Пылевые бури – это частицы почвы или пыли с поверхности Земли, поднимающиеся в верхние слои тропосферы и даже выше. Ветер переносит их на сотни и тысячи километров, например, пыль из пустыни Гоби может оказаться у берегов Сан-Франциско. Они сильно влияют на окружающие экосистемы, климат в регионе и жизнь человека, поэтому отслеживать их развитие и движение – важная научная и прикладная задача. Если коротко, у пылевой бури есть несколько характеристик, которые позволяют отличить ее на спутниковом снимке от других объектов:
● размазанное (размытое) облако желтого/песочного цвета;
● обычно без четких границ;
● может быть как над сушей, так и над водой;
● может быть частично скрыта обычными водными облаками белого цвета и тогда проявляться в виде больших желтых пятен в облаках.
Рис. 7. Классифицированный спутниковый снимок с проявлениями пылевых бурь в районе Желтого и Восточно-Китайского морей
Теперь разберемся со вторым природным явлением. Внутренние волны в морях и океанах еще недостаточно изучены. Известно, что они способствуют процессам перемешивания в морской толще и увеличению биопродуктивности, искажают акустические сигналы и иногда даже могут быть опасны для подводных аппаратов. На снимках, которые мы подготовили, волонтерам нужно было искать внутренние волны среди всевозможных струй от течений, вихрей, взаимодействия водных масс в полях концентрации хлорофилла. Это настоящая детективная задача, потому что иногда за внутренние волны можно принять артефакты изображений, которые выглядят очень похоже. На снимках они видны как тонкие линии с целым рядом отличительных особенностей:
● имеют неровную дугообразную форму;
● могут распространяться как одиночной волной в виде дуги, так и пакетом волн (дуг);
● каждая дуга имеет четкую границу (начало и конец);
● расстояние между дугами увеличивается;
● дуги, как правило, неидеальны (несимметричны или немного изогнуты);
● визуально похожи на складки, смятую бумагу или морщины, а не на идеальные круги от циркуля или прямые линии.
Волонтеры смотрели на спутниковые снимки и в случае, если обнаруживали требуемые признаки, обводили нужный полигон. Причем это не просто аналогичный фотографии спутниковый снимок, когда мы видим Землю так, как ее видят космонавты. Это специальная рассчитанная величина – концентрация хлорофилла, который входит в состав клеток фитопланктона в морской толще. Данная величина выбрана потому, что на картах ее распределения внутренние волны очень хорошо проявляются в качестве заметных контрастных линий. Это связано с тем, что в таком типе данных максимально убран вклад атмосферы и используются отношения яркостей разного цвета, что позволяет усилить проявления различных океанографических процессов – не только внутренних волн, но и, к примеру, морских вихрей или течений.
Первыми нашими волонтерами стали студенты вузов Владивостока. Это активные молодые люди, которым интересно новое, некоторые из них пишут курсовые и дипломные работы, в которых можно реализовать различные методики для гражданской науки или использовать полученные в нашем проекте данные.
Кроме этого, некоммерческая организация «Зеленый крест» в рамках проекта «Академия экологии» привлекает школьников и просто неравнодушных граждан любого возраста для мониторинга экологического состояния водных акваторий Приморского края, в том числе используя нашу методику. Люди проходят обучающие курсы и участвуют в практических семинарах. Таким образом решаются не только наши исследовательские задачи, но и задачи общественного мониторинга и популяризации науки. Наконец, в проекты на платформе Experion приходят волонтеры из числа пользователей платформы «Люди науки», которые уже участвовали в проектах гражданской науки других типов, но анализировать данные начали с нами.
Рис. 8. Здесь представлены части спутниковых изображений оценки концентрации хлорофилла. Они классифицированы, то есть наличие внутренних волн на них определено. Слева вы можете видеть два крупных снимка, на которых пунктирной линией выделены скопления внутренних волн, они обычно выглядят как дуги. Изображения справа – это приближенные участки, на которых мы обвели внутренние волны. Пунктирная линия на правом нижнем изображении показывает расстояние между наборами разных волн. Такие изображения мы использовали в памятке проекта, чтобы объяснить волонтерам, что нужно искать и как такие изображения размечать
Благодаря работе волонтеров была собрана база данных по явлениям, данные дистанционного зондирования которых сложно поддавались автоматическому анализу. По ней ученые смогут как определять отдельные характеристики явлений, так и использовать полученный массив для разработки новых алгоритмов идентификации сликов, внутренних волн и пылевых бурь на основе традиционных подходов или с помощью машинного обучения.