Оценка водного эквивалента снежного покрова в Сибири: влияние подстилающей поверхности по данным микроволнового радиометрического зондирования со спутников Метеор-М №1 и Aqua

Снежный покров является одним из важнейших климатических индикаторов. Измерение характеристик снежного покрова является поэтому актуальной задачей. Оптимальным подходом для её решения может служить сочетание спутниковых измерений и снегомерных съёмок. Снегомерные съёмки дают ограниченные сведения о снежном покрове из-за низкого пространственного и временного разрешения, что не удовлетворяет требованиям прогноза паводков, состояния сельскохозяйственных культур и др. Основным источником данных для мониторинга снега служат площадные спутниковые измерения в видимом и микроволновом диапазонах, позволяющие оценивать степень заснеженности территорий и толщину (водный эквивалент) снега. Восстановление характеристик снега по данным пассивных микроволновых изменений базируется на связи спектра яркостных температур Tя(v,θ) на вертикальной (В) и горизонтальной (Г) поляризациях, где v - частота, θ – угол визирования с параметрами снежного покрова: высотой d и (или) водным эквивалентом (ВЭ), эффективной температурой излучающего слоя. К дополнительным факторам, также требующим учёта при исследовании связей Tя(v) с d и ВЭ, относятся тип подстилающей поверхности (её залесённость, относительная доля, занятая озёрами и реками, и др.), структура и влажность снега и ряд других.
Цель работы – оценка водного эквивалента снежного покрова в Сибири по данным зондирования (яркостным температурам) на ν = 18.7, 36.7, 42.0 и 48.0 ГГц при θ = 65° со спутника Метеор-М № 1 и на ν = 18.7 и 36.5 ГГц при θ = 55° со спутника Aqua. Для сопоставления подбирались близкие по времени измерения с обоих спутников, выполненные на протяжении холодных периодов 2009-2010 и 2010-2011 гг. Были сформированы временные ряды микроволновых измерений на В- и Г-поляризациях и температуры воздуха для двух тестовых участков размером 10°×10°, центры которых находились в Салехарде (станция 23330, 66°50 с.ш., 66°58 в.д.) и в Якутске (станция 24959, 62°02 с.ш., 129°72 в.д.). Были проанализированы средние для каждого участка яркостные температуры Тяср, а также временные ряды Тя для одноградусных квадратов с различными типами подстилающей поверхности (леса, озёра, открытые участки) и залесённости. Для оценки залесённости использовались продукт MOD44B, а для определения типа подстилающей поверхности – продукт MCD12Q1, подготовленные по данным спектрорадиометра MODIS со спутников Aqua и Terra с пространственным разрешением 250 м. В работе приведены временные зависимости температуры воздуха и яркостных температур Тяср(ν) для отдельных частот, а также разности Тяср на низкой (18.7 ГГц) и более высоких частотах для обоих рассматриваемых холодных периодов. Рассчитаны корреляционные соотношения между разностями яркостных температур Тяср(18.7) - Тяср(ν) и высотой d (водным эквивалентом) снега по данным снегомерных съёмок. Приведены примеры восстановления водного эквивалента снежного покрова для нескольких квадратов в пределах каждого полигона.