Восстановление температуры поверхности океана и скорости приводного ветра по данным прибора МТВЗА

В современном мире многие научные и практические задачи в метеорологии, климатологии, рационального природопользования и других областях успешно решаются с помощью анализа спутниковых данных. Наиболее востребованными для этих исследований являются данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) со спутников. Одним из мощных инструментов ДЗЗ является микроволновая радиометрия. К важным достоинствам данного метода относятся: всепогодность, глобальный охват поверхности и возможность восстанавливать большое число физических параметров поверхности и атмосферы.
Среди микроволновых приборов дистанционного зондирования распространены температурно-влажностные сканеры/зондировщики, такие как серия приборов AMSU, SSMI и их аналоги. Одним из аналогов являются приборы серии МТВЗА российского производства. Данный прибор обладает большим числом радиометрических каналов, среди которых есть частоты, как у зарубежных приборов, также есть и дополнительные частотные каналы. Главным отличием является угол зондирования поверхности, который составляет 65 градусов, когда для большинства приборов такого типа используется угол порядка 55 градусов.
Как было отмечено выше, с помощью микроволновых измерений можно восстанавливать большое число параметров системы «океан-атмосфера». В настоящей работе внимание будет уделено определению скорости приводного ветра (U10) и температуре поверхности океана (ТПО).
Для установления связи между измеренной радиояркостной температурой физическими параметрами измеряемой среды существует несколько методов: физическое моделирование, построение регрессий и обучение нейронных сетей. В данной работе будет использован метод построения регрессий. Вычисление коэффициентов в регрессионном уравнении производится на основе сопоставления радиояркостных температур с реанализом.
Исследования показали, что обычный полином не достаточно адекватно устанавливает связь между параметрами среды и радиоякостными температурами. Поэтому было принято решение использовать множественную полиномиальную регрессию с перекрестными членами и включить в него все имеющиеся у прибора радиометрические каналы. Таким образом, в результате работы был составлен многочлен второй степени из 325 (!) слагаемых.
Результаты расчетов показали, что ТПО и скорость приводного ветра могут быть определены с высокой степенью достоверности. Так для ТПО среднеквадратичное отклонение (СКО) составило < 2 градусов в диапазоне температур от 273 до 305 К, а для скорости ветра СКО < 1.8 м/с при скоростях до 25 м/с.
Полученные результаты свидетельствуют о возможности адекватного определения ТПО и скорость приводного ветра по данным прибора МТВЗА с точностями не хуже, чем по зарубежным приборам, а это дает возможность получать собственные (российские) данные и проводить независимые исследования.
Работа выполнена при поддержке темы «Мониторинг» (Государственное задание № 01.20.0.2.00164)", гранта РФФИ № 18-02-01009-а.