Методы обработки и интерпретации спутниковых микроволновых измерений в целях температурно-влажностного зондирования атмосферы

Содержание работы:

Глава 1. Физические основы и средства микроволнового

температурно-влажностного зондирования атмосферы со спутников.

1.1. Физические основы микроволнового температурно-влажностного зондирования атмосферы

1.2. Спутниковая аппаратура атмосферного МКВ зондирования

Глава 2. Разработка метода тематической обработки измерений атмосферного МКВ-зондировщика в целях ТВЗА

2.1. Формулировка обратной задачи ТВЗА

2.2. Радиационные расчеты и моделирование измерений МКВ - радиометров

2.3. Анализ информационного содержания данных МТВЗА

2.4. Разработка метода тематической обработки измерений МКВ -радиометров для получения данных ТВЗА

2.5. Учет вариации излучательной способности подстилающей поверхности при тематической обработке модельных измерений спутниковых МКВ -радиометров

Глава 3. Анализ качества и применимости фактической информации микроволнового радиометра МТВЗА для целей ТВЗА

3.1. Описание и предварительный анализ данных фактических измерений МТВЗА

3.2. Регрессионная процедура корректировки сигналов

3.3. Разработка процедуры абсолютной калибровки спутниковых

измерений

Глава 4. Адаптация и испытание метода тематической обработки измерений МКВ радиометров КА “Метеор-ЗМ” №1 и ИСЗ ШАА

4.1. Адаптация метода тематической обработки, численные

эксперименты по обращению данных МТВЗА

4.2. Учет влияния мешающих факторов

4.3. Анализ результатов температурного зондирования атмосферы по данным зондировщика АМБи-А ИСЗЖ)АА

Заключение Список литературы

Актуальность работы.

Бурное развитие методов дистанционного зондирования (ДЗ) в последние десятилетия связано с новыми возможностями наблюдений из космоса с искусственных спутников Земли (ИСЗ). Измерения со спутников характеристик уходящего электромагнитного излучения системы “атмосфера - подстилающая поверхность” позволяют получать разнообразную информацию о параметрах состояния атмосферы и подстилающей поверхности, необходимую при решении таких задач, как исследование общей циркуляции атмосферы, численный прогноз погоды, слежение за опасными метеорологическими явлениями, изучение климатических изменений и определяющих их факторов.

В настоящее время спутниковые измерения уходящего излучения системы “атмосфера - подстилающая поверхность” производятся в широком диапазоне - от ультрафиолетовой (УФ) до инфракрасной (ИК) и микроволновой (МКВ) областей спектра. В силу разнообразия процессов переноса излучения в системе “атмосфера - подстилающая поверхность” это обеспечивает возможность определения обширной совокупности параметров физического состояния атмосферы и подстилающей поверхности.

Одной из основных задач дистанционного метеорологического зондирования является получение количественных данных о вертикальном распределении температуры Т(р) и влажности Ц(р) в атмосфере (р-давление). Информация о Т(р) и Ц(р) или данные температурно-влажностного зондирования атмосферы (ТВЗА) используется в схемах анализа и численного прогноза погоды (ЧПП). Последние исследования по усвоению данных спутникого атмосферного зондирования в прогностических моделях 14СЕР (США), Метеослужб Великобритании и Канады, ЕЦСПП (Европейский Центр Среднесрочного Прогноза Погоды) говорят о том, что указанные данные могут дополнить и, в значительной степени, заменить наблюдения наземной сети метеорологических станций [49,53]. В связи с этим в последние годы большое внимание уделяется совершенствованию методов ТВЗА, повышению достоверности и точности данных ТВЗА.

Методы ТВЗА базируются на интерпретации данных "косвенных" измерений -измерений интенсивности уходящего теплового излучения системы “атмосфера -подстилающая поверхность” с помощью ИК и МКВ радиометров [2,3,14,15]. Для получения всепогодных данных ТВЗА, т.е. зондирований в условиях наличия и отсутствия

Ид. 9, instr.Nolse-0.5K.

Рис. 2.6 Усредняющие ядра для нескольких изобарических поверхностей. “Ширина” кривых АК(р) на уровне, соответствующем 0,5*тах(АК(р)), характеризует потенциальное вертикальное разрешение данных температурного зондирования. Как видно из рис.2.6, наиболее “подходящие” уровни для восстановления Т(р), т е. те, для которых АК(р)-унимодальны и имеют четко выраженные максимумы, соответствует р=850, 700, 500 гПа, причем вертикальное разрешение спутниковых оценок Т(р) невелико - не лучше ЗООгПа.

Был также проанализирован вклад инструментального шума и априорной неопределенности в теоретическую погрешность спутниковых оценок вертикального профиля Т(р). Подобно [19,30,31,71], ковариационная матрица ошибок Г)[Х-Хцло] из (2.9) может быть записана в виде:

Э[Х] = ЫХт +(М +1 ') '£>г м+От ') 1 =</3 + с/2, где Ь = (М + От ''- матрица (т1хп), каждый рый столбец которой представляет функцию влияния]-ого канала,]=1 п. Член с13 - вклад инструментального шума; член с!2 -вклад априорной неопределенности.

На рис.2.7 показаны графики стандартного отклонения ошибки, те. квадратного корня из диагональных элементов ковариационной матрицы ошибок