Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 1. С. 52-60
Методика пересчета спектров теплового излучения атмосферы различного спектрального разрешения для взаимного сопоставления измерений бортовых инфракрасных фурье-спектрометров
Д.А. Козлов
1 , Ю.М. Тимофеев
2 , А.В. Поляков
2 , И.А. Козлов
1 , В. Дёлер
3 , Д. Ортель
3 , Д. Шпенкух
3 1 ГНЦ ФГУП "Центр Келдыша", Москва, Россия
2 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
3 -, -, Германия
Одобрена к печати: 12.12.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-52-60
Представленная методика пересчёта спектров теплового излучения атмосферы предназначена для проведения взаимного сопоставления измерений бортовых ИК-спектрометров различного спектрального разрешения. Данная задача возникает как при интеркалибровке современных фурье-спектрометров температурно-влажностного зондирования атмосферы Земли (аппаратура IASI, CrIS, ИКФС-2), так и при проведении различных климатических исследований с использованием спектральных измерений, разделённых значительным временным промежутком (десятки лет). В частности, значительный интерес представляет сопоставление измерений фурье-спектрометров ИКФС-2 (КА «Метеор-М» № 2, 2014 г. запуска) и SI-1 (КА «Метеор» № 28, 1977 г. запуска), имеющих различные диапазоны оптической разности хода в регистрируемых интерферограммах, функции аподизации и сетки выходных спектральных отсчётов. На примере сопоставления измерений фурье-спектрометров ИКФС-2 и SI-1 рассмотрено поэтапное преобразование измерений прибора с более высоким спектральным разрешением к спектральным данным прибора с меньшим разрешением. Для оценки погрешности пересчёта использовались опорные спектры ИКФС-2 и SI-1, рассчитанные методом line-by-line для одной из стандартных моделей атмосферы с учётом аппаратных функций приборов. В результате сравнения опорного спектра ИКФС-2, пересчитанного к параметрам спектральных данных SI-1 по разработанной методике, с опорным спектром SI-1 получено, что погрешность пересчёта не превышает уровень радиометрического шума приборов.
Ключевые слова: бортовой инфракрасный фурье-спектрометр, спектральное разрешение, аподизация, аппаратная функция, сопоставление измерений, ИКФС-2, SI-1, IASI
Полный текстСписок литературы:
- Бурцев А. И., Пахомов Л. А., Успенский А. Б., Ветлов И. П., Плохенко Ю. В., Соловьев В. И. Температурное зондирование атмосферы с ИСЗ «Метеор-2» // Метеорология и гидрология. 1983. № 10. С. 11–20.
- Головин Ю. М., Завелевич Ф. С., Никулин А. Г., Козлов Д. А., Монахов Д. О., Козлов И. А., Архипов С. А., Целиков В. А., Романовский А. С. Бортовые инфракрасные фурье-спектрометры для температурно-влажностного зондирования атмосферы Земли // Исследование Земли из космоса. 2013. № 6. С. 25–37.
- Головин Ю. М., Завелевич Ф. С., Козлов Д. А., Козлов И. А., Монахов Д. О., Никулин А. Г., Успенский А. Б., Рублев А. Н., Кухарский А. В. Инфракрасный фурье-спектрометр ИКФС-2: результаты эксплуатации на борту метеоспутника «Метеор-М» № 2 // Исследование Земли из космоса. 2017. № 4. С. 88–100.
- Завелевич Ф. С., Головин Ю. М., Мацицкий Ю. П., Никулин А. Г., Козлов Д. А., Монахов Д. О., Козлов И. А., Болмосов И. В., Архипов С. А., Целиков В. А., Романовский А. С. Информационные характеристики летного образца аппаратуры ИКФС-2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 5. С. 291–300.
- Закатов Д. П., Кемпе Ф., Пахомов Л. А. Спектрометр-интерферометр на ИСЗ «Метеор» // Дистанционное зондирование атмосферы со спутников «Метеор». Л.: Гидрометеоиздат, 1979. C. 3–10.
- Кондратьев К. Я., Тимофеев Ю. М. Термическое зондирование атмосферы со спутников. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 410 с.
- Кондратьев К. Я., Тимофеев Ю. М. Метеорологическое зондирование атмосферы из космоса. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 280 с.
- Пахомов Л. А., Тимофеев Ю. М., Шкляревский В. Г., Покровский О. М. Опыт термического зондирования на искусственном спутнике Земли «Метеор» // Метеорология и гидрология. 1971. № 11. С. 5–8.
- Поляков А. В., Тимофеев Ю. М., Виролайнен Я. А., Успенский А. Б., Завелевич Ф. С., Головин Ю. М., Козлов Д. А., Рублев А. Н., Кухарский А. В. Спутниковый атмосферный зондировщик ИКФС-2. 1. Анализ измерений спектров уходящего излучения // Исследование Земли из космоса. 2016. № 5. С. 71–78.
- Успенский А. Б., Рублев А. Н. Современное состояние и перспективы спутникового гиперспектрального атмосферного зондирования // Исследование Земли из космоса. 2013. № 6. С. 4–15.
- Desbiens R., Genest J., Tremblay P., Bouchard J. P. Correction of instrument line shape in Fourier transform spectrometry using matrix inversion // Applied Optics. 2006. V. 45. No. 21. P. 5270–5280.
- Hanel R., Conrath B. Preliminary results from the Interferometer Experiment on Nimbus III // Science. 1969. V. 165. No. 3899. P. 1258–1260.
- Kempe V., Oertel D., Schuster R., Becker-Ross H., Jahn H. Absolute IR-spectra from the measurement of Fourier-spectrometers aboard Meteor 25 and 28 // Acta Astronautica. 1980. V. 7 (12). P. 1403–1416.
- McClatchey R. A., Fenn R. A., Selby J. E. A., Volz F. E., Garing J. S. Optical properties of the atmosphere. 3rd ed. AFCRL, 1972. 108 p.
- Smith W., Revercomb H., Bingham G., Larar A., Huang H., Zhou D., Li J., Liu X., Kireev S. Technical note: Evolution, current capabilities, and future advances in satellite nadir viewing ultra-spectral IR sounding of the lower atmosphere // Atmospheric Chemistry and Physics. 2009. No. 9. P. 5563–5574.
- Tournier B., Blumstein D., Cayla F. R. IASI level 0 and 1 processing algorithms description // Intern. TOVS Study Conf. ITSC-XII. Lorne, Victoria, Australia, Feb. 2002.
- Wark D. Q., Hilleary D. T. Atmospheric temperature: successful test of remote probing // Science. 1969. V. 165. No. 3899. P. 1256–1258.