Валидация модели глобального крупномасштабного радиоизлучения Земли в дециметровом диапазоне

За последние десятилетия в спутниковой СВЧ-радиометрии сложился определенный стиль валидации алгоритмов восстановления
параметров водной поверхности, суши и атмосферы. Этот стиль предполагает наличие двух этапов: 1) калибровку СВЧ-
радиометрических систем с использованием природных реперов (обычно участки пустыни и тропического леса) и 2) построение
многоволновых регрессионных зависимостей между яркостной температурой (ЯТ) и параметрами природного объекта на основе
данных спутниковых измерений и набора контактных измерений параметров среды. Нами использовались четыре подхода для
валидации.
1. На первом этапе валидации модели нами был выполнен анализ погрешностей определения глобального радиоизлучения земли
(МГРИЗ) на примере наиболее сложного компонента модели - модели ЯТ системы «почва – растительность – атмосфера -
космос». Анализ 9 основных составляющих погрешности ЯТ показал, что результирующая погрешность не превышает 10% при
условии 10%-ой погрешности исходных данных.
2. Обработка и применение данных натурных и самолетных измерений для валидации модели.
Отсутствие спутниковых СВЧ-радиометров дм диапазона обусловило использование данных полевых и самолетных измерений для
локальной валидации глобальной модели излучения Земли в дм диапазоне. Для исследования пространственно-временных
вариаций ЯТ нами выполнена систематизация материалов полевых и самолетных экспериментов в 70  90-ые годы в различных
географических зонах Северного полушария в весенне-летне-осенние сезоны в СССР, России и США.
3. Сопоставление данных натурных, самолетных и спутниковых измерений в см диапазоне с данными моделирования в дм
диапазоне.
Отсутствие спутниковых СВЧ-радиометров дм диапазона может быть скомпенсировано использованием для валидации данных
спутниковых радиометров см диапазона. Сложный характер зависимости радиационных характеристик от парамет¬ров среды
обусловливает экспериментальное исследование статистической связи радиаци¬онных характеристик различных типов земных
покровов в см и дм диапазоне.
Нами была исследована корреляции ЯТ в см и дм диапазоне для четырех природных зон Северного полушария, для различных
типов поверхности при зондировании под углом и в надир в весенне-летне-осенний период. Результаты корреляционного
анализа указывают на целесообразность использования экспериментальных данных см диапазона для валидации модели.
Следующим шагом в изучении корреляции стало сопоставление крупномасштабных (4°х5° по широте и долготе) среднемесячных
полей ЯТ на волне 4.5 см по данным радиометра SMMR и результатов моделирования на волнах 21 и 50 см. Результаты
обработки обширного экспериментального материала указывают на нали¬чие статистически значимой степени коррелированности
радиотеплового излучения земной поверхности в см и дм диапазонах, что позволяет использовать экспериментальные данные в
см диапазоне для проверки и валидации данных моделирования в дм диапазоне.
4. Локальная валидация МГРИЗ без географической привязки, основанная на учете в модели параметров почвы тестового
участка, которые определяются посредством наземных измерений.
При расчете ЯТ учитывался тип поверхности тестового участка по классификации МГРИЗ для учета ослабления
растительностью. В качестве СВЧ-радиометрических и наземных данных были использованы некоторые результаты экспериментов
в штате Флорида и Джорджия. Сравнение экспериментальных и модельных оценок ЯТ тестовых участков указывает на их хорошее
согласие, различие составляет менее 10%. Рассмотренный подход обеспечивает существенно лучшее качество валидации
модели, чем предыдущий.
В докладе приводятся графические и табличные результаты валидации модели МГРИЗ.