Коррекция данных спутникового сканера MODIS на солнечный блик без использования дополнительных данных о скорости ветра

Одна из проблем при решении задачи атмосферной коррекции данных спутниковых сканеров цвета – учет вклада отраженного от взволнованной морской поверхности прямого солнечного излучения (солнечных бликов). В программном обеспечении SeaDAS, разработанном специалистами НАСА США, для учета вклада бликов при обработке данных сканеров цвета SeaWiFS и MODIS используется в качестве входного параметра приземная скорость ветра, полученная из метеорологического центра NCEP, осредненная по достаточно большой площади и по времени. Однако вклад солнечных бликов связан, в основном, с высокочастотной составляющей волнения, которая зависит от мгновенной скорости ветра на данном участке поверхности. Проблема корректного учета блика особенно существенна для сканера MODIS, который не может отклоняться от блика, как это делает сканер SeaWiFS.
Разработанный нами алгоритм дает возможность осуществлять коррекцию солнечных бликов по данным самого сканера MODIS без привлечения дополнительной информации о скорости ветра. Алгоритм основан на нахождении неизвестного неселективного множителя, определяемого распределением уклонов на морской поверхности, зависящего от скорости ветра, и геометрией наблюдения. В нашем алгоритме обратная задача решается по данным измерений для 10 спектральных каналов сканера MODIS, включая длину волны 1240 нм, которая обычно не используется при решении задачи атмосферной коррекции.
Яркость на верхней границе атмосферы представляется, как обычно, в виде суперпозиции вкладов молекулярного (рэлеевского) рассеяния в атмосфере, многократного аэрозольного рассеяния (включая взаимодействие рэлеевского и аэрозольного рассеяния), отраженного от взволнованной морской поверхности излучения и излучения, вышедшего из водной толщи. Используется двухпараметрическая модель для аэрозольной яркости и трехпараметрическая модель для коэффициента яркости водной толщи. Обратная задача решается в два этапа методом нелинейной оптимизации с ограничениями (накладываются требования неотрицательности аэрозольной яркости и яркости вышедшего из воды излучения). На первом этапе находятся два неизвестных коэффициента для аэрозольной яркости и неселективный множитель, характеризующий вклад блика; для этого минимизация проводится по трем длинам волн 748, 869, 1240 нм, для которых вкладом вышедшего из воды излучения в первом приближении можно пренебречь. На втором этапе, зная вклад блика, по спутниковым данным для спектрального диапазона 412-869 нм находятся пять неизвестных коэффициентов, определяющих вклады аэрозольного рассеяния и вышедшего из воды излучения. Далее проводится следующая итерация, в результате которой находится новое значение неселективного «бликового» множителя и затем новые коэффициенты для вкладов воды и аэрозоля. Итерационный процесс прекращается, если разность между максимальными по спектру отклонениями рассчитанного коэффициента яркости на верхней границе атмосферы от измеренного для предыдущей и последующей итерациями меньше 10-3, что соответствует минимальной ошибке измерений, ниже которой проводить дальнейшую минимизацию бессмысленно. Из двух последних итераций в качестве решения выбирается та, для которой меньше средняя невязка в спектральном диапазоне 412-869 нм.
Даны примеры применения разработанного алгоритма для Атлантического океана и Каспийского моря. Полученные результаты сравниваются с результатами обработки посредством SeaDAS и данными натурных измерений.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, (грант № 07-05-00799а) и Программы фундаментальных исследований № 17 Президиума РАН.