Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год

(http://smiswww.iki.rssi.ru/d33_conf)

Оценка качества воспроизведения термического режима озер блоком деятельного слоя суши модели Земной системы ИВМ РАН с помощью спутниковых данных MODIS

Стамбровская А. С. (1), Степаненко В.М. (2,1), Репина И.А. (3,2), Богомолов В. Ю. (4,2)
(1) МГУ имени М.В. Ломоносова Географический факультет, Москва, Россия
(2) Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ, Москва, Россия
(3) Институт физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН, Москва, Россия
(4) Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РА, Томск, Россия
В настоящее время наблюдается увеличение температуры воздуха на большей части поверхности планеты, а также рост содержания парниковых газов в атмосфере [IPCC, 2013]. Было показано, что в последнее время температура поверхности воды в озерах также сильно возрастает (в среднем, на 0.034 градуса в год с 1985 до 2009 года) [O'Reilly et al., 2015]. Озера играют важную роль в глобальном цикле углерода, поэтому улучшение их воспроизведения в климатических моделях является актуальной задачей.

Данная работа направлена на то, чтобы проверить качество воспроизведения температурного режима озер в модели Земной системы Института вычислительной математики РАН [Дымников, Лыкосов, и Володин, 2015] на фактических данных. Для выполнения поставленных задач были произведены расчеты значений температуры водной поверхности озера с использованием блока деятельного слоя суши модели ИВМ РАН-МГУ, в который ранее была включена модель озера LAKE [Stepanenko et al., 2016, Bogomolov, 2016].

В качестве внешнего воздействия для модели были использованы данные реанализа ERA-Interim для основных метеорологических величин (температура воздуха, влажность, осадки, скорость и направление ветра, давление, коротковолновая и длинноволновая радиация) за период 1985-2017 гг. Для сравнения с модельными расчетами были использованы массивы месячных значений температуры воды на поверхности озера. Спутниковые данные по температуре поверхности получены с помощью сканирующего спектрорадиометра MODIS, установленного на спутнике TERRA. Для определения температуры поверхности использовалась методика, изложенная в работе [MacCallum, 2012]. При построении маски озера учитывались только те пиксели, которые надёжно расположены на поверхности озера и не захватывают участки берега. Также использовались данные радиометров ATSR и AATSR из архивов ARC-Lake [Sharma et al., 2015] и MICROS.

С помощью модели деятельного слоя ИВМ РАН-МГУ были проведены расчеты для озер Балхаш, Танганьика, Таймыр, Большое Медевежье озеро, Ладожское озеро, Онежское озеро, Венерн, Виннипег и Верхнее. Анализ результатов позволил определить, что среднемесячные значения температуры воды на поверхности летом в модели завышены, в среднем, на 2-3⁰С. Во всех озерах температура хуже воспроизводится моделью весной, чем осенью - это можно связать с тем, что дата схода льда в модели наступает раньше, чем в действительности, поэтому в модели происходит более ранее нагревание поверхности воды, чем в реальности. В озере Байкал летом наблюдается занижение температуры на 5-10⁰С, что может быть связано с грубым воспроизведением вертикального теплообмена в озере из-за занижения в модели глубины перемешанного слоя.

Схема деятельного слоя суши ИВМ РАН-МГУ является частью глобальной климатической модели ИВМ РАН. Для реалистичного воспроизведения взаимодействия климата с водными экосистемами суши важно правильное воспроизведение температурного и биогеохимического режима озер. Из проведенного сравнения рассчитанной моделью ИВМ РАН-МГУ температуры поверхности крупнейших озер со спутниковыми данными можно заключить, что термический режим озер воспроизводится в целом верно, но стоит обратить внимание на воспроизведение дат схода и образования ледостава, а также на воспроизведение глубины перемешанного слоя в глубоких водоемах.

Работа поддержана Российским научным фондом, грант №17-17-01210.

Ключевые слова: климатическая модель ИВМ РАН, модель озера LAKE, данные MODIS, термический режим озера
Литература:
  1. Дымников В. П. Математическое моделирование динамики Земной системы. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. М., 2015. Т. 51, № 3, с.260-275. https://doi.org/10.7868/S0002351515030049
  2. Bogomolov V, Stepanenko V, Volodin E. Development of lake parametrization in the INMCM climate model // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 48 (2016) 012005, doi:10.1088/1755-1315/48/1/012005
  3. IPCC. IPCC fifth assessment report: Climate change 2013: The physical science basis (ar5). Technical report, 2013.
  4. MacCallum S. N. and Merchant C. J. Surface water temperature observations of large lakes by optimal estimation. Canadian Journal of Remote Sensing, 38(1):25–45, 2012.
  5. O'Reilly, et al. Rapid and highly variable warming of lake surface waters around the globe. // Geophysical Research Letters, 42(24), 10773-10781, 2015. DOI: 10.1002/2015GL066235
  6. Sharma S. et al. A global database of lake surface temperatures collected by in situ and satellite methods from 1985–2009. Scientific Data, 2:150008, 2015.
  7. Stepanenko V, Mammarella I, Ojala A, Miettinen H, Lykosov V and Vesala T 2016 LAKE 2.0: a model for temperature, methane, carbon dioxide and oxygen dynamics in lakes Geosci. Model Dev. 1977-2006 doi:10.5194/gmd-9-1977-2016

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

215