Использование оценок температур подстилающей поверхности и характеристик растительности по спутниковой информации высокого разрешения при моделировании вертикального тепло- и влагообмена на речном водосборе

Разработаны и усовершенствованы методы и алгоритмы тематической обработки информации радиометра AVHRR/3 для определения температуры Тsg и излучательной способности E почвы, температуры воздуха у поверхности растительного покрова Ta, эффективной радиационной температуры Ts.eff (взвешенной линейной комбинации Ta и Tsg), нормализованного индекса вегетации NDVI, листового индекса LAI и проективного покрытия растительностью В. Произведено уточнение пороговой методики детектирования облачности и построения маски "ясно-облачно" (для повышения достоверности выделения безоблачных фрагментов), а также выполнена адаптация линейных регрессионных алгоритмов оценки Ts.eff, Тsg и Tа к данным AVHRR/3 ИСЗ NOAA-18. С помощью тематической обработки данных AVHRR/3, классифицированных как 100% безоблачные, выполнены оценки Ts.eff, Тsg, Ta, Е, NDVI, В, LAI за разные сроки вегетационных периодов 2003-2006 гг. для центрального региона России, включающего водосбор р.Сейм (Курская обл.) площадью 7460 км2. Проанализирована статистика ошибок определения Ts.eff, Та и Тsg для различных выборок, построенная по результатам сравнения с данными наземных наблюдений.
С использованием специальной технологии и средств Интернет по информации аппаратуры MODIS (ИСЗ EOS/Terra и Aqua) получены оценки характеристик подстилающей поверхности (Ts.eff, Е, NDVI, LAI) для Курского региона за сезоны вегетации 2003-2005 гг. Сопоставление оценок Ts.eff для отдельных сроков названных сезонов вегетации с ее квазисинхронными оценками по данным AVHRR/3 и результатами наземных наблюдений подтверждает их согласованность и достоверность определения Ts.eff по информации MODIS.
Разработана новая версия модели SVAT (модели вертикального тепло- и влагопереноса в системе "почва-растительность-атмосфера"), учитывающей неоднородность почвенного и растительного покровов и рассчитанной на использование спутниковой информации о состоянии подстилающей поверхности. При этой разработке: 1) уточнены значения ряда параметров модели и проведена ее верификация путем сопоставления модельных и фактических вертикальных профилей влажности и температуры почвы на агрометеостанциях водосбора, температур ее поверхности, радиационного баланса, влагозапасов метрового слоя почвы и суммарного испарения; 2) подтверждена возможность использования в качестве параметров модели оценок LAI и B по спутниковым данным AVHRR и MODIS вместо их оценок по данным наземных наблюдений (путем сравнения рассчитанных по модели температур поверхностей растительного покрова и почвы с их спутниковыми аналогами, а также вычисленных и фактических значений суммарного испарения, влажности разных слоев почвы и их температуры); 3) показано, что условием эффективного использования в модели SVAT оценок температуры подстилающей поверхности по данным AVHRR и MODIS является синхронность наземных и спутниковых измерений.
С помощью модели SVAT для сезонов вегетации 2003-2006 гг. проведены расчеты суммарного испарения, потоков скрытого и явного тепла, влаго- и теплосодержания почвы и других составляющих водного и теплового балансов для различных вариантов оценки LAI и B по данным AVHRR и MODIS, а также по наземным данным. При всех вариантах задания LAI и В достигнута приемлемая точность оценки составляющих водного и теплового балансов.
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований – грант № 07-05-01030.