Дистанционное определение температуры подстилающей поверхности, приземной температуры воздуха и эффективной температуры по спутниковым данным для юга ЕТР

Сведения о температуре подстилающей поверхности (Ts) и приземного воздуха (Та), а также об эффективной температуре (Те) необходимы в качестве дополнения и равноценной замены дискретным данным соответствующих наземных наблюдений для решения ряда климатических, агрометеорологических, гидрологических и других задач мониторинга, а также для моделирования различных ситуаций: засух, наводнений, пожаров.
На основе Комплексной Пороговой Методики (КПМ) [Волкова Е.В. Оценки параметров облачного покрова, осадков и опасных явлений погоды по данным радиометра AVHRR с МИСЗ серии NOAA круглосуточно в автоматическом режиме. – Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 3. С. 66-74] и [Волкова Е.В., Успенский А.Б. Оценки параметров облачного покрова по данным геостационарного МИСЗ Meteosat-9 круглосуточно в автоматическом режиме. – Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7. № 3. С. 16-22], позволяющей детектировать облачность и определять её параметры автоматически в круглосуточном режиме по данным радиометров AVHRR/NOAA и SEVIRI/Meteosat-10 для Европейской территории России, разработан достаточно простой с вычислительной точки зрения алгоритм расчёта значений Tа, Те и Ts по данным спутниковых измерений в каналах 11 и 12 мкм (Т11, Т12) радиометров AVHRR/NOAA и SEVIRI/Meteosat-10 для безоблачных пикселов. В качестве предикторов алгоритм использует Т11, (Т11-Т12) и (Т11-Т12)2, для которых рассчитываются эмпирические коэффициенты. Предложено 2 варианта методики.
В «климатическом» варианте коэффициенты-константы рассчитываются для каждого месяца и года по методу наименьших квадратов при использовании данных наземных измерений Та и Тs на метеостанциях для информации AVHRR/NOAA отдельно для светлого и тёмного времени суток, а для информации SEVIRI/Meteosat-10 – отдельно для каждого срока спутникового наблюдения по той же самой выборке, для которой проводятся спутниковые оценки температуры. Эта методика хорошо работает круглосуточно и круглогодично для юга ЕТР. Значения dev≈0 К, а значения СКО минимальны при сопоставлении с данными наземных измерений на метеостанциях (в зависимости от времени суток и сезона: для информации AVHRR/NOAA – СКОТа=2,6-3,1 К, СКОТе=2,7-3,5 К, СКОТs=3,0-4,4 К; для информации SEVIRI/Meteosat-10 – СКОТа=1,9-2,4 К, СКОТе=2,2-2,8 К, СКОТs=2,6-3,6 К). Основным недостатком этого метода является необходимость наличия синхронного спутниковому архива данных наземных метеонаблюдений за Та и Ts и необходимость ожидания конца периода времени, для которого выполняются спутниковые оценки.
«Оперативный» вариант использует «динамические» коэффициенты, зависящие с помощью эмпирических формул от высоты солнца и номера календарного дня. При этом точность оценок несколько падает по сравнению с «климатическим» вариантом: для информации AVHRR/NOAA среднегодовые |dev|≤0,7 К, среднемесячные |dev|≤4 К, среднемесячные СКОТа≈СКОТе=3,0-4,6 К, СКОTs=3,3-5,6 К; для информации SEVIRI/Meteosat-10 среднегодовые |dev|≤1 К, среднемесячные |dev|≤ 2,5 К, среднемесячные СКОТа≈СКОТе=2,8-4,0 К, СКОTs=3,4-4,7 К (максимальны летом днём и минимальны ночью в холодный период года). Наибольшие ошибки отмечаются в конце зимы-начале весны при наличии снежного покрова и оттепели или ночью зимой при сильном приземном выхолаживании (спутниковые оценки выше наземных измерений), а также летом во второй половине дня (из-за перегрева поверхности почвы спутниковые оценки ниже наземных ).
Аппаратура на отечественных спутниках серии Метеор (сканер МСУ-МР) и Электро (сканер МСУ-ГС) аналогична соответственно радиометрам AVHRR и SEVIRI. Поэтому рассматриваемые в работе методы спутниковых оценок Та, Те и Тs для информации AVHRR и SEVIRI могут быть легко перенесены на данные МСУ-МР и МСУ-ГС.