Адаптация алгоритма восстановления интенсивности осадков к радиометрическим измерениям прибора МТВЗА-ГЯ

Осадки в виде дождя и снега – одна из главных составляющих глобальной циркуляции воды и энергии, помогающая регулировать климат. Прикладных задач, для которых необходимо знание количества осадков и их распределение в пространстве достаточно много, например: управление водными ресурсами, прогнозирование урожая, наводнений, стихийных бедствий и другие. Распределение приборов, способных детектировать и измерять осадки крайне неравномерно по планете. Большая часть таких приборов сосредоточена на суше и коррелированна с плотностью населения, а в океане их практически нет. Таким образом, для измерения осадков в малонаселенных частях суши и над акваторией мирового океана логичным является использование приборов космического базирования.
Радиометрические сканеры/зондировщики, установленные на спутниках, приобрели наибольшую популярность при измерении интенсивности осадков в глобальном масштабе. Их основное преимущество перед локаторами заключается в малом энергопотреблении, что позволяет проводить измерения в течение многих нескольких лет. Как пример, наиболее известный прибор TRMM Microwave Imager (TMI) проработал 15 лет.
Среди основных геофизических параметров, восстанавливаемых с помощью радиометрии, интенсивность осадков является самым сложным. Это связано, в первую очередь, с их неравномерным распределением в пространстве и времени. Конечно, сейчас существует много алгоритмов восстановления интенсивности осадков. Это и численное моделирование, и использование нейронных сетей, и построение регрессий. Научных публикаций по теме восстановления осадков достаточно много, предлагаемые в них алгоритмы достаточно сложные и используют большое количество разнообразных измерений.
Приборы серии МТВЗА (Модуль Температурного и Влажностного Зондирования Атмосферы) похожи на свои зарубежные аналоги, поэтому тоже могут быть использованы для восстановления интенсивности осадков над поверхностью воды и суши. Однако, имеют одно принципиальное отличие – это угол зондирования, который составляет 65 градусов. Поэтому интеграция данных МТВЗА в уже существующие модели достаточно сложна.
В настоящей работе предложено начать с адаптации простой регрессионной модели восстановления интенсивности осадков над поверхностью океана, модель ALG’85 (Ferraro, 1997) используя только данные прибора МТВЗА-ГЯ. Основные этапы построения модели: (1) Оценка доступных для анализа радиометрических каналов с данными, (2) Картирование ледовой области, над которой оценка осадков не проводится, (3) Разработка регрессии для оценки индекса рассеяния в атмосфере на частоте 91,6 ГГц, (4) Установление корреляционно-статистических связей между индексом рассеяния и интенсивностью осадков (с использованием глобальных полей интенсивности осадков по реанализу).
В процессе анализа корреляционно-статистических связей на этапе 4 было обнаружено, что интенсивность осадков зависит не только от индекса рассеяния, а так же и от географической широты. Было предположено, что если есть зависимость от широты, следовательно, есть зависимость от интегрального паросодержания.
В результате работы построена регрессионная модель индекса рассеяния от наличия осадков на частоте 91,6 ГГц и подобранные коэффициенты двумерной модели интенсивности осадков (зависимость одновременно от индекса рассеяния и интегрального паросодержания). Полученные оценки осадков над поверхностью океана коррелированы с оценками для других приборов космического базирования, таких как SSMIS (F16/F18) и AMSR-2. Дальнейшими действиями будут: разработка регрессионной модели для восстановления интенсивности осадков над поверхностью суши и адаптация современных моделей к данным МТВЗА-ГЯ.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (тема «Мониторинг», госрегистрация № 122042500031-8)