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. 2016. Т. 13. № 1. С. 95-104

Калибровка и валидация – необходимые составляющие микроволновых радиометрических измерений со спутников серии Метеор-М № 2

Л.М. Митник 1 , М.Л. Митник 1 
1 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, Россия

Одобрена к печати: 04.01.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-1-95-104
 

Рассмотрены особенности и организация работ по внутренней и внешней калибровке многоканальных микроволновых сканирующих радиометров SSM/I и SSMIS (США) и AMSR-E и AMSR2 (Япония). Приведены характеристики радиометра МТВЗА-ГЯ и отмечена необходимость использования зарубежного опыта при его калибровке. Обсуждаются вопросы внешней калибровки по данным зондирования, полученным над холодными и горячими областями Земли, для которых на частотах радиометра ν должны быть рассчитаны яркостные температуры Тя(ν) с использованием современной программы переноса МВ излучения в системе подстилающая поверхность – атмосфера. В качестве холодных областей могут быть выбраны участки океана при слабом ветре и отсутствии облаков, а в качестве горячих – дождевые широколиственные леса Амазонки. Стабильность функционирования радиометра на орбите может быть проконтролирована путём анализа временных рядов Тя(ν), полученных над протяженными однородными пространствами Антарктического плато в районе купола Dome C. Приведены сведения о метеорологическом режиме района, о температуре и характеристиках снежного покрова и результаты МВ измерений. Для получения ценной оперативной и научной информации из данных МТВЗА-ГЯ со спутника Метеор-М №2 и последующих, планируемых к запуску в 2016–2021 гг., должен быть выполнен цикл работ по калибровке радиометра, разработаны алгоритмы и осуществлена валидация продуктов, в том числе и на подспутниковых полигонах в различных физико-географических условиях.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, микроволновая радиометрия, калибровка, валидация, моделирование, алгоритмы, МТВЗА-ГЯ, Метеор-М №2, Dome-C, полигоны
Полный текст

Список литературы:

  1. Асмус В.В., Кровотынцев В.А., Макриденко Л.А., Милехин О.Е., Соловьев В.И., Успенский А.Б., Фролов А.В., Хайлов М.Н. Новый оперативный метеорологический спутник “Метеор-М” № 2 // Междунар. симпозиум по атмосферной радиации и динамике (МСАРД–2015): Сб. тезисов конференции, 23–26 июня 2015 г. Санкт-Петербург-Петродворец, 2015. С. 7–8.
  2. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974. 187 с.
  3. Болдырев В.В., Горобец Н.Н., Ильгасов П.А., Никитин О.В., Панцов В.Ю., Прохоров Ю.Н., Стрельников Н.И., Стрельцов А.М., Черный И.В., Чернявский Г.М., Яковлев В.В. Спутниковый микроволновый сканер/зондировщик МТВЗА-ГЯ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Т. 5. № 1. С. 243–248.
  4. Митник Л.М., Кулешов В.П., Митник М.Л. Микроволновые характеристики Антарктического плато по измерениям со спутников Метеор-М № 2 и GCOM-W1 // Тезисы. Тринадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса": Сб. тезисов конференции. Москва: ИКИ РАН. 2015а. С. 289.
  5. Митник М.Л., Митник Л.М. Восстановление паросодержания атмосферы и водозапаса облаков над океаном по данным микроволнового зондирования со спутников DMSP, TRMM, AQUA и ADEOS-II // Исследование Земли из космоса. 2006. № 4. C. 34–41.
  6. Митник Л.М., Митник М.Л., Гурвич И.А. Выкочко А.В., Кузлякина Ю.А., Черный И.В., Чернявский Г.М. Исследование эволюции тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана по данным СВЧ-радиометров МТВЗА-ГЯ со спутника Метеор-М №1 и AMSR-E со спутника Aqua // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 4. С. 121–128.
  7. Митник Л.М., Митник М.Л., Чернявский Г.М., Чёрный И.В., Выкочко А.В., Пичугин М.К. Приводный ветер и морской лёд в Баренцевом море по данным микроволновых измерений со спутников Метеор-М № 1 и GCOM-W1 в январе-марте 2013 г. // Исследование Земли из космоса. 2015б. № 6. С. 36-46.
  8. Biswas S.K., Farrar S, Gopalan K., Santos-Garcia A., Linwood Jones W., Bilanow S. Intercalibration of microwave radiometer brightness temperatures for the Global Precipitation Measurement Mission // IEEE Trans. Geoscience Remote Sens. 2007. Vol. 51. No. 3. P. 1465–1477.
  9. Brown S., Ruf C. Determination of a hot black body reference target over the Amazon rainforest for the on-orbit calibration of microwave radiometers // J. Oceanic Atmos. Tech. 2005. Vol. 22. No. 9. P. 1340 –1352.
  10. Brucker L., Picard G., Arnaud L,. Barnola J.-M., Schneebeli M., Brunjail H., Lefebvre E., Fily M. Modeling time series of microwave brightness temperature at Dome C, Antarctica, using vertically resolved snow temperature and microstructure measurements // J. Glaciology. 2011. Vol. 57. No. 201. P. 171–182.
  11. Cherny I.V., Mitnik L.M., Mitnik M.L., Uspensky A.B., Streltsov A.M. Оn-orbit calibration of the “Meteor-M” Microwave Imager/Sounder // Proc. IGARSS 2010. Hawaii. 2010. P. 558–561.
  12. Colton M., Poe G. Intersensor calibration of DMSP SSM/I’s: F-8 to F-14, 1987–1997 // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1999. Vol. 37. No. 1. P. 418–439.
  13. Das N.N., Colliander A., Chan S.K. Intercomparisons of brightness temperature observations over land from AMSR-E and WindSat // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2014. Vol. 52. No. 2. P. 452–464.
  14. Gentemann C.L., Wentz F.J., Brewer M., Hilburn K.A., Smith D.K. Passive microwave remote sensing of the ocean: an overview, in Oceanography from Space, revisited. Eds. V. Barale, J. Gower and L. Alberotanza, Springer, Heidelberg. 2010. P. 19–44.
  15. Hilburn K.A., Gentemann S.L. AMSR2 calibration: Intercomparison of RSS and JAXA brightness temperatures // J. Geophys. Res. Ocean. 2015 (in press).
  16. Hollinger J., Peirce J., Poe G. SSM/I instrument evaluation // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 1990. Vol. 28. No. 5. P. 781–790.
  17. Imaoka K., Kachi M., Fujii H., Murakami H., Hori M., Ono A., Igarashi T., Nakagawa K., Oki T., Honda Y., Shimoda H. Global Change Observation Mission (GCOM) for monitoring carbon, water cycles, and climate change // Proc. of the IEEE. 2010. Vol. 98. No. 5. P. 717–734.
  18. Kroodsma R.A., McKague D.S., Ruf C. S. Extension of vicarious cold calibration to 85-92 GHz for spaceborne microwave radiometers // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2013. Vol. 52. No. 9. P. 4743–4751.
  19. Leduc-Leballeur M., Picard G., Mialon A., Arnaud L., Lefebvre E., Possenti P., Kerr Y. Modeling L-band brightness temperature at Dome C in Antarctica and comparison with SMOS observations // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2015. Vol. 53. No. 7. P. 4022–4032, doi: 10.1109/TGRS.2015.2388790
  20. Macelloni G., Brogioni M., Pampaloni P., Cagnati A. Multifrequency microwave emission the Dome-C area on the East Antarctic Plateau: Temporal and spatial variability // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2007. Vol. 45. No. 7. P. 2029–2039.
  21. Macelloni G., Brogioni M., Pettinato S., Zasso R., Crepaz A., Zaccaria J., Padovan B., Drinkwater M. Ground-based L-band emission measurements at Dome-C Antarctica: The DOMEX-2 experiment // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2013. Vol. 51. No. 9. P. 4718–4730.
  22. Meissner T., Wentz F. Intercalibration of AMSR-E and Windsat brightness temperature measurements over land scenes // Proc. IGARSS. 2010. P. 3218–3219.
  23. Mitnik L.M., Cherny I.V., Mitnik M.L., Chernyavskii G.M., Kuleshov V.P., Baranyuk A.V. The MTVZA-GYa radiometer on the Meteor-M no. 2 satellite: the first 10 months in an orbit, calibration of data and retrieval of geophysical parameters // Abstract Intern. Symposium "Atmospheric Radiation and Dynamics“ (ISARD – 2015), Saint-Petersburg-Petrodvorets, June 2015. P. 23–25.
  24. Mitnik L.M., Mitnik M.L. Retrieval of atmospheric and ocean surface parameters from ADEOS-II AMSR data: comparison of errors of global and regional algorithms // Radio Science. 2003. Vol. 38. № 4. P. 8065, doi: 10.1029/2002RS002659.
  25. Mitnik L.M., Mitnik M.L., Zabolotskikh E.V. Microwave sensing of the atmosphere-ocean system with ADEOS-II AMSR and Aqua AMSR-E // J. Remote Sensing Society of Japan. 2009. Vol. 29. No. 1. P. 156–165.
  26. Mo T. Postlaunch calibration of the NOAA-18 Advanced Microwave Sounding Unit-A // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2007. Vol. 45. No. 7. P. 1928–1937.
  27. Mo T. A study of the NOAA near-nadir AMSU-A brightness temperatures over Antarctica // J. Atmos. Oceanic Technology. 2010. Vol. 27. No. 6. P. 995–1004.
  28. Mo T. Calibration of the NOAA AMSU-A radiometers with natural test sites // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2011. Vol. 49. No. 9. P. 3334–3342.
  29. Narvekar P.S., Heygster G., Jackson T.J., Bindlish R., Macelloni G., Notholt J. Passive polarimetric microwave signatures observed over Antarctica // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2010. Vol. 48. No. 3. P. 1059–1075.
  30. Prigent C., Jaumouillé E., Chevallier F., Aires F. A parameterization of the microwave land surface emissivity between 19 and 100 GHz, anchored to satellite-derived estimates // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2008. Vol. 46. No. 2. P. 344–352.
  31. Ruf C.S. Detection of calibration drifts in space borne microwave radiometers using a vicarious cold reference // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2000. Vol. 38. No. 1. P. 44–52.
  32. Surdyk S. Using microwave brightness temperature to detect short-term surface air temperature changes in Antarctica: an analytical approach // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 80. P. 256– 271.
  33. Tian Y., Peters-Lidard C.D., Harrison K.W., Prigent C., Norouzi H., Aires F., Boukabara S.A., Furuzawa F.A., Masunaga H. Quantifying uncertainties in land-surface microwave emissivity retrievals // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2014. Vol. 52. No. 2. P. 829–840.
  34. Wentz F.J., Ashcroft P., Gentemann C. Post-launch calibration of the TRMM microwave imager // IEEE Trans. Geoscience Remote Sens. 2001. Vol. 39. No. 2. P. 415–422.
  35. Urbini S., Frezzotti M., Gandolfi S., Vincent C., Scarchilli C., Vittuari L., Fily M. Historical behaviour of Dome C and Talos Dome (East Antarctica) as investigated by snow accumulation and ice velocity measurements // Global and Planetary Change. 2008. Vol. 60. P. 576–588.
  36. Wilheit T. Comparing calibrations of similar conicallys window-channel microwave radiometers // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2013. Vol. 51. No. 3. P. 1453–1464.
  37. Zabolotskikh E., Mitnik L., Chapron B. An updated geophysical model for AMSR-E and SSMIS brightness temperature simulations over oceans // Remote Sensing. 2014. Vol. 6. No. 3. P. 2317–2342.