Мониторинг толщины слоя осажденной воды методами дистанционного и наземного зондирования для Черноморского региона

Водяной пар составляет всего лишь около 1% газов в составе атмосферы, однако в силу своей большой поглощательной способности он поглощает около 25% земного излучения. Взаимодействие между водяным паром и аэрозолями играет ключевую роль в определении свойств аэрозолей в атмосфере (Wu et al., 2018).
Актуальность данного исследования состоит в том, что в настоящее время нет полного понимания всех механизмов, вызывающих изменения водяного пара, глобальное распределение водяного пара в верхней тропосфере и стратосфере не изучено в полной мере из-за недостатка наблюдений с высоким вертикальным разрешением (Schneider et al., 2010).
В зарубежной и отечественной литературе для описания механизмов парообразования в основном используется термин TWV - это total water vapor - полное (интегральное) содержание водяного пара в атмосфере (или её паросодержание - термин, введённый Л.Т. Матвеевым), измеряемое в кг/м2. Часто используется и термин precipitable PW - толщина слоя осаждённой воды измеряемая в см.
В данной работе исследовались особенности годовой изменчивости параметра толщины слоя осажденной воды (PW) над Черноморским регионом в период с 2006-2019 годы.
Ранее основным источников для метеорологической информации Азово-Черноморского бассейна выступала модель реанализа ERA-Interim (Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды), которая перестала функционировать в ноябре 2019 года, что создает дополнительную необходимость для поиска нового источника данных об уровне водяного пара. Входными данными для исследования служили как натурные данные сети наземных фотометров AERONET, так и спутниковые данные MODIS Aqua.
С использованием полученных среднемесячных массивов данных было проанализировано изменение параметра PW, в том числе с учетом сезонной изменчивости. Проведена оценка согласованности результатов дистанционного зондирования с наземными измерениями параметра PW. Выявлено, что в среднем спутниковые данные дают отклонение в большую сторону на 0,40 см от натурных измерений, что является допустимым, так как среднее квадратичное отклонение натурных данных также составляет 0,40 см, что можно считать попаданием в доверительный интервал значений.
Результаты MODIS Aqua обеспечили покрытие лишь 45-60 % данных для координат станций AERONET, вне зависимости от сезонности, что согласуется с (Velea et al., 2016). Так же стоит отметить, что по спутниковым данным также присутствует сезонная изменчивость величины параметра PW, что коррелирует с результатами AERONET. При анализе достоверности спутниковых данных были учтены измерения со спутника AIRS. Данный инструмент работает с 2015 года и также является источником информации относительно параметра PW. В ходе исследования было обнаружено, что данный инструмент нецелесообразно использовать в летнее время года из-за низкого пространственно-временного покрытия. Сравнительный результат ежедневных спутниковых изображений MODIS Aqua и AIRS показал высокую степень схожести в период декабрь-апрель.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-35-90066 и программы государственного задания Морского гидрофизического института Российской академии наук по теме № 0827-2019-0002 .
Благодарим программу AERONET за предоставление данных о уровне водяного пара со станций Sevastopol и Gloria. Используемые здесь данные солнечной фотометрии AERONET доступны на http://aeronet.gsfc.nasa.gov/. Так же выражаем благодарность Goddard Space Flight Center за предоставление спутниковых изображений MODIS. (https://modis-images.gsfc.nasa.gov/MOD05_L2/doi.html)