Восстановление влагозапаса атмосферы и скорости приводного ветра по данным МТВЗА

Спутниковое микроволновое дистанционное зондирование позволяет получать глобальную количественную информацию о геофизических параметрах на регулярной основе, независимо от облачности и солнечного освещения. Зондирование на сравнительно низких частотах позволяет восстанавливать такие важнейшие параметры, как влагозапас атмосферы (WVC от англ. Water Vapor Column) и скорость приводного ветра (SWS от англ. Surface Wind Speed), даже в условиях интенсивных осадков, сопровождающих развитие тропических циклонов (ТЦ) (Zabolotskikh и др., 2015).
На сегодняшний день глобальные данные по WVC и SWS основаны на измерениях действующих зарубежных спутниковых микроволновых радиометров Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) и SSM Imager and Sounder (SSMIS), WindSat, Advanced Microwave Sounding Radiometer 2 (AMSR2). В то же время, в состав аппаратного комплекса спутника «Метеор-М» входит российский микроволновый радиометр модуль температурного и влажностного зондирования атмосферы (МТВЗА-ГЯ), параметры измерений которого позволяют восстанавливать как WVC, так и SWS (Болдырев и др., 2008).
В работе представлены новые алгоритмы восстановления WVC и SWS по данным измерений МТВЗА-ГЯ и продемонстрирована возможность их применения для изучения тропических циклонов. Алгоритмы основаны на результатах численного эксперимента по моделированию микроволнового излучения системы океан – атмосфера для характеристик каналов измерений МТВЗА-ГЯ. При моделировании использовались уточненные модели поглощения микроволнового излучения в кислороде, водяном паре и облаках (Wentz, Meissner, 2016) и недавно разработанные геофизические модельные функции (ГМФ) зависимости излучения морской поверхности от скорости ветра для угла наблюдений МТВЗА-ГЯ (Заболотских, Шапрон, 2021). При расчетах использовались параметры океана и профили атмосферных параметров реанализа Era5: глобальные данные за один (2021) год измерений. После получения массивов радиояркостных температур (Тя) микроволнового излучения на частотах МТВЗА-ГЯ 10,7, 18,7, 23,8, 36,5 ГГц на вертикальной и горизонтальной поляризации были настроены нейронно-сетевые алгоритмы решения обратной задачи восстановления WVC и SWS. Алгоритмы были верифицированы путем применения к данным спутниковых измерений МТВЗА и сравнения полей ветра и влагозапаса по данным МТВЗА-ГЯ с полями соответствующих параметров по данным японского радиометра AMSR2 для областей Мирового океана с разницей во времени измерений, не превышающей 5 минут. Кроме того, применение алгоритмов к спутниковым данным над районами ТЦ позволило сделать вывод о возможности восстановления реалистичных значений WVC и SWS в ТЦ.

Работа выполнена при поддержке госзадания по теме № 0763-2020-0005.