СВЧ сканер-зондировщик МТВЗА-ГЯ на новом российском метеорологическом спутнике Метеор-М № 2: моделирование и анализ измерений в различных физико-географических условиях

8 июля 2014 г. на круговую солнечно-синхронную орбиту был выведен метеорологический спутник «Метеор-М» № 2 с СВЧ радиометром МТВЗА-ГЯ на борту, который осуществляет зондирование Земли в полосе шириной 1500 км. Сканирование ведется по конусу под углом 65º к местной нормали 29 каналами на частотах от 10 до ~190 ГГц. Для оценки характеристик подстилающей поверхности и тропосферы предназначены каналы сканера, частоты которых 10.65, 18.7, 23.8, 31.5, 36.5, 42.0, 48.0 и 91.655 ГГц расположены в окнах прозрачности атмосферы. Восходящее излучение Земли принимается на вертикальной и горизонтальной поляризациях. Вертикальное распределение температуры воздуха в средней тропосфере - стратосфере может быть найдено по измерениям на нескольких частотах на длинноволновом скате полосы поглощения кислорода (52-58 ГГц), а характеристики влажности - по измерениям в области сильной резонансной линии водяного пара 183.31 ГГц.
Регулярные измерения МТВЗА-ГЯ начались с конца июля 2014 г. Прибор функционирует в непрерывном режиме. Проведена оценка технических характеристик СВЧ-радиометра МТВЗА-ГЯ. Внутренняя калибровка выполняется на каждом скане по реликтовому излучению космического пространства и излучению горячей согласованной нагрузки, контролируемой 4 термисторами. Флуктуационная чувствительность радиометрических каналов при антенной температуре 300 К составляет 0.3-0.6 К/пиксель для сканера и 0.4-1.7 К/пиксель для зондировщика. На этапе летных испытаний в ходе специального эксперимента изменялась орбитальная ориентация космического аппарата с целью проведения лимбовых измерений для оценки параметров диаграммы направленности антенной системы и определения погрешности калибровки шкалы антенных температур. Внешняя калибровка каналов сканера для пересчета измеряемых антенных температур Та в яркостные Тя также выполняется по перепаду антенных температур между горячими (влажные тропические леса Амазонки и Конго) и холодными (районы океана в умеренных и высоких широтах со слабым ветром и отсутствием облачности) областями. Для этих же областей по программе переноса микроволнового излучения в системе атмосфера подстилающая поверхность были рассчитаны яркостные температуры Тя. В качестве входных данных были использованы радиозондовые или модельные вертикальные профили температуры и влажности воздуха, температура и коэффициенты излучения поверхности. Для оценки стабильности функционирования радиометра калибровка регулярно повторяется. С этой же целью были обработаны все измерения над областью Антарктического плато и проведено сопоставление данных МТВЗА-ГЯ с яркостными температурами, измеренными радиометром AMSR2 со спутника GCOM-W1. Глобальные данные, полученные по всем каналам, поступают для обработки, анализа и архивации в Росгидромет и в НТЦ “Космонит”, где был разработан радиометр. В докладе приведены глобальные поля яркостных температур на каналах сканера и антенных температур на каналах зондировщика в различные сезоны, фрагменты измерений над океаном при развитии опасных морских погодных систем (внетропические и тропические циклоны), над материковыми и растительными покровами при различных характеристиках атмосферы. Подчеркнута необходимость осуществления специальных программ и создания полигонов для калибровки и валидации измерений каналов сканера и зондировщика МТВЗА-ГЯ, разработки и тестирования алгоритмов восстановления параметров. Работа частично поддержана грантом РФФИ 13-05-12093 офи_м и грантом 15-I-1-009 о программы «Дальний восток» ДВО РАН на 2015−2017 гг.