Развитие методов мониторинга температуры поверхности суши по данным геостационарных спутников нового поколения

Температура поверхности суши (ТПС) является важным геофизическим параметром. Результаты дистанционного определения ТПС и излучательной способности поверхности (ИСП) суши по спутниковым данным различного временного и пространственного разрешения используются при моделировании процессов передачи тепла и влаги между поверхностью и атмосферой в ряде приложений, таких как гидрология, агрометеорология и изучение климата. Для дистанционного определения ТПС обычно используют измерения уходящего теплового излучения в диапазоне 10.5-12.5 мкм с помощью сканирующих ИК-радиометров полярно-орбитальных метеорологических спутников (серий NOAA, Метеор, EOS/Aqua, Terra), выполненные в условиях отсутствия облачности. Точность спутниковых оценок ТПС заметно ниже точности оценок температуры воды вследствие «нечерноты» поверхности суши и большой пространственно-временной изменчивости ТПС. Возможности почти непрерывного во времени спутникового мониторинга ТПС для выбранных территорий с повышенной точностью возникли в последние годы после запуска европейских геостационарных спутников второго поколения MSG (Метеосат-8, -9). Установленный на борту этих спутников сканер-имаджер SEVIRI имеет 12 каналов (в том числе, ИК каналы 10.8 и 12 мкм), причем измерения выполняются каждые 15 мин. Известные методы восстановления ТПС используют данные измерений в этих каналах, а также обновляемую базу данных по излучательной способности поверхности.
Планируемый к запуску отечественный геостационарный КА серии «Электро» будет нести на борту аппаратуру МСУ-ГС, подобную аппаратуре SEVIRI. С ее помощью предполагается каждые 30 мин. Проводить измерения уходящего ИК-излучения на верхней границе атмосферы в 7 тепловых каналах, в том числе, в 2-х каналах диапазона 10.5-12.5 мкм. Спектральные аппаратные функции (а. ф.) указанных каналов подобны а. ф. соответствующих каналов SEVIRI, что позволяет в рамках подготовки к работе с информацией МСУ-ГС использовать данные SEVIRI для отработки методов восстановления ТПС. Предлагаемый подход к дистанционному определению ТПС не предполагает априорного знания ИСП в пункте зондирования и использует гипотезу о том, что вариациями ее значений за время между несколькими последовательными циклами измерений можно пренебречь, по сравнению с изменениями ТПС. Предложенный и апробированный на модельных и реальных данных SEVIRI метод оценивания ТПС и ИСП представляет собой итерационное применение двух известных алгоритмов – т.н. метода «расщепленного окна прозрачности» и метода 2-х температур к измерениям SEVIRI за 3 последовательных срока.
Разработанная технология была протестирована для ряда последовательностей реальных измерений SEVIRI (METEOSAT-9) для Европейского региона за теплый период 2009 г. Сравнение полученных результатов с независимыми ТПС по данным SEVIRI, полученными в прикладном спутниковом центре Евметсата LSA SAF (г. Лиссабон), после удаления систематического смещения, дает величины среднеквадратичного отклонения в пределах 1,0-2,5 К для различных дат.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержки гранта РФФИ № 07-05-01030