Восстановление интегрального паросодержания атмосферы над сушей по данным SSMIS

Интегральное паросодержание атмосферы (или интегральный водяной пар - ИВП) является одним из важных продуктов ДЗЗ, получаемых на основе спутниковых радиотепловых измерений. Информация о содержании водяного пара во всей толще атмосферы позволяет отслеживать потоки атмосферного скрытого тепла, а также прогнозировать катастрофические погодные явления, являющиеся следствием конвергенции таких потоков. Несмотря на то, что радиотепловые сигналы, принимаемые на спутнике, имеют явную зависимость от ИВП, восстановление данного параметра над сушей сильно затруднено. Причиной этого является сравнительно высокая яркость и контрастность покровов суши в используемых спектральных областях, на фоне которых вариации, обусловленные атмосферным вкладом, трудно выделять и анализировать. Наиболее остро данная проблема затрагивает радиотепловые комплексы, которые измеряют только вертикально поляризованное излучение в линии поглощения водяного пара 22,235 ГГц, поскольку на вертикальной поляризации яркость суши выше. К сожалению, один из наиболее надёжных и имеющих наиболее протяжённые по времени ряды измерений радиотепловой спутниковый комплекс – SSM/I – относится к числу приборов, не имеющих полного набора поляризаций в каналах водяного пара, что резко затрудняет качественное восстановление ИВП над сушей. Однако, дополнительные возможности появились у его преемника – SSMIS – за счёт добавления высокочастотных каналов, менее чувствительных к излучению подстилающей поверхности. С 2009 года на орбите функционирует 3 комплекса SSMIS (спутники DMSP F16, F17 и F18), что даёт полное покрытие данными земного шара с высокой периодичностью.
В докладе будет представлен алгоритм обработки данных SSMIS, позволяющий проводить восстановление ИВП над любым типом поверхности, в том числе и над сушей. Основным инструментом восстановления, используемом в алгоритме, являются искусственные нейронные сети (ИНС). Обучение и тестирование ИНС проводилось на данных реанализа ECMWF Era5. Такой подход позволил получить среднеквадратичную ошибку восстановления ИВП над сушей менее 3,5 мм, а в среднем по Земному шару – менее 2,5 мм. С помощью полученного алгоритма были восстановлены длинные временные ряды глобальных полей ИВП, которые могут быть использованы для расчётов динамики атмосферного водяного пара в глобальном масштабе.