Развитие быстрой радиационной модели для анализа данных
спутниковых ИК-зондировщиков

Для обработки данных измерений ИК-зондировщиков высокого спектрального разрешения, устанавливаемых на российских метеоспутниках серии "Метеор-М", требуется создание быстрых и высокоточных процедур радиационных расчетов. Указанные процедуры и соответствующие программные комплексы (кратко БРМ – быстрые радиационные модели или FRTM – в англоязычной литературе) предназначены для: - валидации измеряемых ИК-зондировщиком спектров уходящего ИК излучения и мониторинга качества абсолютной калибровки; - тематической обработки или «обращения» спутниковых данных, т.е. восстановления различных параметров состояния системы «атмосфера-подстилающая поверхность»; - усвоения спутниковых данных в схемах численного анализа и прогноза погоды.
Создаваемая БРМ должна обеспечить достижение погрешности моделирования измеряемых спектров на уровне инструментального шума при высоком быстродействии. Кроме того, с помощью БРМ необходимо выполнять расчеты ряда характеристик переноса ИК излучения в атмосфере (оптические толщины, функции пропускания), а также вычислять вариационные производные (якобианы) моделированных измерений по различным параметрам состояния.
За основу при разработке БРМ применительно к ИК фурье-спектрометру ИКФС-2 (спутники серии "Метеор-М") принята методология создания зарубежных FRTM аналогичного назначения (RTTOV, SARTA). Эта методология включает в себя вычисление эффективных оптических толщин атмосферных слоев, полученных на основе описания результатов точного спектрального (line-by-line – LBL) и пространственного интегрирования уравнения переноса ИК-излучения для модели безоблачной атмосферы регрессионной зависимостью от набора заранее установленных предикторов - характеристик атмосферы или их функционалов. Источником информации о параметрах спектральных линий для LBL моделей типа LBLRTM являются база данных HITRAN версии 2008 г. Для учета облачности или аэрозольных слоев предполагается использовать специальную интерполяционную схему в качестве одной из процедур БРМ.
В докладе обсуждаются методические и вычислительные аспекты создания БРМ, включая формирование репрезентативной выборки атмосферных моделей, расчеты моделированных спектров с помощью LBLRTM, учет спектральной аппаратной функции и функции аподизации, организация оперативных расчетов для моделирования спектров, измеренных с помощью ИКФС-2.
Верификация БРМ выполнена, ввиду отсутствия реальных данных ИКФС-2, путем массового сопоставления модельных спектров двух видов – рассчитанных с помощью БРМ и LBLRTM. Величины среднеквадратичного отклонения радиационных температур, полученными расчетами по этим двум моделям, например, в области 660-1300 см-1, не превышают 0,5 К, что примерно соответствует заданному уровню инструментального шума прибора ИКФС-2.