О перспективах использования спутниковых данных для оценки гидрометеорологических характеристик Каспийского моря

Введение. Каспийское море характеризуется значительной межгодовой и сезонной изменчивостью уровня, пространственной неоднородностью и слабым освещением акватории моря стандартными гидрометеорологическими данными, вследствие чего точность определения компонент водного баланса (ВБ) оказывается низкой. По сути, единственной альтернативой оценки ВБ является использование спутниковых данных, обеспечивающих полное покрытие всей акватории моря. Однако, несмотря на громадное обилие спутниковых архивов ре-анализа, точность воспроизводства гидрометеорологических характеристик Каспия большинством из них также оказывается низкой. Поэтому очень важной задачей является отбор тех архивов ре-анализа, которые обеспечивают надежное оценивание гидрометеорологических характеристик и ВБ с достаточной для практических целей точностью.
Материалы и методы. Для уровня моря использованы два независимых альтиметрических архива: C3S Lake Water Level v5.0 для объекта HYLA0000001 (1992-2024) и NASA/GSFC Global Water Measurements, Caspian Sea target 000270, processing TPJOJS.2.5 (1992-2026). Береговая оценка среднего по морю уровня Hср сформирована как арифметическое среднее четырёх реперных рядов – Баку, Махачкала, Форт-Шевченко и Красноводск/Туркменбаши. В многочисленных работах (Малинин, 1994; Crétaux J.-F., Birkett C., 2006; Kostianoy, Lebedev. 2008) показано, что по данным этих четырех станций средний уровень моря Hср может быть определен с высокой точностью.
Результаты. Среднемесячная корреляция Hср с C3S составила r=0,995 (N=343), с NASA – r=0,994 (N=344). Для годовых значений уровня получены r=0,998 и r=0,998 соответственно. В январе коэффициенты равны 0,997 и 0,996, в декабре – 0,995 и 0,996. RMSE среднемесячных аномалий Hср составляет 0,057 м для C3S и 0,058 м для NASA; для среднегодовых аномалий – 0,032 и 0,027. Отсюда следует, что оба ре-анализа воспроизводят межгодовую и внутригодовую изменчивость уровня моря с высокой точностью, причем учитывая их практически идентичные оценки, в расчетах может быть использован любой из них. Однако далеко не блестящие результаты использования спутниковых данных выявляются при оценке компонент ВБ или отдельных гидрометеорологических параметров моря.
Например, в работе (Лобанов, Наурозбаева, 2021) выполнено сравнение рассчитанных по 10 лучшим климатическим моделям значений температуры воздуха за зимний сезон 1960-2005 гг. и аналогичных эмпирических данных для 8 морских станций на Каспии и показано, что все модели систематически завышают среднюю температуру воздуха от 3 до почти 12 °С, превышая, иногда в несколько раз, естественную изменчивость.
В работе (Chen et al., 2017) выявлено блестящее соответствие между наблюденными и вычисленными по модели Climate Forecast System значений уровня Каспия по уравнению ВБ за период 1979-2015 гг. и сделан вывод, что доминирующая роль в уменьшении уровня с 1995 г. принадлежит повышению испарения. Однако авторы в своей работе не учитывали сток в залив Кара-Богаз-Гол (КБГ), поместив его в разряд неопределенностей. Учет этого стока в работе (Малинин, 2022) кардинально изменил взгляд на причины понижения уровня с 1995 г. Вклад стока в з. КБГ в падение уровня достигает 72 %, в то время как вклад испарения составляет лишь 14,4 %.
Впрочем, можно привести и положительные примеры. Например, в работах (Малинин, Кудель, 2025, 2026) выполнен расчет испарения и осадков для периодов продолжительного роста и падения уровня в течение 1978-2024 гг. по моделям R1, R2, ERA-5 и MERRA-2. Поскольку непосредственная оценка точности указанных компонент ВБ невозможна, то оценка возможных ошибок определялась по замыканию уравнения ВБ, в котором все компоненты рассчитывались независимо друг от друга для различных периодов осреднения. Было выявлено, что невязка уравнения меньше 1 см, причем с увеличением длины осреднения она приближается к нулю. Это означает, что осредненные над морем спутниковые осадки и испарение, имеют вполне достаточную точность с точки зрения выполнения воднобалансовых расчетов.
Заключение
Нет сомнений в том, что спутниковая альтиметрия C3S и NASA с высокой точностью воспроизводит изменчивость среднего уровня Каспийского моря, рассчитанного по четырём реперным станциям. Для среднемесячных значений коэффициенты корреляции составляют около 0,995, для среднегодовых – около 0,998-0,999, а RMSE аномалий уменьшается с 5,8-5,9 см на месячном масштабе до 2,7-3,2 см на годовом. Это позволяет рассматривать оба альтиметрических продукта как надёжные источники информации о межгодовой и внутригодовой динамике уровня Каспийского моря. Высокая согласованность январских и декабрьских уровней дополнительно позволяет использовать альтиметрию для оценки внутригодового изменения уровня как интегрального отклика моря на действующий водный баланс.
К сожалению, точность воспроизводства других гидрометеорологических характеристик Каспия, несмотря на обилие спутниковых продуктов, кардинально уступает альтиметрии и во многих случаях оказывается очень низкой. Но поскольку альтернативы спутниковой информации нет, то необходим тщательный отбор архивов ре-анализа с обязательным условием сопоставления их результатов со стандартными измеряемыми на сети станций данными, точность которых известна.