Антарктическое плато: микроволновое зондирование поверхности, подповерхностных слоев, тропосферы и стратосферы по спутниковым микроволновым измерениям

Материковое оледенение Антарктиды играет важную роль в формировании климата всей планеты, что требует применения комплексного подхода при его изучении. Особый интерес представляет Антарктическое плато, самая высокая часть восточной ледовой шапки Антарктики. Средняя высота плато примерно 3 км над уровнем моря, а протяженность - несколько сотен километров. Основная часть плато располагается южнее 75º ю.ш., где средняя температура воздуха у поверхности изменятся от - 30°С летом до – (60-70)°С и ниже зимой. 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 их функционирования. В лекции рассмотрены результаты спутниковых и подспутниковых экспериментов по МВ зондированию Антарктического плато в районе станции Concordia (74.50º ю.ш., 123.00º в.д., 3280 м ), которые сравниваются с измерениями автоматических метеорологических станций и с расчетными спектрами яркостных температур. Результаты моделирования существенно зависят от вариаций характеристик фирна с глубиной, поскольку глубина проникновения электромагнитных волн d в фирн на частотах спутниковых радиометров меняется в очень широких пределах. Так d = 0.1 м на частоте f = 90 ГГц, 0.1-1.4 м на f = 37 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 изменению температуры воздуха у поверхности То, которая прослеживается на временных масштабах от нескольких суток до года. С уменьшением частоты растет глубина проникновения, влияние To на Тя(f) падает, и сезонные вариации снижаются до значений меньше 1 К. Радиозондовые измерения и данные реанализа свидетельствуют о значительных вариациях в распределении температуры и влажности воздуха над Антарктическим плато в нижней тропосфере (где регулярно наблюдаются инверсии), в средней и верхней тропосфере и в стратосфере. Эти вариации были зарегистрированы наземными и спутниковыми МВ радиометрами при измерениях на частотах в полосе поглощения молекулярного кислорода и в области сильной резонансной линии водяного пара на f = 183.31 ГГц. При смене воздушных масс, имеющих различную температуру и паросодержание, изменчивость Тя на частотах в областях поглощения кислорода и водяного пара может достигать десятков Кельвинов. Замечательной особенностью МВ радиометра МТВЗА-ГЯ на спутнике Метеор-М № 2, который был запущен 8 июля 2014 г., является наличие каналов, предназначенных для восстановления как характеристик подстилающей поверхности, так и вертикальных профилей температуры и влажности воздуха. Частоты 29 каналов радиометра охватывают диапазон от 10 до 190 ГГц. В лекции рассмотрены результаты обработки измерений МТВЗА-ГЯ над Антарктическим плато на протяжении одного года. Измерения из космоса над этой областью дают уникальный материал для различных научных дисциплин, в том числе для дистанционного зондирования, физики атмосферы, гляциологии, климатологии и др. Работа частично поддержана грантом 15-I-1-009 о программы "Дальний восток" ДВО РАН на 2015−2017 гг.