Влияние выбора модели молекулярного поглощения на результаты восстановления ТЗП из космоса

Одним из аспектов восстановления температуры земной поверхности (ТЗП) из космоса является учет искажений, вызванных поглощением теплового излучения земной поверхности атмосферными газами. В рамках физического подхода для этого необходимо задание параметров спектральных линий и выбор модели континуального поглощения. В литературе приведены данные о влиянии качества спектроскопических данных, а также различных моделей континуума на результаты радиационных расчетов. В нашей работе [1] были получены оценки роли молекулярного поглощения ИК-излучения при атмосферной коррекции спутниковых измерений в каналах диапазонов 3.5-4.1 мкм и 10.3-12.6 мкм. Для этого нами была использована популярная модель переноса излучения LBLRTM (Line-By-Line Radiative Transfer Model) версии v11.3, разработанная в 2007 году в компании Atmospheric and Environmental Research (AER). Однако уже после 2007 года в модели континуума MTCKD-2.5 было проведено заметное обновление её коэффициентов, а также параметров спектральных линий в базе данных спектральных линий HITRAN. Результаты лабораторных работ [2-4] демонстрируют для модели континуума CAVIAR (Continuum Absorption at Visible and Infrared wavelengths and its Atmospheric Relevance) даже более высокие по сравнению с MTCKD-2.5 значения коэффициентов континуального поглощения водяного пара в диапазоне 3-5 мкм. Все эти обстоятельства требуют ответа на вопрос о том, насколько указанные изменения моделей молекулярного поглощения значимы для задачи атмосферной коррекции спутниковых измерений в ИК-окнах атмосферной прозрачности и приведут ли они к серьёзной ревизии результатов, полученных ранее для решения этой задачи.
В данной работе при моделировании была рассмотрена ситуация, когда вкладом отраженной от поверхности солнечной радиации можно пренебречь. Для оценки влияния модели молекулярного поглощения на результаты атмосферной коррекции спутниковых измерений в диапазонах 3.5-4.1 мкм и 10.3-12.6 мкм было выполнено имитационное моделирование с использованием различных версий модели LBLRTM для ИК-каналов спутниковых приборов Terra/MODIS и NOAA/AVHRR.
Полученные в работе результаты позволяют говорить о следующем. Несмотря на значительные изменения в коэффициентах континуума водяного пара и обновление параметров спектральных линий, их влияние на результаты атмосферной коррекции спутниковых ИК-измерений значимо только в диапазоне 3.5-4 мкм и составляет величину менее 1K для коэффициента отражения поверхности более 0.05 и влагосодержания менее 4 г/см2. Таким образом, выполненные после 2007 года изменения моделей поглощения не требуют серьёзной ревизии результатов, которые были получены нами ранее для задачи атмосферной коррекции спутниковых измерений в ИК-окнах атмосферной прозрачности.
Однако следует отметить, что при учете вклада отраженной от поверхности земли солнечной радиации, т.е. при зондировании в дневное время при высоких значениях коэффициента отражения земной поверхности, влияние обновления модели континуума водяного пара на погрешность восстановления ТЗП в окне 3.5-4 мкм может возрасти в 2-3 раза.

1. Афонин С.В., Белов В.В., Соломатов Д.В. Решение задач температурного мониторинга земной поверхности из космоса на основе RTM-метода // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т.21. №12. C. 1056-1063.
2. Baranov Y.I., Lafferty, W.J. The water-vapour continuum and selective absorption in the 3 to 5 m spectral region at temperatures from 311 to 363 K // JQSRT. 2011. V.112. P. 1304–1313.
3. Ptashnik I.V., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M., Williams R.G. Water vapor self-continuum absorption in near-infrared windows derived from laboratory measurements // J. Geophys. Res. 2011. V.116. D16305.
4. Ptashnik I.V., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M., Williams R.G. Water vapour foreign-continuum absorption in near-infrared windows from laboratory measurements // Phil. Trans. R. Soc. A. 2012. V.370. P. 2557-2577.