Дистанционные методы определения характеристик энерго- и газообмена в системе океан-атмосфера (Лекция)

В лекции дается обзор и анализ современных методов определения характеристик энерго- и газообмена в системе океан-атмосферв по данным дистационного зондирования. Основная проблема применения методов спутниковой радиометрии для анализа теплового взаимодействия между океаном и атмосферой связана с тем, что измеряемые со спутников характеристики собственного излучения как в СВЧ- , так и в ИК- диапазоне формируется не только в приводном 10- метровом, но и в вышележащих слоях атмосферы. Существуют различные подходы к использованию СВЧ- и ИК- радиометрических данных для оценки тепловых потоков между океаном и атмосферой. Один из них основывается на восстановлении температурного градиента (профиля) в приповерхностном слое океана, величина и знак которого связаны с величиной вертикального турбулентного потока явного тепла. Эффективность подобного подхода в ИК- диапазоне подтверждена результатами многочисленных измерений в лабораторных условиях, со стационарных береговых пунктов, плавучих морских платформ, а также с борта низколетящих самолетов. В то же время не существует ни одного свидетельства использования ИК- или СВЧ- радиометрических методов для определения тепловых потоков по температурным профилям в оперативных крупномасштабных исследованиях океана, т.е. с помощью ИСЗ. Современные спутниковые ИК- и СВЧ- радиометрические средства, характеризующиеся точностью определения ТПО и ее вариаций в лучшем случае 0,5 — 1 ˚С, не гарантируют надежной индикации не только величины, но и знака температурного градиента в приповерхностном слое океана. То же самое можно сказать про СВЧ- и ИК- радиометрические методы восстановления вертикальных профилей температуры и влажности приводной атмосферы из измерений в спектрально локализованных полосах поглощения (излучения) ее наиболее важных с точки зрения тепловлагопереноса газовых составляющих — водяного пара и кислорода, которые в силу недостаточного спектрального разрешения и чувствительности радиометрической аппаратуры до сих пор рассматриваются лишь в качестве потенциальных источников информации о процессах тепло- и влагообмена в системе океан-атмосфера.
Более перспективным, а можно сказать, и вынужденным (с учетом возможностей современной техники дистанционного зондирования) является подход к определению тепловых потоков, базирующийся на косвенной (статистической) взаимосвязи между интегральными (усредненными по высоте) значениями температуры и влажности атмосферы, вариации которых надежно регистрируются СВЧ- и ИК- радиометрическими измерениями в конкретных участках спектра, с температурой и влажностью нижних слоев атмосферы. Эта связь обусловлена существующим в приводном и пограничном слоях воздуха механизмом турбулентного перемешивания тепла и влаги (которое в атмосфере намного более развито и интенсивно по сравнению с океаном) и проявляется более отчетливо для их среднемесячных (или декадных) значений, свободных от влияния часовых и суточных возмущений. Поэтому именно на таких временных масштабах получены обнадеживающие результаты по применению спутниковых методов для определения тепловых потоков на границе раздела океан-атмосфера.