Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. С. 268-277
Влияние подстилающей поверхности на точность дифференциальных радиометрических измерений профиля водяного пара в нижней тропосфере со спутников
В.В. Стерлядкин
1, 2 , Е.В. Пашинов
2 , А.В. Кузьмин
2 , Е.А. Шарков
2 1 Московский технологический университет, Москва, Россия
2 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 07.07.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-5-2680-2770
Рассмотрены возможности дифференциального радиометрического метода измерения профиля водяного пара в полосе 22 ГГц со спутника. Рассчитан уровень дифференциальных сигналов и их избирательность по высоте. Показано, что высотная избирательность радиометрических каналов в полосе 183 ГГц, которые в настоящее время широко используются при спутниковом зондировании профиля влажности в тропосфере, невысока, особенно для нижнего слоя 0–4 км. Это приводит к низкой обусловленности системы интегральных уравнений, используемых при решении обратной задачи. Приведены весовые функции дифференциальных сигналов, которые имеют намного лучшую избирательность к нижним слоям тропосферы в интервале высот 0–4 км. Проведены оценки влияния неопределенности параметров взволнованной морской поверхности на точность дифференциальных методов. При 20% отклонения профиля влажности от стандартного отклик дифференциальных сигналов имеет масштаб около 1 К, в то время как вклады неопределенности данных по температуре, солености и поверхностном волнении вместе дают погрешности на уровне 0,25 К. Это обусловлено дифференциальным принципом измерения сигналов и происходит за счет взаимного вычитания искажающих факторов на разных частотах. Данная особенность предложенных методов обеспечивает устойчивую сходимость решения обратной задачи и, по нашему мнению, позволяет использовать новые дифференциальные методы измерений в окрестности полосы 22 ГГц для восстановления профиля водяного пара в нижней тропосфере.
Ключевые слова: измерение излучения атмосферы, дистанционное зондирование, дифференциальные методы, водяной пар, радиометрические измерения, обратная задача, измерение влажности из космоса, подстилающая поверхность
Полный текстСписок литературы:
- Кутуза Б.Г., Данилычев М.В., Яковлев О.И. Спутниковый мониторинг Земли: Микроволновая радиометрия атмосферы и поверхности. М.: ЛЕНАЛЕНД, 2016. 336 с.
- Стерлядкин В.В., Косов А.С. Определение вертикального профиля водяного пара в атмосфере до 80 км по радиопросвечиванию трассы спутник-земля // Исследовавние Земли из космоса. 2014. № 3. С. 14–24.
- Стерлядкин В.В., Пашинов Е.В., Кузьмин А.В., Шарков Е.А. Дифференциальные радиотепловые методы восстановления профиля влажности атмосферы с борта космических аппаратов // Исследование Земли из космоса. 2017. № 2. С. 64–76.
- Стерлядкин В.В., Шарков Е.А. Дифференциальные радиотепловые методы определения вертикального профиля водяного пара в тропосфере и стратосфере Земли // Исследование Земли из космоса. 2014. № 5. С. 15–28.
- Gohil B.S., Mathur A.K. Atmospheric humidity profile retrieval algorithms for Megha-Tropiques SAPHIR: a simulation study and analysis of AMSU-B data // Remote Sensing of the Atmosphere and Clouds: Proc. SPIE. 2006. Vol. 6408. P. 640803-1–640803-9.
- Klein A., Swift C. An improved model for the dielectric constant of sea water at microwave frequencies // IEEE Trans. Antennas and Propagation. 1977. Vol. 25. No. 1. P. 104–111.
- Mathur A.K., Gangwar R.K., Gohil B.S., Sanjib K.D., Prashant Kumar, Munn V. Shukla, Simon B., Pal P.K. Humidity profile retrieval from SAPHIR on-board the Megha-Tropiques // Current Science. 2013. Vol. 104. No. 12. P. 1650–1655.
- Rosenkranz P.W. Water vapor microwave continuum absorption: A comparison of measurements and models // Radio Sciences. 1998. No. 33 (4). P. 919–928.
- Sasaki Y., Asanuma I., Muneyama K., Naito G., Suzuki T. The dependence of sea-surface microwave emission on wind speed, frequency, incidence angle, and polarization over the frequency range from 1 to 49 GHz // IEEE Trans. Geosciences Remote Sensing. 1987. Vol. GE-25. No. 2. P. 138.
- Sivira R.G., Brogniez H., Mallet C., Oussar Y. A layer-averaged relative humidity profile retrieval for microwave observations: design and results for the Megha-Tropiques payload // Atmospheric Measurement Techniques. 2015. No. 8. P. 1055–1071.
- Weng F., Zou X. Introduction to Suomi national polar-orbiting partnership advanced technology microwave sounder for numerical weather prediction and tropical cyclone applications // J. Geophysical Research. 2012. No. 117. P. 2156–2202.
- Westwater E.R., Schroeder J.A. Guide to microwave weighting function calculations // NOAA Technical Memorandum. ERL WPL-225. 1992.