Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2026. Т. 23. № 1. С. 87-99
О сопоставлении СВЧ-радиометрических измерений нисходящего излучения безоблачной атмосферы в диапазоне 18–27,2 ГГц с модельными расчётами по данным радиозондов
А.Б. Аквилонова 1 , М.Т. Смирнов 1 , Б.Г. Кутуза 2 1 Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Московская обл., Россия
2 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 08.12.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-1-87-99
Проведено сопоставление результатов наземных спектральных СВЧ-радиометрических измерений излучения безоблачной атмосферы в области линии поглощения водяного пара с расчётами яркостной температуры, вычисленной по радиозондовым данным ближайшей метеостанции. Измерения проводились при помощи СВЧ-радиометра-спектрометра Р22М в диапазоне 18,0–27,2 ГГц на территории Фрязинского филиала Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН (г. Фрязино). Данные радиозондирования использовались с ближайшей метеостанции «Долгопрудная», расположенной на расстоянии примерно 40 км от г. Фрязино. Анализ показал, что совпадение/несовпадение экспериментальных данных и расчётных по радиозондам зависит от направления потоков воздуха в месте как проведения СВЧ-радиометрических измерений, так и запуска радиозондов. Лучшее совпадение наблюдается при устойчивой антициклональной ситуации. Получены средние отклонения расчётных и экспериментальных данных за 2023 и 2024 гг. Наибольшие расхождения между экспериментальными и расчётными данными наблюдаются на низкочастотном склоне линии. Анализируются возможные причины этой разности, обусловленные ошибками калибровки и погрешностями используемых моделей, а также синоптической обстановки и направления движения воздушных масс. Проведено сравнение результатов измерений с расчётами по трём моделям излучения. Показано, что все они дают разный результат в зависимости от конкретных профилей температуры и влажности атмосферы.
Ключевые слова: СВЧ-радиометрия, радиояркостная температура, влажность атмосферы
Полный текстСписок литературы:
- Аквилонова А. Б., Егоров Д. П., Кутуза Б. Г., Смирнов М. Т. Изучение характеристик облачной атмосферы по результатам измерений спектров ее нисходящего СВЧ излучения в области резонансного поглощения водяного пара 18,0–27,2 ГГц // Метеорология и гидрология. 2022. № 12. С. 66–77. DOI: 10.52002/0130-2906-2022-12-66-77.
- Березин Е.А, Тимофеев Ю. М., Виролайнен Я. А., Волкова К. А. Сравнение наземных микроволновых измерений общего содержания водяного пара с радиозондовыми данными // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 1. С. 56–63. DOI: 10.15372/AOO20160107.
- Быков В. Ю., Ильин Г. Н., Караваев Д. М., Щукин Г. Г. СВЧ радиометрические измерения содержания парообразной и жидкокапельной влаги в тропосфере // Тр. Военно-косм. акад. им. А. Ф. Можайского. 2020. Вып. 567. С. 128–132.
- Гурвич А. С., Ершов А. Т., Наумов А. П., Плечков В. М. Исследование влагосодержания атмосферы методом наземной радиотеплолокации // Метеорология и гидрология. 1972. № 5. С. 22–27.
- Караваев Д. М., Щукин Г. Г. Современное состояние и перспективы применения микроволновой радиометрии атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28. № 12. С. 1122–1127. DOI: 10.15372/AOO20151210.
- Кутуза Б. Г., Данилычев М. В., Яковлев О. И. Спутниковый мониторинг Земли: микроволновая радиометрия атмосферы и поверхности. М.: Изд-во ЛЕНАНД, 2015. 335 с.
- Островский Е. В., Фридзон М. Б. Надежность и достоверность определения общего влагосодержания дистанционными методами при их сопоставлении с данными стандартного радиозондирования атмосферы // Научный вестн. МГТУ ГА. Сер. Радиофизика и радиотехника. 2008. № 133. С. 40–44.
- Плечков В. М. Корреляция между радиометрическими и аэрологическими данными о содержании паров воды в атмосфере // Физика атмосферы и океана. 1969. Т. 5. № 9. С. 970–972.
- Плечков В. М., Гурвич А. С., Снопков В. Г. Экспериментальные исследования интегрального содержания водяного пара над океаном при радиометрических измерениях теплового излучения атмосферы с корабля // Докл. Акад. наук СССР. Геофизика. 1970. Т. 193. № 5. С. 1041–1043.
- Сазонов Д. С., Садовский И. Н., Пашинов Е. В., Кузьмин А. В. Метод наклонной калибровки радиометрического приёмника в натурных условиях // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 4. С. 40–50. DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-4-40-50.
- Смирнов М. Т., Саворский В. П., Маречек С. В., Турыгин С. Ю. Спектральные измерения нисходящего радиотеплового излучения атмосферы в диапазоне 18–27 ГГц // Материалы Всероссийской науч. конф. «7-е Всероссийские Армандовские чтения. Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». Муром: Изд-во Полигр. центр МИ ВлГУ, 2017. С. 175–179.
- Фридзон М.Б, Ермошенко Ю. М. Радиозондирование атмосферы // Мир измерений. 2009. № 7. С. 17–21.
- Askne J. I. H., Westwater E. R. A review of ground-based remote sensing of temperature and moisture by passive microwave radiometers // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 1986. V. GE-24. No. 3. P. 340–352.
- Belikovich M. V., Makarov D. S., Serov E. A. et al. Validation of atmospheric absorption models within the 20–60 GHz band by simultaneous radiosonde and microwave observations: The advantage of using ECS formalism // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 23. Article 6042. https://doi.org/10.3390/rs14236042.
- Cimini D., Westwater E. R., Han Y., Keihm S. Ground-based microwave radiometer measurements and radiosonde comparisons during the WVIOP2000 field experiment // 12th ARM Science Team Meeting Proc. Saint Petersburg, Florida, 2002. 9 p.
- Cimini D., Westwater E. R., Han Y., Keihm S. J. Accuracy of ground-based microwave radiometer and balloon-borne measurements during the WVIOP2000 field experiment // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 2003. V. 41. No. 11. P. 2605–2615. DOI: 10.1109/TGRS.2003.815673.
- Liebe H. J. MPM — An atmospheric millimeter-wave propagation model // Intern. J. Infrared and Millimeter Waves. 1989. V. 10. P. 631–650. https://doi.org/10.1007/BF01009565.
- Skoog B. G., Askne J. I. H., Elgered G. Experimental determination of water vapor profiles from ground-based radiometer measurements at 21.0 and 31.4 GHz // J. Applied Meteorology and Climatology. 1982. V. 21. Iss. 3. P. 394–400. DOI: 10.1175/1520-0450(1982)021<0394:EDOWVP>2.0.CO;2.
- Larosa S., Cimini D., Gallucci D. et al. PyRTlib: an educational Python-based library for non-scattering atmospheric microwave radiative transfer computations. // Geoscientific Model Development. 2024. V. 17. Iss. 5. P. 2053–2076. https://doi.org/10.5194/gmd-17-2053-2024.
- Xu G., Xi B., Zhang W. et al. Comparison of atmospheric profiles between microwave radiometer retrievals and radiosonde soundings // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2015. V. 120. Iss. 19. P. 10313–10323. https://doi.org/10.1002/2015JD023438.