Исследование погрешности методики восстановления баланса парниковых газов по данным ДЗЗ в районе пустынь

В молодёжной лаборатории ИКИ РАН развивается подход расчёта баланса парниковых газов в атмосфере по данным ДЗЗ. Подход основывается на вычислительной схеме, замкнутой относительно данных спутниковых измерений концентраций парниковых газов.
Основой методики служит вычисление векторов адвекции парниковых газов с помощью алгоритмов анализа оптического потока между последовательными полями концентраций парниковых газов, измеренных со спутника. Зная векторы адвекции газа, можно рассчитать поток через заданную границу произвольной области и далее – эффективный горизонтальный перенос. Согласно уравнению баланса – суммарный эффективный горизонтальный перенос за интересующий период времени плюс изменение полной массы газа в области между начальным и конечным моментом времени и будет характеристикой вертикального обмена газовой компонентой между атмосферой и подстилающей поверхностью.
Ранее, погрешность данной методики оценивалась для областей, ограничивающих крупные лесные пожары. Исследуется баланс угарного газа (CO). Для баланса CO лесного пожара довольно сложно измерить шумовую дорожку измерений во времени, поскольку точно не известно его истинное значение, поэтому погрешность оценивалась путём небольшого смещения области измерений вокруг сильного источника - лесного пожара и оценки дисперсии такого измерения одной и той же величины баланса в один и тот же период времени. Относительная погрешность методики по такой схеме была оценена в 30%.
Существуют области где не должно быть существенных источников и стоков парниковых газов – это пустыни. В этом случае нам известно истинное значение баланса – 0 и можно оценивать дисперсию шумовой дорожки измерений баланса определённой территории во времени. Это было сделано для угарного газа, поля интегрального содержания которого были получены с помощью инструмента TROPOMI для областей в пустыне Сахара и для пустынного региона в центре Австралии. Размер областей составляет 10x10 географических градусов, анализировался баланс CO за 3 летних месяца 2019 года (91 измерение). Относительная ошибка измерений баланса оценивалась как отношение СКО шумовой дорожки к среднему значению массового содержания газа в области. Для области в пустыне Сахара СКО измерений составило 8,4·107кг и относительная ошибка составила 10%. Для пустынной области в Австралии СКО измерений составило 1,6·108кг и относительная ошибка составила 24% Далее были проведена обработка полей адвекции угарного газа для уменьшения их шумовой составляющей. Для этого зональная и меридиональная компонента адвекции была сглажена окном шириной в 10 отсчётов. Это позволило снизить относительную ошибку измерений для пустыни Сахара до величины 4% и для Австралии до величины 8%
Проведённые оценки показывают, что случайная погрешность разрабатываемой методики находится на приемлемом уровне и позволяют делать оптимистичные прогнозы для будущих исследований.
Работа выполнена при поддержке темы «Эмиссия» (гос. регистрация № 1024032600245-7-1.5.9)