Космические данные о теплопереносе между поверхностью Земли и атмосферой в моделировании рассеяния индустриального загрязнения воздуха

Данная работа продолжает исследования возможностей свободно доступных космических наблюдений Земли в задаче моделирования рассеяния индустриальных выбросов в атмосфере и связанного с ними риска для здоровья населения (доложены на конференции в 2015 и 2016 г.). В предыдущих работах рассматривалось использование космических данных (в первую очередь, Landsat и MODIS) для определения параметров поверхности (альбедо, параметр Боуэна), влияющих на рассеяние выбросов через воздействие на тепловой баланс атмосферы: восходящий явный теплопоток. Моделирование собственно теплового баланса в этих работах не рассматривалось. В данной работе мы переходим к этому следующему шагу. Стимул – активное развитие в мире работ по определению теплового баланса Земли с помощью космических данных для климатических исследований, в частности, в задаче прогноза глобального потепления. За последние годы разработаны тонкие методы определения параметров теплового баланса по космическим наблюдениям (SEBS, SEBAL, METRIC и др.), созданы базы данных и сервисы, предоставляющие результаты первичной обработки глобальных космических данных под эти задачи, например, по температуре и излучательной способности поверхности, доле поглощаемого растительностью излучения, скрытому теплопотоку и др. Однако задача восстановления теплового баланса для расчета рассеяния выбросов предъявляет другие требования к информации, в первую очередь, почасовое моделирование с достаточным пространственным разрешением (не хуже километра), но не обязательно для конкретной метеорологической ситуации, а для типичной метеорологии местности, подверженной выбросам. В наиболее распространенной модели рассеяния AERMOD, с которой мы работаем, уже встроена модель теплового баланса (модуль AERMET), опирающаяся на почасовые данные метеостанций по температуре воздуха, включая вертикальный профиль с зондов, облачности, скорости и направлению ветра и параметры поверхности (неровность, альбедо, параметр Боуэна). Точность такого подхода ограничена отсутствием прямых пространственно распределенных наблюдений теплопотоков и часто – удаленностью метеостанции от обсчитываемой территории. Подход данной работы – сохранение алгоритма AERMET, но введение в него вместо величин, рассчитываемых по упрощенной модели, таких, как чистая радиация, их аналогов, извлеченных из имеющихся баз данных предварительно обработанных космических наблюдений. Рассматривается комплект данных MODIS (MOD15, MOD16, MOD44B и др.) с пространственным разрешением порядка километра и временным разрешением от 1 до 8 суток, основанный на нем массив данных GLASS, глобальный массив данных о компонентах радиационного баланса NCEP (пространственное разрешение 2.5о, временное – 6 часов), аналогичный массив WFDEI (1о и 3 часа) и др. Все эти данные имеют худшее временное разрешение, чем «одноточечные» данные AERMET, в частности, пригодных моментов съемки Landsat обычно не более 5-6 в год. Мы рассматриваем методы выборочной коррекции данных AERMET по космическим наблюдениям, т.е. интерполяции этих наблюдений по времени, согласно наземным метеоданным. Приводится эффект такой коррекции для расчетного загрязнения воздуха и риска. Работа поддержана МОН (задание 1.9328.2017).