Дистанционное определение характеристик подстилающей поверхности по данным сканирующих радиометров спутников NOAA и EOS/Terra при моделировании вертикальных потоков влаги и тепла с речных водосборов

Разработаны и испытаны методы и алгоритмы тематической обработки данных измерений радиометров AVHRR/NOAA и MODIS/EOS Terra для дистанционного определения температуры Тg и излучательной способности E почвы, температуры воздуха у поверхности растительного покрова Ta, эффективной радиационной температуры Ts.eff - взвешенной линейной комбинации Ta и Tg, облачности, нормализованного индекса вегетации NDVI, листового индекса LAI и проективного покрытия растительностью В. С помощью этих программных комплексов по данным AVHRR за разные сроки вегетационных периодов 1999-2004 гг. и MODIS для сезона вегетации 2003 г. для блоков 3х3 и 5х5 пикселов получены оценки Ta, Тg, Ts.eff, Е, NDVI, В, LAI (для безоблачных условий) и общей облачности для центрального региона России, включающего водосбор р.Сейм (Курская область) площадью 7460 км2. Проанализированы статистика ошибок спутниковых оценок Та, Тg и Ts.eff и зависимость погрешностей этих оценок от степени пространственно-временного согласования спутниковых и наземных наблюдений. Среднеквадратические погрешности определения Та, Тg и Ts.eff лежат в пределах 1.5-2.0, 3.5-4.5 и 2.5-3.5ºС, соответственно.
Предложена и испытана версия модели вертикального тепло- и влагопереноса в системе "почва-растительность-атмосфера" (SVAT), рассчитанная на использование спутниковых данных о характеристиках подстилающей поверхности. Модель SVAT предназначена для расчета испарения с поверхности почвы, транспирации растительностью, тепловых потоков, распределений влажности и температуры почвы по глубине, а также температур растительного покрова и поверхности почвы для любого интервала времени в течение периода вегетации. Разработка способов усвоения в модели этих данных включала:
- калибровку и верификацию модели по результатам сравнения рассчитанных с ее помощью значений температур поверхности растительного покрова и почвы, а также эффективной радиационной температуры на агрометеостанциях водосбора р.Сейм и в узлах регулярной сетки модели с их спутниковыми оценками и данными наземных наблюдений для сезонов вегетации 1999-2004 гг. Для большинства сроков несовпадение этих оценок не превышало величин погрешности определения Та, Тg и Ts.eff по данным AVHRR и MODIS;
- использование в модели в качестве параметров спутниковых оценок LAI и B для расчетов суммарного испарения и других составляющих водного баланса при сравнении модельных и спутниковых оценок названных температур для разных вариантов задания сезонного хода LAI и B для различных угодий по наземным и спутниковым данным;
- проведение расчетов вертикальных потоков тепла и влаги: 1) для всех вариантов задания LAI и B по данным радиометра AVHRR/NOAA и по наземным данным для шести сезонов вегетации; 2) при задании LAI и B по данным радиометра MODIS/Terra для сезона 2003 г.;
3) при использовании в качестве переменных модели определенных по данным AVHRR и MODIS значений температур подстилающей поверхности и облачности. Приемлемая точность результатов, выявленная при сравнении величин суммарного испарения и влагосодержания почвы, рассчитанных для сезонов вегетации 1999-2004 гг. для всех вариантов задания параметров, и между собой и с результатами наземных измерений позволяет сделать вывод о высокой эффективности использования данных AVHRR/NOAA и MODIS/EOS Terra при моделировании процессов вертикального тепло- и влагопереноса для обширных территорий при недостатке или отсутствии данных наблюдений.