Глобальный мониторинг температуры поверхности океана по данным спутникового микроволнового радиометра МТВЗА-ГЯ
ISARD-2025-satellite004
В состав целевой аппаратуры полярно-орбитальных космических аппаратов (КА) серии МЕТЕОР-М (КА № 1, 2, 2-2, 2-3, 2-4 и последующие) входит микроволновой радиометр МТВЗА-ГЯ с функциями сканера и атмосферного зондировщика, измерения которого предназначены для дистанционного определения геофизических параметров атмосферы и подстилающей поверхности, в том числе, глобального мониторинга температуры поверхности океана (ТПО). Радиометрические каналы сканера МТВЗА-ГЯ имеют рабочие частоты в окнах прозрачности атмосферы 10,6, 18,7, 23,8, 31,5, 36,5, 42,0, 48,0 и 91,65 ГГц c вертикальной и горизонтальной поляризацией, а, начиная с КА МЕТЕОР-М № 2-3 (запущен в 2019г.), состав измерений МТВЗА-ГЯ дополнен на экспериментальной основе сканерными каналами с частотами 6,9 и 7,3 ГГц.
В докладе рассмотрены разработка и применение модифицированного по сравнению с [1] нейронно - сетевого алгоритма типа MLP для определения ТПО по данным МТВЗА-ГЯ с КА МЕТЕОР-М № 2-4 (запущен в 2024г.). Входными данными для MLP являются антенные температуры Та, измеренные в пяти вертикально поляризованных каналах МТВЗА-ГЯ с частотами 10,65, 18,7, 23,8, 31,5, 36,5 ГГц, которые, согласно теоретическим оценкам, наиболее чувствительны к вариациям ТПО. Отказ от использования в качестве предикторов радиояркостных температур Тb связан со значительными систематическими расхождениями Та и Тb и желанием избежать влияния дополнительных ошибок, вносимых процедурой внешней калибровки при переходе от шкалы Та к шкале Тb. При разработке нейронно–сетевого алгоритма были выбрана четырехслойная однонаправленная сеть с функцией активации RELU на трёх скрытых слоях и линейной функцией активации нейронов на выходном слое. Число нейронов в скрытых слоях составляет 40, 30 и 15. Обучение нейронной сети выполнено на выборке «пар», состоящих из синхронных, пространственно совмещенных антенных температур Та и значений ТПО по наблюдениям морских буев из базы ICOADS. Объем обучающей выборки составил 6000 пар, территория для формирования выборки была ограничена с 60˚ ю. ш. по 60˚ с. ш. и с 75˚ з. д. и по 30˚ в. д. Были использованы данные четырех дней: 15.07, 15.08, 30.09, 10.10 2024 года.
Приведены примеры карт спутниковых оценок ТПО глобального покрытия, построенных по данным МТВЗА-ГЯ за 01.11.2024 и по «среднеклиматическим» значениям ТПО, полученным по данным реанализа ERA5. Верификация спутниковых оценок ТПО проводилась сравнением с ближайшими по месту и времени наблюдениями морских буев после применения процедуры фильтрации оценок с грубыми отклонениями от «среднеклиматических» оценок ТПО, т. е. превышением среднеклиматической величины ТПО более, чем на +/- 3 стандартных отклонения. Стандартные отклонения посчитаны для каждого узла сетки климатического поля, полученного по данным ERA5. Процедура фильтрации позволяет сохранить более 65% спутниковых оценок ТПО. Величины среднеквадратичной ошибки картирования ТПО по акваториям Земного шара в широтной зоне +/- 60 град. за 01. 11. 2024г. меняются в диапазоне 1,0 – 2,0 С в зависимости от зоны зондирования, что, с учетом достаточно высокого уровня инструментального шума данных МТВЗА-ГЯ, подтверждает работоспособность описанного подхода.
1. Масляшова А.О., Успенский А.Б. Картирование температуры поверхности океана по данным микроволнового радиометра МТВЗА-ГЯ со спутника «Метеор-М» № 2-4 // Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2024. C. 46. DOI 10.21046/22DZZconf-2024a