Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год
Сезонная, синоптическая и внутрисуточная изменчивость микроволновых яркостных температур земных покровов и приземной температуры воздуха по измерениям радиометра AMSR2 со спутника GCOM-W1
Митник Л.М. (1), Кулешов В.П. (1), Митник М.Л. (1)
(1) Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, Россия
Температура приземного воздуха Твоз и температура земной поверхности Тпов являются одними из основных климатических переменных. Температура поверхности может быть найдена по данным спутникового микроволнового (МВ) радиометрического зондирования, в том числе и при облачности, которая препятствует измерениям в ИК диапазоне. МВ данные доступны для оперативного применения и обеспечивают возможность проведения длительных непрерывных глобальных наблюдений Тпов. Температура приземного воздуха определяется на сети метеорологических станций, однако в полярных и в малонаселенных областях сведений о Твоз, востребованном параметре в сельском хозяйстве, при изучении окружающей среды, изменений климата, численном прогнозе погоды и т.д., крайне мало. Корреляционные связи Твоз с Тпов, выявленные, в частности, при реализации программы Atmospheric Radiation Measurement (ARM), начатой в 1989 г., существенно увеличили количество сведений о приземной температуре, но программа ARM не охватывают обширных территорий на севере, в пустынях, в дождевых тропических лесах, в Восточной Антарктиде. Основой данного исследования служат временные ряды яркостных температур Тя с 1 января по 31 декабря 2015 г., измеренные микроволновым радиометром AMSR2 со спутника GCOM-W1 над тестовыми областями в различных климатических зонах Земли. При выборе областей учитывались: малая изменчивость характеристик подстилающей поверхности в пределах области и относительно близкое расположение метеорологических станций и станций радиозондирования атмосферы. Две области располагались вблизи высотных обсерваторий Amazon Tall Tower Observatory (ATTO) и Zotino Tall Tower Observatory (ZOTTO). Центр области в дождевых широколиственных лесах в бассейне реки Амазонки располагался на 4,88º ю.ш., 65,35º з.д. (примерно в 600 км от ATTO), а центр области в бореальных лесах на севере Красноярского края находился на 61,0º с.ш., 92,0º в.д. (примерно в 120 км от ZOTTO). Координаты центра области в пустыне Такла-Макан совпадали с положением метеостанция Taчжун (39,00º с.ш., 83,40º в.д., высота над уровнем моря 1100 м) на расстоянии 120 км от аэрологической станции Hotan 51828. На метеостанциях 8 раз в сутки измерялись давление, температура и влажность воздуха, метеорологическая дальность видимости, типы и балльность облачности, осадки. Температура поверхности не измерялась. Измерения AMSR2 выполнялись примерно в 13:30 на восходящих витках и примерно в 01:30 на нисходящих (время местное), что близко к дневному максимуму и минимуму температуры воздуха, соответственно. Средние по тестовой области яркостные температуры находились за каждые сутки отдельно для восходящих и нисходящих орбит. После фильтрации ситуаций с осадками были найдены уравнения линейной регрессии Твоз = F[Тя(f)] и определены погрешности оценки Твоз. Влияние атмосферы на яркостные температуры на вертикальной и горизонтальной поляризациях, измеряемые радиометром AMSR2, оценивалось путем численного интегрирования уравнения переноса излучения в системе атмосфера - подстилающая поверхность. Входной информацией служили вертикальные профили метеорологических элементов, измеренные на станциях радиозондирования атмосферы, и заданные коэффициенты излучения поверхности. Сезонная, синоптическая и внутрисуточная изменчивость Тя в рассматриваемых областях существенно отличались на разных частотах и поляризациях. Для объяснения выявленных особенностей изменчивости Тя привлекалась теория переноса излучения в различных средах. Предложенная методика оценки Твоз по Тя может быть применена в областях, расположенных в различных физико-географических условиях, включая Гренландию и Антарктиду, а также при внешней калибровке спутниковых МВ радиометров. Данное исследование частично финансировалось Комплексной программой фундаментальных научных исследований ДВО РАН «Дальний Восток» на 2018 г. (проект № 18-1-010). Авторы благодарят Японское аэрокосмическое исследовательское агентство JAXA за предоставление данных AMSR2.
Ключевые слова: Дистанционное зондирование, микроволновая радиометрия, AMSR2, температура земных покровов, приземная температура воздуха, временные ряды яркостных температур, высотные обсерватории ATTO и ZOTTO, пустыня Такла-Макан, сезонная и внутрисуточная изменчивость, радиозонды, моделирование, линейная регрессияЛитература:
- Митник Л.М., Кулешов В.П., Митник М.Л. Микроволновые характеристики Антарктического плато по измерениям со спутников Метеор-М № 2 и GCOM-W1 // Тезисы. Тринадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" М., ИКИ 2015. С. 289.
- Митник Л.М., Кулешов В.П., Чёрный И.В. Антарктическое плато: микроволновое зондирование поверхности, подповерхностных слоев, тропосферы и стратосферы по спутниковым микроволновым измерениям // Там же, ИКИ 2015. С. 472.
- Митник Л.М., Митник М.Л. Калибровка и валидация - необходимые составляющие микроволновых радиометрических измерений со спутников серии Метеор-М № 2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. №1. С. 95-104.
- Mitnik L., Kuleshov V., Mitnik M., Streltsov A.M., Cherniavsky G., Cherny I. Microwave scanner sounder MTVZA-GY on new Russian meteorological satellite Meteor-M N 2: modeling, calibration and measurements // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2017. Vol. 10. N. 7. P. 3036-3045, doi: 10.1109/JSTARS.2017.2695224.
- Чернявский Г.М., Митник Л.М., Кулешов В.П., Митник М.Л., Черный И.В. Микроволновое зондирование океана, атмосферы и земных покровов по данным спутника Метеор-М № 2. Современные проблемы дистанционного зондирования. 2018. Т. 15. № 4. С. 78-100.
Методы и алгоритмы обработки спутниковых данных
45