Моделирование показаний гиперспектрального ИК-зондировщика AIRS/Aqua

При разработке новых алгоритмов восстановления геофизических параметров атмосферы и подстилающей поверхности (ПП) по данным приборов космического базирования или развитии существующих решаются так называемые прямые задачи, позволяющие устанавливать связи между характеристиками системы "атмосфера - ПП" и показаниями каналов спутникового прибора. Создаваемые для этой цели вычислительные комплексы должны корректно описывать взаимодействия излучения с атмосферой и ПП.

В докладе обсуждается созданный авторами вычислительный комплекс моделирования показаний отклика в каналах гиперспектрального ИК-зондировщика AIRS/Aqua, представлены результаты его верификации.

Основными блоками комплекса моделирования AIRS/Aqua являются: 1) код LBLRTM (Line-By-Line Radiative Transfer Model; версия 12.2, ноябрь 2012 г.), позволяющий проводить расчет интенсивности уходящего излучения методом полинейного счета с высоким спектральным разрешением (до 0.001 см-1), 2) программ подготовки необходимых для LBLRTM характеристик атмосферы и подстилающей поверхности, расчета функций чувствительности каждого из 2378 каналов AIRS, 3) основной программы для расчета интенсивностей ИК-излучения в каждом канале зондировщика и соответствующих им яркостных температур.

Для верификации модели LBLRTM и созданного вычислительного комплекса выполнены сопоставления результатов расчетов с данными ИК-зондировщика AIRS/Aqua. Для исключения погрешностей, вносимых нарушением используемого в расчетах условия локального термодинамического равновесия в верхней атмосферы при воздействии солнечного излучения и не полным знанием характеристик подстилающей поверхности, при проведении анализа использовались ночные безоблачные пиксели AIRS в зоне Атлантического океана.

Установлено, что в ряде спектральных диапазонов различия яркостных температур AIRS - LBLRTM достигает 10 К. Основными причинами отличий данных модели от показаний спутникового прибора являются не полное знание спектрометрических характеристик газовых компонент атмосферы, входящих в базы данных HITRAN и модель континуума MT_CKD_2.5, а также погрешности используемых профилей температуры, водяного пара, озона и газовых компонент (СО,CH4), восстановленных для анализируемых пикселей по измеренным зондирующим комплексом AIRS/AMSU-Aqua потокам уходящего ИК-излучения.

С целью исключения из теоретических данных LBLRTM систематических погрешностей, связанных с ошибками в задании оптических и термодинамических свойств атмосферы, выполнены дополнительные сопоставления спутниковых и модельных данных в рамках принятой в дистанционном зондировании процедуры, известной как "тюнинг". Установлены частотные диапазоны AIRS, в которых отличия модельных исправленных (после "тюнинга") результатов по яркостным температурам от данных спутникового прибора находятся на уровне шумов прибора 0.2 К, и которые, следовательно, могут быть использованы для восстановления характеристик атмосферы по измеренным ИК-зондировщиком AIRS интенсивностям с использованием данных LBLRTM.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 13-07-12105_офи_м.