Определение общего содержания озона с геостационарных спутников

Предложена методика определения полей общего содержания озона (ОСО) с помощью измерений прибора SEVIRI (геостационарный спутник METEOSAT). Измерения уходящего теплового излучения прибором SEVIRI (каналы измерений при 3.9, 6.3, 7.4, 8.7, 9.7, 10.8, 11.9 и 13.3 мкм) не содержат достаточного количества информации для определения ОСО с приемлемой точностью. В связи с этим в предлагаемой методике используются не только измерения в 8-ми ИК каналах SEVIRI, но и дополнительная информация о температурах атмосферы и поверхности. Эта информация может быть получена из измерений других приборов (AIRS, TOVS, MLS и т.д.) полярных спутников, либо из результатов анализа и прогноза погоды.
Данные AIRS о температуре атмосферы и поверхности, а также об общем содержании озона (ОСО) после проведения их валидации по наземной сети измерений ОСО, используются на первом этапе (вместе с данными измерений SEVIRI) для построения решающего оператора обратной задачи. В качестве методики решения обратной задачи используются искусственные нейронные сети. Проведен выбор структуры оптимальной нейронной сети – сети с тремя нейронами в скрытом слое и нелинейной функцией активации.
На втором этапе методики для определения поля ОСО используются данные измерений SEVIRI и информация о поле температуры атмосферы и поверхности, полученная прибором AIRS за тот же день измерений. Выполнены тестовые расчеты и проведено сопоставление полученных восстановленных значений ОСО по данным SEVIRI и дополнительной спутниковой информации с независимыми данными международной наземной озонометрической сети. Показано, что средние и среднеквадратичные отличия результатов восстановления по разработанным алгоритмам от данных наземных измерений ОСО составляют 1.5 и 6.5%, соответственно.
Показано также, что для рассматриваемой обратной задачи и при используемой дополнительной информации метод нейронных сетей позволяет получать более точные восстановления общего содержания озона, чем метод множественной линейной регрессии. Приведены примеры восстановления полей распределения ОСО с геостационарного спутника с пространственным разрешением 3x3 км2 и временным разрешением 15-30 мин.
Предложенный метод может эффективно использоваться для анализа мезомасштабных вариаций ОСО, для оценок УФ освещенностей поверхности с высоким пространственным и временным разрешением.
Исследования проведены при поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований (грант 08-05-00885) и Министерства образования и науки Российской Федерации (гранты РНП.2.1.1.4166 и РНП.2.2.1.1.3836).