Дистанционное зондирование океана, атмосферы и материковых покровов: современное состояние и ближайшие перспективы

Технические средства и методы исследования Земли из космоса продолжают интенсивно развиваться. Стремительно растёт объём сведений о явлениях и процессах в различных сферах, о взаимодействии между ними, чему также способствует совершенствование численного моделирования и алгоритмов восстановления параметров по данным дистанционного зондирования. В докладе перечислены основные вехи в истории спутниковых исследований (применительно к изучению океана), связанные с развитием пассивных и активных устройств видимого, инфракрасного и микроволнового диапазона длин волн на спутниках СССР, США, Японии, Европы и Канады.
Современный этап зондирования Земли из космоса характеризуется повышением точности оценки основных геофизических параметров океана (температуры и солёности поверхности воды, скорости течений, концентрация хлорофилла, сплочённости морского льда, скорости и направления приводного ветра, аномалий уровенной поверхности и др.) и атмосферы (паросодержания, водозапаса облаков, интенсивности осадков и др.) и земных покровов (влажности почвы, водосодержания снежного покрова, индекса растительности и др.). Прогресс в изучении Земли иллюстрируют примеры спутниковых измерений над различными акваториями, анимации глобальных полей ТПО, поверхностных течений, скорости приводного ветра, морского льда, содержания водяного пара и примесных газов в атмосфере и др., показывающие динамику океанических и атмосферных процессов и их взаимосвязи на различных временных масштабах. Важнейшее прикладное значение имеет обнаружение на основе различных видов спутниковых и наземных измерений ранних стадий развития опасных и катастрофических явлений, сопровождающихся штормовым ветром, высокими волнами, интенсивными осадками, загрязнением окружающей среды, состояния природных индикаторов, которые могут служить предвестниками вулканических извержений, землетрясений, селей. Наблюдения из космоса небходимы и для оценки последствий от стихийных бедствий: оконтуривания площадей наводнений, пожаров, селей, для чего необходима тесная кооперация между различными странами и организациями, занимающимися приёмом, обработкой, анализом и распространением спутниковых данных, используемых, в частности, и в прогностических моделях. Подчёркивается необходимость развития теоретических представлений о взаимодействии океана, атмосферы и материковых покровов в широком диапазоне изменения параметров окружающей среды, совершенствование описания переноса излучения в системе подстилающая поверхность - атмосфера, лабораторного моделирования. Основой для изучения изменения климата служат временные ряды полей параметров, восстановленные по данным дистанционного зондирования со спутников разных стран. Определяющая роль в оценке климатических трендов принадлежит надежной калибровке спутниковых инструментов и реализации программ валидации восстанавливаемых параметров независимыми методами в различных физико-географических районах. В докладе приведены тренды площади ледяного покрова Арктики и скорости приводного ветра. К приоритетным задачам следует отнести и спутниковый мониторинг загрязнения окружающей среды как в региональном, так и в глобальном масштабах.
Решению сложной задачи изучения системы Земля на различных пространственно-временных масштабах и уменьшению погрешностей в оценке параметров во многом способствует комплексирование измерений в различных спектральных диапазонах, выполняемых пассивными и активными приборами с нескольких спутников, координация их орбит для улучшения временного разрешения, а также новые возможности дистанционного зондирования на основе анализа сигналов со спутников GPS/ГЛОНАСС и др. Целесообразность комплексного подхода при восстановлении полей ТПО, приводного ветра, характеристик морских погодных систем, лесных пожаров и др. иллюстрируют примеры анализа данных, полученных со спутников Aqua, Envisat, QuikSCAT, WindSat, ALOS-1, CloudSat, DMSP, Landsat, GRACE и др. Кратко прокомментированы возможности дистанционного зондирования Земли со спутников, запущенных в последние два года (SMOS, Aquarius, Megha-Tropiques, Suomi-NPP, GCOM-W1 и др.) и планируемых к запуску (Sentinel-1, ALOS-2, GCOM-C, и др.).
Работа выполнена при поддержке ФЦП "Мировой океан".