Новые алгоритмы для работы с данными прибора МТВЗА-ГЯ разрабатывают сотрудники ИКИ РАН. Результаты этой работы уже используются в информационной системе «ВЕГА-Science». Аббревиатура МТВЗА расшифровывается как «Модуль температурного и влажностного зондирования атмосферы». Это сверхвысокочастотный радиометр, который регистрирует микроволновое излучение от поверхности нашей планеты, и в первую очередь, её атмосферы и океана.

Используя данные об интенсивности этого излучения в определенных участках спектра, можно восстанавливать многие важные для метеорологии показатели – геопараметры: скорость и направление ветра, температуру океана, количество влаги в атмосфере и другие. Подобные приборы работают на многих спутниках дистанционного зондирования Земли.

МТВЗА-ГЯ разработан в АО «Российские космические системы».

Предшественники современного прибора – микроволновый сканер-зондировщик МТВЗА впервые был установлен на КА «Метеор-3М» (2001–2003), а его модификация МТВЗА-ОК (оптико-микроволновый сканер) – на борту КА «Сич-1М» (2004–2006).

МТВЗА‑ГЯ был разработан для космических аппаратов серии «Метеор‑М» (головной разработчик – ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ»). ГЯ в аббревиатуре добавлены в честь выдающегося конструктора космических приборов Геннадия Яковлевича Гуськова. Он предназначен для определения температуры и влажности атмосферы, зондирования океана и суши.

Сегодня в космосе работают два таких прибора. Первый установлен на спутнике «Метеор-М» № 2-2 (запущен в 2019 г.), второй– на «Метеоре-М» № 2-3, который был запущен в мае 2023 г. и сейчас проходит летные испытания.

Радиометрические каналы сканера МТВЗА‑ГЯ включают рабочие частоты в окнах прозрачности атмосферы и слабой линии поглощения водяного пара 10,6 ГГц; 18,7; 23,8; 31,5; 36,7; 42; 48 и 91 ГГц, а зондировщика – в линиях поглощения кислорода 52–58 ГГц и водяного пара 183 ГГц.

По своим характеристикам МТВЗ-ГЯ соответствует аналогам – СВЧ-радиометрам, установленным на зарубежных спутниках, например, аппаратах серии NOAA и DMSP-F16 (США). Но есть отличия, вызванные особенностями конструкции, из-за которых у МТВЗА-ГЯ необычный угол падения луча зрения в 65 градусов (обычно для приборов такого типа он составляет около 53 градусов). Если говорить упрощенно, то этот показатель характеризует и чувствительность измерений прибора к изменению различных геофизических параметров, и ширину полосы, которая попадает в его поле зрения по мере движения по орбите. Важно, что алгоритмы обработки данных, «настроенные» для угла падения в 53 градуса, не подходят к обработке данных МТВЗА-ГЯ. Поэтому его данные было сложно «встроить» в уже работающие информационные системы по работе с данными дистанционного зондирования. Следует либо адаптировать имеющиеся алгоритмы, либо создавать новые.

В рамках этой задачи Дмитрий Сазонов, научный сотрудник отдела «Исследования Земли из космоса» ИКИ РАН, разработал алгоритмы восстановления некоторых геопараметров по данным МТВЗА-ГЯ – температуры поверхности океана, скорости ветра, интегрального содержания водяного пара в атмосфере и интенсивности осадков. Также он оценил точность работы этих алгоритмов, используя данные реанализа (результаты усвоения независимых измерений других спутниковых и наземных систем в моделях, описывающих состояние и динамику атмосферы и океана).

Чтобы восстановить температуру поверхности океана, значения скорости ветра и количества водяного пара, использовались данные 11 из 24 радиометрических каналов прибора. Был составлен регрессионный алгоритм, с помощью которого были проанализированы архивные данные прибора за февраль–ноябрь 2020 года. Затем полученные результаты сравнивались с данными реанализа за то же время.

По итогам анализа исследователем сделан вывод, что точность восстанавливаемых по данным МТВЗА-ГЯ параметров сравнима с той, что получается при использовании зарубежных приборов. Дополнительное улучшение можно получить при более точной географической привязке данных.

Далее Дмитрий Сазонов предпринял попытку восстановить интенсивность осадков, используя индекс рассеяния. Этот показатель характеризует наличие рассеивателей в атмосфере (например, мелких капелек воды и кристаллов льда), которые ослабляют восходящее радиотепловое излучение. Например, очень хорошо рассеивают излучение на определенной длине волны облака. Сильно рассеивают излучение выпадающие осадки.

В решении этой задачи использовались данные всех доступных частотных каналов прибора. Оказалось, что хотя в целом можно восстанавливать интенсивность осадков, но на точности оценок критически сказываются погрешности геопривязки в отдельных измерительных каналах (на высоких частотах). Оказывается, что лучи зрения прибора в различных каналах необходимо привязывать независимо, иначе наблюдения на краях объектов с резко меняющимися свойствами (например, на границах зон осадков) могут относиться к природным средам с различными характеристиками. Это приводит к противоречивым, не имеющим физического смысла результатам обработки.

Результаты этой работы начинают использоваться в практике – в настоящее время в информационную систему «ВЕГА-Science», созданную в ИКИ РАН, включен алгоритм восстановления водяного пара и ведутся работы над добавлением других геопараметров. Исследователь планирует также постепенно включать в систему инструменты работы с данными спутников серии «Метеор-М».

Источник: ИКИ РАН.