — расхождения не превышают 3 %.

Отметим, что ранее сотрудники лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ выяснили, что во время геомагнитных бурь в течение суток может разрушаться до четверти озона, содержащегося на высоте около 75 километров в полярной мезосфере.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Remote Sensing.