Оценка качества альтиметрических данных о ветровом волнении в Арктике

Спутниковая альтиметрия является одним из основных методов дистанционного зондирования морской поверхности, позволяющим получать регулярные данные о ветровом волнении на больших пространственных масштабах. Для арктического региона такие наблюдения имеют особое значение, поскольку доступные натурные измерения немногочисленны, пространственно разрежены и имеют ограниченную продолжительность. В работе рассматриваются три мультимиссионных спутниковых альтиметрических продукта высоты значительных волн Hs: Australian Ocean Data Network (AODN) (IMOS, 2026), архивный продукт Copernicus Marine Service Multi-Year (CMEMS MY) (https://doi.org/10.48670/moi-00176) и оперативный продукт Copernicus Marine Service Near Real Time (CMEMS NRT) (https://doi.org/10.48670/moi-00179). Продукты различаются составом спутниковых миссий, схемами контроля качества, калибровки и межмиссионного согласования, а также временным охватом и частотой обновления данных. Целью работы являлась оценка качества этих продуктов в Баренцевом, Карском и Восточно-Сибирском морях за 2020-2022 гг. путем сопоставления спутниковых данных с независимыми натурными измерениями Hs, полученными в 11 пунктах наблюдений.
Для формирования пространственно-временных коллокаций, то есть пар спутниковых и натурных измерений, использовались пространственный и временной критерии. По пространственному критерию отбирались спутниковые измерения, расположенные на расстоянии не более 50 км от пункта натурных наблюдений, а по временному – спутниковые измерения, выполненные в пределах 30 мин до или после натурного. Выбранные критерии соответствуют рекомендуемым диапазонам для сопоставления альтиметрических и натурных данных (Campos, 2023). Дополнительно спутниковые значения Hs усреднялись в пределах одного прохода при наличии не менее пяти точек, после чего полученное значение сопоставлялось с ближайшим по времени натурным измерением. Соответствие спутниковых и натурных измерений оценивалось с использованием коэффициента корреляции Пирсона, систематического смещения (Bias), среднеквадратической ошибки (RMSE) и индекса рассеяния (SI); Bias рассчитывался как средняя разность между спутниковыми и натурными значениями высоты значительных волн.
Все три спутниковых продукта показали хорошее соответствие натурным измерениям. Коэффициент корреляции составил 0,95-0,98, систематическое смещение соответствовало среднему занижению спутниковых оценок на 4-13 см, среднеквадратическая ошибка – 21-24 см, а индекс рассеяния – 12-16 %. Дополнительный анализ показал зависимость ошибок от высоты волн. При Hs менее 0,5 м продукты AODN и CMEMS NRT характеризовались завышением спутниковых оценок, тогда как при Hs 2 м и более для всех продуктов наблюдалось систематическое занижение на 16-25 см и увеличение среднеквадратической ошибки до 29-36 см. Число коллокаций в диапазоне высоких волн было существенно меньше и составляло от 13 до 41 в зависимости от продукта, поэтому полученные для этого диапазона оценки следует интерпретировать с осторожностью.