О возможности определения толщины арктического морского льда по данным AMSR2

Толщина морского льда (d) является одним из ключевых климатических параметров, и одновременно одним из самых сложных параметров для восстановления по данным спутникового дистанционного зондирования. Основными инструментами для определения d в Арктике являются спутниковые лазерные и радиолокационные альтиметры, погрешность которых для льдов толщиной менее 1 м, превышает значения климатической неопределённости d. Для восстановления толщины тонких льдов иногда используются данные спутниковых микроволновых радиометров, работающих на частоте L-диапазона. В последнее время появились работы, постулирующие возможность использования для оценки d данные радиометров, работающих на более высоких частотах. В этих исследованиях утверждается, что на основании корреляции между альтиметрическими значениями d и радиометрическими измерениями можно построить регрессионные соотношения, позволяющие восстанавливать d по данным таких радиометров как Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2).
В данной работе мы также анализировали корреляцию между разницами в коэффициентах вертикально (В) поляризованного излучения (Difs) морского льда Арктики на частотах 6,9, 10,65, 18,7, 23,8 и 36,5 ГГц, рассчитанных по данным AMSR2, и спутниковым продуктом по d, созданным на основе измерений радиоальтиметра CryoSat-2. Для создания массива данных сопутствующих измерений с помощью скользящего среднего за 30 дней была создана база данных среднесуточных измерений AMSR2 за период январь-апрель, ноябрь и декабрь 2020г. Для этих усреднённых за 30 дней измерений на координатной сетке CryoSat-2 были рассчитаны значения Difs для различных комбинаций частот с помощью разработанного ранее метода атмосферной коррекции. Оказалось, что максимальными значениями корреляции с толщиной льда обладают Difs между В поляризованным излучением для пар частот 36,5 и 18,7 ГГц (Dif1), 23,8 и 18,7 ГГц (Dif2) и 10,65 и 6,9 ГГц (Dif3). На основании этих результатов был построен регрессионный нейронно-сетевой алгоритм восстановления d по входным параметрам Dif1, Dif2 и Dif3 и проведена его формальная верификация на основе независимых данных CryoSat-2, не использованных при настройке алгоритма с результирующей точностью 0,33 м.
Дальнейшее исследование возможности использования значений Dif1, Dif2 и Dif3 для восстановления толщины морского льда проводилось с помощью анализа их динамики в течение зимы для различных областей арктического морского льда разного возраста. Полученный результат для большинства областей свидетельствует о росте Dif1, Dif2 и Dif3, начиная с середины зимы, что не согласуется с физической основой восстановления d, связанной с уменьшением солёности верхнего слоя льда с ростом толщины и ставит под сомнение возможность восстановления d по данным AMSR2.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ №0763-2020-0005.