ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

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 текст

Список литературы:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. Moehrlen C. Literature Review of Current Used SVAT Models // Internal Report 04-99. 1999. Cork: University College Cork, Department of Civil & Environmental Engineering.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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.