Мониторинг суточного хода температуры поверхности суши на территории России по данным с геостационарных метеоспутников серии «Электро-Л»

Предложен и испытан метод дистанционного определения температуры поверхности суши (ТПС или Ts) с высоким временным разрешением для прослеживания поведения Ts в течении суток, т. е. оценки суточного хода Ts (СХТ) в условиях безоблачной атмосферы по данным измерений радиометров - имаджеров МСУ-ГС, входящих в состав целевой аппаратуры геостационарных космических аппаратов (КА) серии «Электро-Л». В настоящее время указанная аппаратура, установленная на борту КА Электро-Л №№ 2, 3, 4, 5, функционирует без ограничений только на № 4 и № 5. Данные мониторинга СХТ используются при решении многих задач гидрометеорологии и климатологии, включая оценки энергетического и водного балансов на границе атмосфера-подстилающая поверхность, детектирование заморозков и городских тепловых островов, расчеты эвапотранспирации, а также исследования реакции различных экосистем на циркадные ритмы и др. Предлагаемый метод дистанционного картирования полей Ts и мониторинга СХТ использует разновременные (каждые сутки в стандартные синоптические сроки ti, i=1, 2, …, 8) измерения МСУ-ГС с КА Электро-Л №№ 4, 5 в 4-х ИК-каналах (каналы № 4, 8, 9, 10) и включает: построение маски облачности и выделение безоблачных сцен в поле зрения прибора; применение нейросетевых алгоритмов типа многослойного персептрона для получения предварительных оценок Ts (МСУ, ti) для безоблачных сцен с использованием априорных данных о спектральных излучательных способностях поверхности суши е(λ), где λ –длина волны, из глобальной базы данных CAMEL для 4-х ИК-каналов; статистическая фильтрация предварительных оценок Ts (МСУ, ti). Далее, оценки Ts (МСУ, ti) интерполируются на регулярную сетку с шагом 0,25 град. По результатам картирования Ts (МСУ, ti) за 8 сроков 15.08.2026 (00–21 ч, шаг 3 ч) по территории России строятся графики СХТ для пикселей в разных географических зонах.
Подготовка нейронных сетей выполнена на обучающих выборках, состоящих из измеренных в 4-х каналах МСУ-ГС радиационных температур Тr, соответствующих значений е(λ) и совмещенных с ними по пространству и времени референсных значений Ts по данным реанализа ERA5.
Для верификации оценок ТПС использованы ближайшие по месту и времени данные реанализа ERA5, а также независимые спутниковые оценки Ts, полученные по данным радиометра - имаджера AGRI с китайского геостационарного метеоспутника FY-4B. Величины систематического смещения и стандартного отклонения оценок Ts для оценок Ts (МСУ, ti) по данным КА Электро-Л №№ 4, 5, покрывающих территорию России, за различные сроки летнего сезона 2026 г. при сравнении с величинами Ts из реанализа ERA5 меняются в диапазонах (-2.61, 2.39) °C, (1.95, 3.54) °C соответственно, а при сравнении с независимыми спутниковыми оценками по данным AGRI — в диапазонах (-3.67, 1.07) °C, (2.09, 4.69) °C соответственно в зависимости от зоны и сроков зондирования, что подтверждает работоспособность описанного подхода. Согласно численным экспериментам дальнейшее повышение точности спутникового картирования полей Ts и мониторинга СХТ можно обеспечить, применяя фильтрацию оценок Ts (МСУ, ti) с использованием климатической и / или прогностической информации о полях ТПС.
Работа выполнена в рамках темы 2.7 Плана НИТР Росгидромета на 2025-2029гг. (тема «Развитие методов и технологий подготовки спутниковой продукции по параметрам атмосферы и земной поверхности и системы сбора данных c наблюдательной сети Росгидромета на базе Государственной территориально-распределенной системы космического мониторинга (ГСКМ) в составе Европейского, Сибирского и Дальневосточного центров НИЦ «Планета» с использованием действующих и перспективных космических аппаратов наблюдения Земли на полярных, геостационарных и высокоэллиптических орбитах»).