Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 6. С. 17-34
Использование данных дистанционного зондирования при моделировании компонент водного и теплового балансов территории Центрально-Черноземных областей России
Е.Л. Музылев
1 , А.Б. Успенский
2 , З.П. Старцева
1 , Е.В. Волкова
2 , А.В. Кухарский
2 , С.А. Успенский
2 1 Институт водных проблем РАН, Москва, Россия
2 Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии "Планета", Москва, Россия
Описан способ оценки влагозапасов почвы, суммарного испарения и других составляющих водного и теплового балансов обширной территории с помощью физико-математической модели процессов влаго- и теплообмена покрытых растительностью участков суши с атмосферой (LSM, Land Surface Model) при использовании спутниковых данных о состоянии подстилающей поверхности (ПП) и метеоусловиях. Параметрами модели являются характеристики почв и растительности, а входными переменными – метеорологические характеристики, значения которых определяются по данным наземных наблюдений или по данным измерений радиометров AVHRR/NOAA, MODIS/EOS Terra и Aqua, SEVIRI/Meteosat-9, -10. В число этих характеристик входят: нормализованный индекс вегетации NDVI, излучательная способность ПП E и три вида ее температуры – поверхностей почвы Tsg и растительности Ta и эффективной температуры ПП Ts.eff или Tls, проективное покрытие растительностью B, листовой индекс LAI, облачность и осадки. Описаны разработанные или усовершенствованные методы и технологии получения оценок названных характеристик путем тематической обработки данных измерений со спутников. Проведена проверка работоспособности этих технологий для исследуемой территории части Центрально-Черноземного региона России площадью 227300 км2. Описаны разработанные способы использования в модели построенных спутниковых оценок. Представлены результаты расчета с помощью адаптированной к спутниковым данным модели величин влагозапасов почвы, суммарного испарения и других составляющих водного и теплового балансов исследуемой территории за сезоны вегетации 2009–2012 гг.
Ключевые слова: LS-модель, спутниковые данные, AVHRR, MODIS, SEVIRI, подстилающая поверхность, листовой индекс, температура, осадки, влагозапасы почвы, суммарное испарение
Полный текстСписок литературы:
- Волкова Е.В. Оценки параметров облачного покрова, осадков и опасных явлений погоды по данным радиометра AVHRR c МИСЗ серии NOAA круглосуточно в автоматическом режиме // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 3. С. 66–74.
- Волкова Е.В. Определение сумм осадков по данным радиометров SEVIRI/Meteosat-9,10 и AVHRR/NOAA для Европейской территории России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 4. С. 163–177.
- Волкова Е.В., Успенский А.Б. Детектирование облачности и определение ее параметров по спутниковым данным в светлое время суток // Метеорология и гидрология. 2007. № 12. С. 5–20.
- Волкова Е.В., Успенский А.Б. Оценки параметров облачного покрова по данным геостационарного МИСЗ METEOSAT-9 круглосуточно в автоматическом режиме // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7. № 3. С. 16–22.
- Музылев Е.Л., Успенский А.Б., Старцева З.П., Волкова Е.В. Моделирование гидрологического цикла речных водосборов с использованием синхронной спутниковой информации высокого разрешения // Метеорология и гидрология. 2002. № 5. С. 68–82.
- Музылев Е.Л., Успенский А.Б., Волкова Е.В., Старцева З.П. Использование спутниковой информации при моделировании вертикального тепло- и влагопереноса для речных водосборов // Исследование Земли из космоса. 2005. № 4. С. 35–44.
- Музылев Е.Л., Успенский А.Б., Старцева З.П., Волкова Е.В., Кухарский А.В. Моделирование составляющих водного и теплового балансов для речного водосбора c использованием спутниковых данных о характеристиках подстилающей поверхности // Метеорология и гидрология. 2010. № 3. С. 118–133.
- Музылев Е.Л., Успенский А.Б., Старцева З.П., Гельфан А.Н., Успенский С.А., Александрович М.В. Использование спутниковых данных о характеристиках подстилающей поверхности и снежного покрова при моделировании составляющих водного и теплового балансов обширных территорий сельскохозяйственного назначения. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т.9. № 1. С. 258–268.
- Музылев Е.Л., Успенский А.Б., Старцева З.П., Волкова Е.В., Кухарский А.В., Успенский С.А. Моделирование водного режима территории крупного сельскохозяйственного региона с использованием данных измерений геостационарных метеорологических спутников // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 3. С. 53–65.
- Соловьев В.И., Успенский С.А. Мониторинг температуры поверхности суши по данным геостационарных метеорологических спутников нового поколения // Исследование Земли из космоса. № 3. 2009. С. 79–89.
- Соловьев В.И., Успенский А.Б., Успенский С.А. Определение температуры земной поверхности по данным измерений уходящего теплового излучения с геостационарных метеорологических ИСЗ // Метеорология и гидрология. 2010 а. № 3. С.5–17.
- Соловьев В.И., Успенский С.А., Успенский А.Б.. Развитие методов мониторинга температуры поверхности суши по данным геостационарных спутников нового поколения. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010 б. Т. 7. № 2. С. 67–74.
- Успенский С.А., Успенский А.Б., Рублев А.Н. Анализ возможности мониторинга приповерхностной температуры воздуха по данным геостационарных метеорологических спутников // Сб. тезисов Международного симпозиума “Атмосферная радиация и динамика”, СПб, Июнь 2011. СПб: Изд-во СПбГУ. С. 37–38.
- Успенский А.Б., Щербина Г.И. Оценка температуры и излучательной способности поверхности суши по данным измерений уходящего теплового излучения с ИСЗ NOAA. // Исследование Земли из космоса. 1996. №5. С. 4–13.
- Biftu G.F., Gan T.Y. Semi-distributed, physically based, hydrologic modeling of the Paddle River basin, Alberta, using remotely sensed data // Journal of Hydrology. 2001. Vol. 244. P.137-156.
- Biospheric Aspects of the Hydrological Cycle (BAHC). Report № 27. Ed. by BAHC Core Project Office. Institut fűr Meteorologie, Freie Universitat Berlin, Germany. 1993. 103 p.
- Faysash A., Smith E.A. Simultaneous Retrieval of Diurnal to Seasonal Surface Temperatures and Emissivities over SGP ARM-CART Site Using GOES Split Window // J. Appl. Meteor. 2000. Vol. 39. P. 971–982.
- Gelfan A., Muzylev E., Uspensky A., Startseva Z., Romanov P. Remote Sensing Based Modeling of Water and Heat Regimes in a Vast Agricultural Region // Remote Sensing – Applications. Ed. Boris Escalante-Ramirez. InTech – Open Access Publisher. Rijeka, Croatia. 2012. Chapter 6. P. 141–176.
- Gowda P.H., Chavez J.L., Colaizzi P.D., Evette S.R., Howell T.A., Tolk J.A. ET Mapping for Agricultural Water Management: Present Status and Challenges // Irrigation Science. 2008. Vol. 26. P. 223–237. doi:10.1007/s00271-007-0088-6.
- Moehrlen C. Literature Review of Current Used SVAT Models // Internal Report 04-99. 1999. Cork: University College Cork, Department of Civil & Environmental Engineering.
- Overgaard J., Rosbjerg D., Butts M.B. Land-Surface Modeling in Hydrological Perspective – a Review // Biogeosciences. 2006. Vol. 3. P. 229–241. DOI:10.5194/bg-3-229-2006.
- Pitman A.J. The Evolution of, and Revolution In, Land Surface Schemes Designed for Climate Models // International Journal of Climatology. 2003. Vol. 23. P. 479–510. DOI:10.1002/joc.893.
- Startseva Z., Muzylev E., Volkova E., Uspensky A., Uspensky S. Water and heat regimes modelling for a vast territory using remote-sensing data // International Journal of Remote Sensing. 2014. Vol. 35. No. 15. P.5775–5799.
- Uspensky A.B., Shcherbina G.I. Derivation of land surface temperatures and emissivities from satellite IR window measurements // Advances in Space Research. 1998. Vol. 21. No. 3. P. 433-437.
- Wan Z., Dozier J. A generalized split-window algorithm for retrieving land surface temperature from space // IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens. 1996. Vol. 34. Nо. 4. P.892–905.