Определение характеристик подстилающей поверхности по данным радиометров AVHRR и MODIS и их использование в модели вертикального тепло- и влагопереноса для речного водосбора

Усовершенствовано существующее и разработано новое ПМО (алгоритмы и программные комплексы) обработки и анализа данных измерений радиометров AVHRR/3 (ИСЗ серии NOAA) и MODIS (ИСЗ EOS Terra, Aqua) для получения оценок эффективной радиационной температуры Ts.eff, излучательной способности E и альбедо А подстилающей поверхности, температур поверхности почвы Tg и воздуха на верхней границе растительного покрова Ta, нормализованного индекса вегетации NDVI, листового индекса LAI и проективного покрытия растительностью В (при отсутствии облачности), а также параметров облачного покрова. С помощью ПМО по данным AVHRR (для сезонов вегетации 1999-2005 гг.) и данным MODIS (для сезонов вегетации 2003-2005 гг.) получены оценки названных характеристик для участка Центрально-Черноземной области России, включающего водосбор р.Сейм (Курская обл.) площадью 7460 км2, пригодные для использования в разработанной ранее модели вертикального тепло- и влагопереноса в системе "почва-растительность-атмосфера" (SVAT). Проанализирована статистика ошибок определения Ts.eff, Та и Тg по данным AVHRR и Ts.eff по данным MODIS для различных выборок путем их сравнения с результатами наземных наблюдений, а также между собой. Среднеквадратические погрешности определения Та, Ts.eff, Тg составили 1.5-2.1, 2.6-3.3 и 3.5-4.5оС, соответственно.
Разработаны процедуры усвоения спутниковых оценок характеристик подстилающей поверхности в модели SVAT для расчета вертикальных потоков влаги и тепла, профилей влажности и температуры почвы, а также температур поверхности почвы и растительности в различные сроки периодов вегетации. В число этих процедур входят: 1) верификация и адаптация модели по результатам сравнения для сезонов вегетации 1999-2005 гг. моделированных значений Ts.eff, Та и Тg на агрометеостанциях водосбора р.Сейм и в узлах сетки модели размером 3х3 пиксела c соответствующими спутниковыми оценками и данными наземных наблюдений; 2) замена данных наземных наблюдений (временного хода LAI, B и альбедо, являющихся параметрами модели) на спутниковые оценки этих величин. Возможность такой замены подтверждается удовлетворительным совпадением спутниковых и модельных радиационных и термодинамических температур, а также рассчитанных и фактических значений влагозапасов почвы и суммарного испарения; 3) расчеты с помощью модели величин суммарного испарения и других составляющих водного баланса, а также вертикальных потоков тепла при оценках LAI и B по данным AVHRR и по наземным данным; при оценках LAI и альбедо по данным MODIS; при использовании в качестве переменных модели определенных по данным AVHRR и MODIS значений температур подстилающей поверхности и облачности.
Близость между собой для всех рассматривавшихся сезонов вегетации значений суммарного испарения, влагосодержания почвы и потоков тепла для описанных вариантов расчетов, модельных и измеренных значений первых двух из этих величин, а также небольшие расхождения спутниковых и модельных оценок радиационных и термодинамических температур, не превышающие погрешности их спутниковых оценок, позволяют сделать вывод о целесообразности использования данных спутникового зондирования (по информации AVHRR и MODIS) при моделировании процессов вертикального тепло- и влагопереноса для покрытых растительностью территорий, особенно в условиях недостатка данных наземных наблюдений.
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований – грант № 07-05-01030.