Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 3. С. 51-65
Моделирование яркостной температуры и первые результаты, полученные микроволновым радиометром MTВЗA-ГЯ со спутника «Метеор-М» № 2-2
Г.М. Чернявский
1 , Л.М. Митник
2 , В.П. Кулешов
2 , М.Л. Митник
2 , А.М. Стрельцов
1 , Г.Е. Евсеев
1 , И.В. Черный
1 1 ОАО «Российские космические системы», Москва, Россия
2 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, Россия
Одобрена к печати: 28.04.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-51-65
Рассмотрены технические характеристики микроволнового радиометра МТВЗА-ГЯ на метеорологическом спутнике «Метеор-М» № 2-2, запущенном на солнечно-синхронную круговую орбиту высотой 830 км 5 июля 2019 г. Радиометр принимает уходящее излучение Земли на частотах ν в диапазоне 5–200 ГГц при сканировании по конусу под углом 65° к местной нормали. Рассмотрены экспериментальные данные о вариациях температуры горячей согласованной нагрузки, которые вместе с измерениями реликтового излучения используются при внутренней калибровке радиометра. Внутренняя калибровка проводится на каждом скане, что обеспечивает коррекцию вариаций коэффициента усиления и представление данных в шкале антенных температур на вертикальной (В) и горизонтальной (Г) поляризациях. Выполнены расчёты спектров яркостных температур уходящего излучения Земли на каналах радиометра МТВЗА-ГЯ. В качестве входных данных взяты радиозондовые вертикальные профили давления, температуры и влажности атмосферы, профили водности облаков, значения температуры и солёности воды и коэффициенты излучения различных земных покровов. С использованием выполнена внешняя калибровка МТВЗА-ГЯ на частотах имаджера. Приведены глобальные поля Земли на нисходящих (ширина полосы обзора L = 1500 км) и восходящих (L = 2500 км) витках. Поля на вертикальной и горизонтальной поляризациях дают представление о температуре поверхности океана и скорости приводного ветра, интегральном содержании в атмосфере водяного пара, капельной облачности и осадков, характеристиках циклонов, фронтов и атмосферных рек над океаном, распределении морских льдов и свойствах ледяных щитов Антарктиды и Гренландии, температуре земных и растительных покровов и др. В связи с планируемыми запусками последующих спутников серии «Метеор-М» № 2 подчёркнута необходимость совершенствования моделирования яркостной температуры, разработки алгоритмов восстановления параметров, проведения калибровки радиометров и валидации продуктов. Данные измерений и продукты должны быть доступны для пользователей в нашей стране и за рубежом.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, микроволновая радиометрия, моделирование, калибровка, МТВЗА-ГЯ, «Метеор-М» № 2-2, глобальные поля яркостных температур, водяной пар, облачность, осадки
Полный текстСписок литературы:
- Барсуков И. А., Болдырев В. В., 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. СВЧ-радиометр МТВЗА ГЯ спутника «Метеор-М» № 1 // Всероссийская научно-техн. конф. «Актуальные проблемы ракетно-космич. приборостроения и информац. технологий»: сб. тр. М.: Физматлит, 2009. С. 99–107.
- Барсуков И. А., Никитин О. В., Стрельцов А. М., Черный И. В. Калибровка СВЧ-радиометра МТВЗА-ГЯ // Космонавтика и ракетостроение. 2010. Вып. 1(58). С. 131–137.
- Веселов В. М., Милицкий Ю. А., Мировский В. Г., Шарков Е. А., Эткин В. С. Экспериментальная методика определения параметров антенн радиотепловых бортовых комплексов // Исслед. Земли из космоса. 1981. № 2. С. 63–75.
- Кардашев Н. С., Струков И. А. Спутниковый радиоастрономический эксперимент «Реликт» // Наука и человечество. М.: Знание, 1987. C. 173–185.
- Митник Л. М., Митник М. Л. Алгоритм восстановления скорости приводного ветра по измерениям микроволнового радиометра AMSR-E со спутника Aqua // Исслед. Земли из космоса. 2011. № 6. С. 34–44.
- Митник Л. М., Митник М. Л. Калибровка и валидация — необходимые составляющие микроволновых радиометрических измерений со спутников серии «Метеор-М» № 2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 1. С. 95–104.
- Митник Л. М., Кулешов В. П., Митник М. Л. Стрельцов А. М., Чернявский Г. М., Черный И. В. Моделирование яркостных температур и первые результаты, полученные микроволновым радиометром MTВЗA-ГЯ со спутника «Метеор-М» № 2-2 // Материалы Семнадцатой Всероссийской открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 11–15 нояб. 2019. М.: ИКИ РАН, 2019. С. 157.
- Успенский А. Б., Асмус В. В., Козлов А. А., Крамчанинова Е. К., Стрельцов А. М., Чернявский Г. М., Черный И. В. Абсолютная калибровка каналов атмосферного зондирования спутникового микроволнового радиометра МТВЗА-ГЯ // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 5. С. 57–70.
- Чернявский Г. М., Митник Л. М., Кулешов В. П., Митник М. Л., Черный И. В. Микроволновое зондирование океана, атмосферы и земных покровов по данным спутника «Метеор-М» № 2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 78–100. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-78-100.
- Gorodetskaya I. V., Tsukernik M., Claes K., Ralph M. F., Neff W. D., Van Lipzig N. P. M. The role of atmospheric rivers in anomalous snow accumulation in East Antarctica // Geophysical Research Letters. 2014. V. 41. DOI: 10.1002/2014GL060881.
- Hollinger J. P., Pierce J. L., Poe G. A. SSM/I instrument and evaluation // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1990. V. 28. No. 5. P. 781–790.
- Imaoka K., Fujimoto Y., Kachi M., Takishima T., Shiomi K., Mikai H., Mutoh T., Yoshikawa M., Shibata A. Post-launch calibration and data evaluation of AMSR-E // Proc. IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS). Toulouse, France. 21–25 July 2003. V. l. P. 666–668.
- Jones W. L., Park J. D., Soisuvarn S., Hong L., Gaiser P. W., Germain K. M. St. Deep-space calibration of the WindSat Radiometer // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2006. V. 44. No. 3. P. 476–495.
- Lewis D. Rare warming over Antarctica reveals power of stratospheric models // Nature. 2019. V. 574. P. 160–161. DOI: 10.1038/d41586-019-02985-8.
- Meissner T., Wentz F. J. The complex dielectric constant of pure and sea water from microwave satellite observations // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2004. V. 42. No. 9. P. 1836–1849.
- Meissner T., Wentz F. J. The emissivity of the ocean surface between 6 and 90 GHz over a large range of wind speeds and earth incidence angles // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 8. P. 3004–3026.
- Meteorology of the Southern Hemisphere: Meteorological Monographs / eds. Karoly D. J., Vincent D. G. No. 49. V. 27. 410 p. Boston: American Meteorological Society, 1998. DOI: 10.1007/978-1-935704-10-2.
- 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. V. 38. No. 4. 8065. DOI: 10.1029/2002RS002659.
- 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. V. 29. No. 1. P. 156–165.
- Mitnik L., Kuleshov V., Mitnik M., Streltsov A. M., Cherniavsky G., Cherny I. Microwave scanner sounder MTVZA-GY on new Russian meteorological satellite Meteor-M N 2: modeling, calibration and measurements // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2017. V. 10. No. 7. P. 3036–3045. DOI: 10.1109/JSTARS.2017.2695224.
- Mitnik L., Kuleshov V., Chernyavsky G., Cherny I. (2018a) External calibration of MTVZA-GY/Meteor-M No. 2 imager channels // GSICS Quarterly Newsletter. 2018. V. 12. No. 1. P. 9–10. DOI: 10.7289/V5/QN-GSICS-12-1-2018.
- Mitnik L. M., Kuleshov V. P., Mitnik M. L., Baranyuk A. V. (2018b) Passive microwave observations of South America and surrounding oceans from Russian Meteor-M No. 2 and Japan GCOM-W1 satellites // Intern. J. Remote Sensing. 2018. V. 39. No. 13. P. 4513–4530. DOI: 10.1080/01431161.2018.1425569.
- Mitnik L. M., Kuleshov V. P., Pichugin M. K., Mitnik M. L. (2018c) Sudden stratospheric warming in 2015–2016: Study with satellite passive microwave data and reanalysis // Proc. IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS). Valencia, Spain, 23–27 July 2018. P. 5560–5563. DOI: 10.1109/IGARSS.2018.8517495.
- Prakash S., Norouzi H., Azarderakhsh M., Blake R., Tesfagiorgis K. Global land surface emissivity estimation from AMSR2 observations // IEEE Geoscience Remote Sensing Letters. 2016. V. 13. No. 9. P. 1270–1274. DOI: 10.1109/LGRS.2016.2581140.
- Ralph F. M., Dettinger M. D., Lavers D., Gorodetskaya I. V., Martin A., Viale M., White A. B., Oakley N., Rutz J., Spackman J. R., Wernli H., Cordeira J. Atmospheric rivers emerge as a global science and application focus // Bull. American Meteorological Society. 2017. V. 98. No. 9. P. 1969–1973.
- Rosenkranz P. W. Retrieval of temperature and moisture profiles from AMSU-A and AMSU-B measurements // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2001. V. 39. No. 11. P. 2429–2435.
- Surdyk S. Using microwave brightness temperature to detect short-term surface air temperature changes in Antarctica: An analytical approach // Remote Sensing of Environment. 2002. V. 80. P. 256–271.
- Weng F., Zou X., Sun N., Yang H., Tian M., Blackwell W. J., Wang X., Lin L., Anderson K. Calibration of Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS) // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2013. V. 118. P. 1–14.
- Wentz F. J., Ashcroft P., Gentemann C. Post-launch calibration of the TRMM Microwave Imager // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2001. V. 39. No. 2. P. 415–422.
- Yamazaki Y., Matthias V., Miyoshi Y., Stolle C., Siddiqui T., Kervalishvili G., Laštovička J., Kozubek M., Ward W., Themens D. R., Kristoffersen S., Alken P. September 2019 Antarctic sudden stratospheric warming: Quasi-6-day wave burst and ionospheric effects // Geophysical Research Letters. 2020. V. 47. e2019GL086577. URL: https://doi.org/10.1029/2019GL086577.