Микроволновые характеристики Антарктического плато по измерениям со спутников Метеор-М № 2 и GCOM-W1

Антарктический плато является самой высокой частью восточной ледовой шапки Антарктики. Средняя высота плато примерно 3 км над уровнем моря, а протяженность - несколько сотен километров. Основная часть плато располагается южнее 75 ю.ш., где средняя температура воздуха у поверхности изменятся от - 30°С летом до – (60-70)°С и ниже зимой. Измерения из космоса над этой областью дают уникальный материал для различных научных дисциплин, в том числе для исследования климата, гляциологии, физики атмосферы и др. Пространственная однородность поверхности, исключительно малое паросодержание атмосферы, отсутствие воды в жидкой фазе и термическая стабильность глубоких слоев в сочетании с коротким временем между последовательными измерениями делают эту область крайне привлекательной для калибровки оптических и микроволновых (МВ) сенсоров, для оценки долговременной стабильности функционирования МВ радиометров, принимающих излучение в широком диапазоне частот. Из экспериментальных данных и результатов моделирования следует, что глубина проникновения электромагнитных волн d в фирн меньше 0.2 м на частоте f = 90 ГГц, 20 м на f = 7 ГГц и возрастает до нескольких сотен метров на f = 1.4 ГГц. Следствием этой зависимости является высокая чувствительность яркостных температур Тя(f) на f > 35-40 ГГц к изменчивости температуры воздуха у поверхности То на временных масштабах от нескольких суток до года. С уменьшением частоты и ростом глубины проникновения влияние To на Тя(f) падает. Радиозондовые измерения и данные реанализа свидетельствуют о значительных изменениях в распределении температуры и влажности воздуха в тропосфере и стратосфере над Антарктическим плато, что регистрируют микроволновые радиометрические измерения на частотах в полосе поглощения молекулярного кислорода и в области резонанса водяного пара на f = 183.31 ГГц. Изменчивость Тя на различных частотах может достигать десятков Кельвинов при смене воздушных масс, имеющих различную температуру и паросодержание. В работе рассмотрена временная и пространственная изменчивость физических характеристик и поверхности плато, и атмосферы над ним с 1 октября 2014 г. по 30 сентября 2015 г.по измерениям одного прибора - микроволнового сканера - зондировщика МТВЗА-ГЯ со спутника Метеор-М № 2. Оценка характеристик поверхности выполнялась также микроволновым радиометром AMSR2 со спутника Японии GCOM-W1. Микроволновые данные сравнивались с измерениями температуры воздуха на автоматической метеорологической станции Dome-C (75.1º с.ш., 123.4º в.д.) и с расчетными значениями яркостных температур на частотах МТВЗА-ГЯ. Детальное сравнение было выполнено для дат, когда отмечались резкие и значительные изменения Тя(f) по измерениям МТВЗА-ГЯ. Для этих дат по данным реанализа были построены профили температуры T(h) и абсолютной влажности a(h) воздуха от поверхности плато до высоты h = 60 км, по которым были рассчитаны яркостные температуры с использованием программы переноса излучения в системе атмосфера-подстилающая поверхность. Обсуждается сезонная изменчивость яркостных температур на частотах сканеров МТВЗА-ГЯ и AMSR2 и её корреляция с температурой воздуха у поверхности. Изменчивость на более коротких
интервалах (1-2 недели), регистрируемая на частотах зондировщика МТВЗА-ГЯ, была обусловлена вариациями вертикального профиля температуры воздуха и паросодержания атмосферы, что следует из сравнения с профилями T(h) по данным реанализа. 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.