Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 5. С. 219-231
Анализ пространственно-временной изменчивости излучения морской воды и морского льда морей Арктики
М.А. Животовская
1 , Е.В. Заболотских
1 , С.М. Азаров
1 1 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 14.08.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-5-219-231
Работа посвящена анализу коэффициентов микроволнового излучения морского льда и морской воды в Арктике на частотах 6,9; 10,65; 18,7; 23,8; 36,5 и 89 ГГц на вертикальной и горизонтальной поляризации. Коэффициенты излучения были рассчитаны для периода с 1 января по 31 декабря 2020 г. с использованием среднесуточных измерений радиометра AMSR2 (англ. Advanced Microwave Scanning Radiometer) и модели радиояркостной температуры микроволнового излучения системы «морской лёд – океан – атмосфера» без учёта рассеяния излучения. Расчёты проводились с использованием данных реанализа ERA5 для температуры поверхности и профилей атмосферных метеопараметров. Для разделения поверхности по типу морской лёд/морская вода использовался готовый спутниковый продукт по сплочённости льда университета Бремена. Результаты свидетельствуют о существенно большей изменчивости коэффициентов излучения морского льда по сравнению с ранее опубликованными исследованиями. Изменчивость коэффициентов излучения арктического морского льда растёт с частотой и на частоте 89 ГГц в два раза выше, чем на частотах 18,7; 23,8; 36,5 ГГц.
Ключевые слова: морской лёд, Арктика, спутниковые микроволновые измерения, микроволновые радиометры
Полный текстСписок литературы:
- Заболотских Е. В., Шапрон Б. Геофизические модельные функции зависимости микроволнового излучения холодного океана от скорости ветра на частотах K и Ka-диапазона для угла 55 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 243–254. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-243-254.
- Andersen S., Tonboe R., Kaleschke L. et al. Intercomparison of passive microwave sea ice concentration retrievals over the high-concentration Arctic sea ice // J. Geophysical Research. 2007. V. 112. No. C8. DOI: 10.1029/2006JC003543.
- Comiso J. C. Sea Ice Concentration and Extent // Encyclopedia of Remote Sensing / ed. Njoku E. G. N. Y.: Springer, 2014. P. 727–743. DOI: 10.1007/978-0-387-36699-9_162.
- Comiso J. C., Meier W. N., Gersten R. Variability and trends in the Arctic Sea ice cover: Results from different techniques // J. Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. No. 8. P. 6883–6900. DOI: 10.1002/2017JC012768.
- Eppler D. T., Farmer L. D., Lohanick A. W. et al. Passive Microwave Signatures of Sea Ice // Microwave Remote Sensing of Sea Ice. Geophysical Monograph Ser. / ed. Carsey F. 1992. V. 68. P. 47–71. https://doi.org/10.1029/GM068p0047.
- Garrity C. Characterization of Snow on Floating Ice and Case Studies of Brightness Temperature Changes During the Onset of Melt // Microwave Remote Sensing of Sea Ice. Geophysical Monograph Ser. / ed. Carsey F. 1992. V. 68. P. 313–328. https://doi.org/10.1029/GM068p0313.
- Hewison T. J., English S. J. Airborne retrievals of snow and ice surface emissivity at millimeter wavelengths // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1999. V. 37. No. 4. P. 1871–1879. DOI: 10.1109/36.774700.
- Imaoka K., Kachi M., Kasahara M. et al. Instrument performance and calibration of AMSR-E and AMSR2 // Intern. Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2010. V. 38. No. 8. P. 13–18.
- Langlois A., Barber D. G. Passive microwave remote sensing of seasonal snow-covered sea ice // Progress in Physical Geography: Earth and Environment. 2007. V. 31(6). P. 539–573. https://doi.org/10.1177/0309133307087082.
- Liu Q., Weng F., English S. J. An Improved Fast Microwave Water Emissivity Model // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2011. V. 49. No. 4. P. 1238–1250. DOI: 10.1109/TGRS.2010.2064779.
- Mathew N., Heygster G., Melsheimer C. Surface emissivity of the Arctic sea ice at AMSR-E frequencies // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2009. V. 47. No. 12. P. 4115–4124. DOI: 10.1109/TGRS.2009.2023667.
- 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. DOI: 10.1109/TGRS.2011.2179662.
- Przybylak R. The Climate of the Arctic. Norwell, MA, USA: Kluwer Academic Publ., 2003. 270 p. DOI: 10.1002/joc.952.
- Spreen G., Kaleschke L., Heygster G. Sea ice remote sensing using AMSR-E 89-GHz channels // J. Geophysics Research: Oceans. 2008. V. 113. No. C2. Article C02S03. DOI: 10.1029/2005JC003384.
- Tedesco M., Mote T., Steffen K. et al. Remote sensing of melting snow and ice // Remote Sensing of the Cryosphere / ed. Tedesco M. Oxford: John Wiley and Sons, 2015. P. 99–122. https://doi.org/10.1002/9781118368909.ch6.
- Tikhonov V. V., Khvostov I. V., Romanov A. N., Sharkov E. A. Theoretical study of ice cover phenology at large freshwater lakes based on SMOS MIRAS data // The Cryosphere. 2018. V. 12. No. 8. P. 2727–2740. https://doi.org/10.5194/tc-12-2727-2018.
- Troy B. E., Hollinger J. P., Lerner R. M., Wisler M. M. Measurement of the microwave properties of sea ice at 90 GHz and lower frequencies // J. Geophysical Research: Oceans. 1981. V. 86. No. C5. P. 4283–4289. https://doi.org/10.1029/JC086iC05p04283.
- Wentz F. J., Meissner T. Atmospheric absorption model for dry air and water vapor at microwave frequencies below 100 GHz derived from spaceborne radiometer observations // Radio Science. 2016. V. 51. No. 5. P. 381–391. DOI: 10.1002/2015RS005858.
- Willmes S., Bareiss J., Haas C., Nicolaus M. The importance of diurnal processes for the seasonal cycle of sea-ice microwave brightness temperatures during early summer in the Weddell Sea // Annals of Glaciology. 2006. V. 44. P. 297–302. https://doi.org/10.3189/172756406781811817.
- Willmes S., Nicolaus M., Haas C. The Microwave Emissivity Variability of Snow Covered First-Year Sea Ice from Late Winter to Early Summer: A Model Study // Cryosphere. 2014. V. 8. P. 891–904. DOI: 10.5194/tc-8-891-2014.
- Zabolotskikh E., Azarov S. Wintertime Emissivities of the Arctic Sea Ice Types at the AMSR2 Frequencies // Remote Sensing. 2022. V. 14. Article 5927. DOI: 10.3390/rs14235927.
- Zabolotskikh E. V., Chapron B. Consideration of Atmospheric Effects for Sea Ice Concentration Retrieval from Satellite Microwave Observations // Russian Meteorology and Hydrology. 2019. V. 44. P. 124–129. https://doi.org/10.3103/S1068373919020055.