Алгоритм оценки приводного ветра по данным микроволнового радиометра AMSR-E и его применение к анализу погодных систем в тропической зоне

Первые измерения уходящего микроволнового излучения системы океан-атмосфера, выполненные со спутника «Космос-243» в 1968 г., продемонстрировали возможность оценки температуры поверхности океана То = tо + 273.15 и скорости приводного ветра W. Для оценки To и W оптимален диапазон частот f < 15 ГГц, что обусловлено резким уменьшением влияния атмосферы на яркостную температуру поверхности океана Тяо. Вариации Тяо определяются в основном изменчивостью температуры и скорости приводного ветра. Микроволновые измерения на f < 15 ГГц ведутся в настоящее время со спутников TRMM, Aqua и Coriolis. Для восстановления To и W по измеренным яркостным температурам Тя(f) на различных поляризациях разработан ряд алгоритмов, усовершенствование которых продолжается. Большинство алгоритмов является статистическими, и их погрешности во многом зависят от точности учета влияния параметров атмосферы на трансформацию излучения океана и неопределенностями в описании коэффициентов изучения водной поверхности. В данной работе исследуется оригинальный алгоритм, в котором оценка скорости ветра выполняется по приращению яркостной температуры взволнованной поверхности океана на частоте 10.7 ГГц на горизонтальной (г) поляризации относительно ее значения при W = 0 м/с: ΔТяо(W,То) = Тяо(W,То) - Тяо(W=0,То). При увеличении tо от 25 до 31°С значения Тяо(W=0,То) возрастают от 69.5 до 70.5 К, то-есть примерно на 1 К, что исключает необходимость использования в алгоритме оперативных данных о ТПО. Суммарный вклад восходящего излучения атмосферы Т↑яатм и ее нисходящего излучения Т↓яатм, отраженного поверхностью океана и ослабленного атмосферой, определяется расчетным путем по значениям паросодержания атмосферы V и поглощения в облаках на частоте 10.7 ГГц, восстановливаемых по измерениям Тя на частотах 23.8 и 36.5 ГГц на вертикальной (в) поляризации. В алгоритме использованы экспериментальные данные о зависимости коэффициентов излучения взволнованной поверхночти океана от скорости ветра в широком диапазоне изменения скорости ветра, включая W > 20 м/с. Погрешности алгоритма определены по замкнутой схеме с учетом шумов радиометра AMSR-E с использованием массива модельных значений яркостных температур Тяг,в(f) над океаном, рассчитанных для каналов радиометра AMSR-E по данным судовых аэрологических измерений в тропической зоне мирового океана. Приводятся примеры восстановления полей ветра, паросодержания атмосферы, поглощения в облаках, восходящего Т↑яатм и нисходящего излучений атмосферы и др. параметров по яркостным температурам, измеренным AMSR-E над различными погодными системами в тропических районах Тихого океана. Показано, что поля ветра, восстановленные по измерениям AMSR-E и скаттерометра SeaWinds, хорошо согласуются друг с другом при W < 20 м/с. При W ≥ 20 м/с значения W, найденные по данным AMSR-E, как правило, выше найденных по скаттерометрическим данным. Рассматриваемый вариант алгоритма примененим при ситуациях с водозапасом облаков Q < 1 кг/м2 и отсутствии интенсивных осадков, что иллюстрируют примеры обработки полей Тя(f) над тропическими циклонами. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 09-05-13569-офи_ц, договора 4/09 программы “Мировой океан” и проекта № 111 по соглашению между JAXA и ТОИ ДВО РАН.