Сравнение моделей поглощения атмосферного воздуха в микроволновом диапазоне на основе длительного ряда наблюдений RPG-HATPRO и аэрологических зондов.

Данная работа есть продолжение проведенных ранее исследований, опубликованных в статье [1]. Спектроскопическая ошибка является важной составляющей в общем бюджете ошибок микроволновых измерений в тропосфере. Несмотря на то, что поглощение воздуха в микроволновом диапазоне исследовалось с начала XX века, современные модели не удовлетворяют точностям, необходимым в дистанционном зондировании. Например, в работе [2], где исследовалась неопределенность спектроскопических параметров поглощения кислорода, было показано, что суммарная спектроскопическая ошибка имеет сильную частотную зависимость и может достигать 3 К на частотах 51-52ГГц.
С конца 2013 года в ИПФ РАН проводятся круглосуточные наблюдения посредством микроволнового наземного пассивного спектрорадиометра RPG-HATPRO-G3 (Radiometer Physics GMBH), в результате которых был получен длинный ряд измеренных яркостных температур в диапазонах частот 22-32ГГц и 51-60ГГц. В работе предлагается оценивать соответствие моделей атмосферного поглощения наблюдаемым яркостным температурам. Для этой цели по результатам аэрологического зондирования (профилям температуры, давления и влажности) вычисляются яркостные температуры. Для результатов симуляций из длительного ряда наблюдений выбираются соответствующие им (6 минут до и после пуска зонда) временные промежутки, по которым затем производится усреднение. Поскольку учет влияния облачности в симуляциях затруднен ввиду отсутствия данных о структуре облачности на луче прибора, рассмотрение ограничено случаями ясного неба. Эти случаи надежно выделяются по показаниям микроволнового прибора, используя восстановленные значения интегрированной жидкой воды (ДЦЗ) в атмосфере и среднеквадратичное отклонение в канале 31.4ГГц.
Особое внимание уделено оценке влияния возможных факторов на разность между симулированными и измеренными данными. Проведен тщательный анализ бюджета ошибок. В частности, применяя сингулярное разложение, показано, что полученная разность не может быть вызвана исключительно систематической разницей между показаниями радиозондов и состоянием атмосферы на луче прибора.
В оценке соответствия моделей используются как результаты наблюдения в зенит, так и сканирования по углу возвышения. Однако, ввиду невозможности контролировать наличие облачности на углах, отличных от зенитного, результаты сканирования искажены и носят вспомогательный характер. Их поведение согласуется с соответствующими оценками в рамках симуляций.
В работе сравниваются три различных варианта модели MPM (Microwave Propagation Model) и модель ECS [3]. Последняя демонстрирует наилучшее соответствие с результатами наблюдений.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 18-72-10113.