Оценка точности определения температуры поверхности Каспийского моря по данным MODIS на основе in situ измерений

Настоящее исследование посвящено оценке точности определения температуры поверхности Каспийского моря (SST) по спутниковым данным MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). Для валидации были использованы in situ измерения температуры, полученные с дрифтеров SVPB (Surface Velocity Program Barometer) в 2006 и 2008 годах. Сравнение проводилось с ежедневными продуктами MODIS LST с пространственным разрешением 1 км/пиксель, размещёнными на платформе Google Earth Engine.
Анализировались продукты, сформированные с использованием алгоритмов Split-Window (MOD11A1 и MYD11A1) и Temperature Emissivity Separation (TES) (MOD21A1D, MYD21A1D, MOD21A1N, MYD21A1N), рассчитанные для дневных и ночных съёмок.
Результаты показали существенную линейную связь между спутниковыми данными MODIS и измерениями на дрифтерах для всех рассмотренных продуктов. Для продуктов на основе алгоритма Split-Window коэффициенты корреляции составили 0,94 – 0,96, а коэффициенты детерминации 0,73 – 0,78. Средняя ошибка для дневных данных составила -1,23 – -1,52 °C, а для ночных -2,14 – -2,16 °C. Отмечено, что для дневных данных продуктов MOD11A1 и MYD11A1 отклонение увеличивается с ростом температуры воды.
Продукты на основе алгоритма TES показали более высокую точность. Для дневных продуктов MOD21A1D и MYD21A1D коэффициент корреляции составил 0,91 – 0,93, коэффициент детерминации 0,83 – 0,84, а средняя ошибка 0,37 – 0,64 °C. Для ночных продуктов MOD21A1N и MYD21A1N коэффициент корреляции составил 0,96, коэффициент детерминации 0,91 – 0,92, а средняя ошибка 0,03 – 0,25 °C.
Также было проведено сравнение данных MODIS с данными Landsat Level-2. В обоих случаях коэффициент корреляции составил 0,98, а коэффициент детерминации – 0,92 (для продуктов MODIS, основанных на алгоритмах Split-Window и TES). В среднем температура по данным Landsat оказалась выше на 0,5 °C при сравнении с продуктами MYD11A1 и MOD11A1 (дневные) и ниже на 0,85 °C при сравнении с продуктами MYD21A1D и MOD21A1D.
В целом результаты исследования показали, что продукты MODIS обеспечивают высокую точность при определении температуры поверхности Каспийского моря, причём продукты, основанные на алгоритме TES, демонстрируют более высокую точность по сравнению с продуктами, на основе алгоритма Split-Window.
Исследования по уточнению алгоритмов расчета температуры поверхности моря по данным продуктов MODIS и Landsat выполнены при поддержке гранта РНФ N 23-77-00027 «Исследование климатической изменчивости термогидродинамического режима Каспийского моря по данным дистанционного зондирования», https://rscf.ru/project/23-77-00027/. Часть работы, связанная с автоматизацией обработки больших массивов ДДЗ на основе платформы Google Earth Engine с целью разработки новых методических подходов к оценке гидроэкологического статуса водного объекта, выполнена в рамках темы № FMWZ-2025-0002 "Исследования процессов формирования качества поверхностных и подземных вод, природных и антропогенных механизмов изменения экологического состояния водных объектов, разработка методов и технологий управления водными ресурсами и качеством вод".