Определение излучательной способности поверхности из спектров уходящего теплового излучения в задаче восстановления вертикального распределения озона

На борту российских метеорологических спутников серии «Метеор-М» №2 установлен гиперспектральный зондировщик ИКФС-2, измеряющий уходящее тепловое ИК излучение в спектральном диапазоне 660–2000 см-1. В работе (Акишина, 2026) представлена методика и результаты ее использования для определения вертикального распределения атмосферного озона. В докладе показано, что до восстановления озона необходимо согласовать поверхностную и атмосферную составляющие “фонового” излучения около полосы озона. Ошибка в определении излучательной способности поверхности (ИСП), температуры поверхности или водяного пара может индуцировать ошибку в содержании озона, поэтому небольшая невязка непосредственно в полосе озона не гарантирует правильность его определения.
В данной работе представлена новая версия алгоритма восстановления вертикальных профилей содержания озона по данным измерений ИКФС-2. Модификация методики проведена в части учета излучательной способности поверхности (ИСП). Разработана программа итерационного уточнения ИСП на основе метода статистической регуляризации с использованием метода главных компонент. В качестве начального приближения используются данные базы CAMEL (Combined ASTER MODIS Emissivity over Land) (Borbas et al., 2018) со среднемесячными значениями ИСП за каждый год измерений. Априорная излучательная способность и её ковариационная матрица определены на основе данных базы CAMEL — для поверхности суши и на основе данных, полученных в работе (Huang et al., 2016), — для водной поверхности. Проведена валидация восстанавливаемых значений ИСП с данными измерений прибора MODIS (продукт MYD21).
Методика дополнительно усовершенствована за счет уточнения выбора спектральных каналов для предварительного восстановления водяного пара и температуры поверхности.
Температура поверхности и ИСП частично компенсируют друг друга в спектре, а ошибки определения содержания водяного пара меняют атмосферную составляющую фона.
Сопоставление полученных профилей с данными озонозондирования показало, что в новой версии сходимость итерационного алгоритма восстановления озона улучшилась, алгоритм сходится чаще более чем в 3 раза. При этом стандартные отклонения разностей содержания озона не изменились или уменьшились - в нижних слоях атмосферы. Так, в слое 220-80 гПа, представляющем условно область тропопаузы и, следовательно, трудно исследуемом методом уходящего ИК-излучения, по всем широтным зонам стандартное отклонение разностей составило 9,6 е.Д. относительно 10,6 е.Д., полученных с использованием первой версии обработки.
Работа выполнена при поддержке СПбГУ, шифр проекта 124032000025-1.