Спектральные измерения пространственно-временной изменчивости нисходящего радиоизлучения облачной атмосферы в K-диапазоне

Пространственная разрешающая способность современных спутниковых СВЧ радиометров в частотном диапазоне 10-40 ГГц составляет не менее 10 км, что существенно больше среднего горизонтального размера облака. В то же время при наземных наблюдениях нисходящего излучения обычно элемент пространственного разрешения имеет много меньшие размеры, что дает возможность более детального исследования пространственно-временной изменчивости поля радиоизлучения атмосферы, вклада облачности, влияния полей влажности и водности.
В работе приводятся результаты анализа наземных СВЧ-радиометрических измерений излучения атмосферы в диапазоне частот 18-27 ГГц, выполненных в ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино Московской обл.). Измерения осуществляются непрерывно с середины 2017 г. с помощью СВЧ радиометра спектрометра Р22М (Смирнов М.Т.и др,, 2019, Егоров Д.П., 2020). Пространственная разрешающая способность данного радиометра на высоте 2.1 км составляет от 170 до 250 м в зависимости от частотного канала.
Для калибровки экспериментальных данных используются специально изготовленные установки, позволяющие производить измерения излучения черного тела при комнатной температуре и при температуре кипения жидкого азота.
Для интерпретации СВЧ радиометрических измерений регулярно собираются результаты метеонаблюдений с двух расположенных на расстоянии порядка 300 м метеостанций Vantage Pro2 и производится фото фиксация метеоусловий наблюдений при помощи видеокамеры HI3516C. Метеостанции измеряют температуру и относительную влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, интенсивность и сумму осадков.
Длительные непрерывные сеансы измерений позволили проследить изменчивость характеристик излучения безоблачной атмосферы в различные сезоны, в одном и том же сезоне при различных значениях влажности, изменения яркостных температур в течение суток в зависимости от изменений влажности. Оказалось, что СВЧ радиометрические измерения в рассматриваемом диапазоне хорошо отслеживают именно изменения интегральной влажности.
Оценены вариации радиоизлучения облачной атмосферы в зависимости от вида облачности при отсутствии и при наличии осадков.
В отличии от спутниковых измерений, где радиоизлучение усредняется по полю зрения, имеющему большие размеры в рассматриваемом диапазоне частот, наземные измерения позволяют выявить более детальную структуру облачности.
Полученные результаты измерений позволяют оценить естественную изменчивость спектров излучения в зависимости от метеоусловий.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 20-02-00703 А и частично проекта РФФИ № 20-07-00200.