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. 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 текст

Список литературы:

  1. Кутуза Б.Г., Данилычев М.В., Яковлев О.И. Спутниковый мониторинг Земли: Микроволновая радиометрия атмосферы и поверхности. М.: ЛЕНАЛЕНД, 2016. 336 с.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Rosenkranz P.W. Water vapor microwave continuum absorption: A comparison of measurements and models // Radio Sciences. 1998. No. 33 (4). P. 919–928.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Westwater E.R., Schroeder J.A. Guide to microwave weighting function calculations // NOAA Technical Memorandum. ERL WPL-225. 1992.