Диссертация (Исследование точностных характеристик и методика калибровки бортовых инфракрасных фурье-спектрометров температурно-влажностного зондирования атмосферы земли), страница 15

Результаты сопоставления с SEVIRIДля настоящего сопоставления были выбраны следующие условиясовмещения (задавались с помощью фильтров):1) рассогласование по времени не более 10 мин.;1172) рассматриваемый регион съемки – в пределах ±5 градусов по широте и долготеотносительно подспутниковой точки Meteosat-10 (Гвинейский залив);3) выбирались такие измерения ИКФС-2, для которых зенитный угол спутника непревышает 5 градусов;4) использовались как ночные, так и дневные измерения.Результаты сопоставления представлены на Рисунке 4.13. Видно, что дляканалов 12.0, 10.8, 9.7 и 8.7 мкм среднее значение разности температур SEVIRI иИКФС-2 не превышает 0.1 К.

Для канала 13.4 мкм яркостная температура,измеряемая SEVIRI, меньше приведенной яркостной температуры для ИКФС-2 всреднем на 1.0 К. Однако причиной в данном случае является смещениекалибровки канала 13.4 мкм SEVIRI, наблюдаемое по сопоставлению севропейским фурье-спектрометром IASI и подтвержденное GSICS. Что касаетсяканала 7.3 мкм, то несмотря на то, что разность температур SEVIRI и ИКФС-2составляет в среднем чуть более 0.1 К, в действительности она зависит отяркостной температуры сцены и составляет +0.3 К для сцены 255 К и -0.3 К длясцены 275 К.

Следует отметить, что требование ТЗ на погрешностьрадиометрической калибровки ИКФС-2 составляет 0.5 К для спектральногодиапазона (11-12) мкм и температур сцены (280-300) К.Следует отметить, что поскольку в рамках GSICS проводится аналогичнаяпроцедура сопоставления измерений SEVIRI и IASI, то тем самым имеетсявозможность сопоставить измерения ИКФС-2 с измерениями европейского фурьеспектрометра IASI, обладающего хорошей калибровкой и широко используемогов качестве референсного прибора.

Результаты сопоставления за февраль-июль2015 года представлены в сводной Таблице 8.Проведенное исследование не обнаружило наличие временного тренда(ухода) состояния калибровки, что говорит о стабильности калибровки ИКФС-2.118IR13.4IR12.0IR10.8IR9.7IR8.7WV7.3Рисунок 4.13.Результаты сопоставления измерений ИКФС-2 и SEVIRI (февраль – июль 2015 г.)119Таблица 8.Сводная таблица результатов сопоставления ИКФС-2 и SEVIRIКанал SEVIRI11(IR13.4)10(IR12.0)9(IR10.8)8(IR 9.7)7(IR 8.7)6(IR 7.3)Спектральныйдиапазон, мкм *12.52 –14.1811.37 –12.5710.15 –11.459.50 –9.838.47 –8.967.04 –7.69Спектральныйдиапазон, см-1705.2 –798.7795.5 –879.5873.4 –985.21015 –11451116.1 –1180.61300.4 –1420.5Средняя ярк. темп.сцены, К267285286261284255Среднее смещениеSEVIRI-IKFS, K-1.00-0.099+0.088+0.084+0.062+0.116Среднее смещениеSEVIRI-IASI, K-1.0 ± 0.20 ± 0.10 ± 0.10 ± 0.10 ± 0.10 ± 0.2Среднее смещениеIKFS-IASI, K± 0.20.1 ± 0.10.1 ± 0.10.1 ± 0.10.1 ± 0.10.1 ± 0.2* - по уровню 0.1 от максимума спектральной чувствительностиСопоставлениерадиометрическойсSEVIRIкалибровкипозволяетИКФС-2определить«укрупненно»,ссостояниеусреднениемрезультатов по достаточно широкому спектральному интервалу чувствительностиконкретного канала SEVIRI.

Более детальная информация может быть полученапри сопоставлении измерений ИКФС-2 с данными аппаратуры, имеющей высокоеспектральное разрешение, близкое к ИКФС-2. Такими приборами являютсяфурье-спектрометры IASI, CrIS, а также дифракционный спектрометр AIRS.4.3. Сопоставление измерений аппаратуры ИКФС-2 и европейскогофурье-спектрометра IASI (спутники Metop)Сопоставление измерений спектрорадиометров, установленных на КА,вращающихся на солнечно-синхронных орбитах, в общем случае принятопроводить методом SNO (Simultaneous Nadir Overpass). Однако параметры орбиткосмических аппаратов «Метеор-М» №2 и Metop-A/B очень близки, обе орбитыутренние, местное время пересечения экватора для них практически совпадает120(9:10 и 9:30 для нисходящего узла соответственно). Поэтому для данной пары КАпериодическивозникаютблагоприятныедляпроведениясопоставленийситуации, когда на протяжении длительного промежутка времени спутникиследуют «рядом» друг с другом (Рисунок 4.14).Рисунок 4.14.Благоприятные ситуации для проведения сопоставления между приборамиИКФС-2 (КА «Метеор-М» №2) и IASI (Metop-A/B); слева – почти полноесогласование по времени измерений, смещение по долготе пересечения экватораоколо 5 градусов; справа – подспутниковые траектории совмещены,рассогласование по времени около 20 минутТаблица 9.Характеристики приборов ИКФС-2 и IASI, учитываемые при преобразованииИФГ для возможности сопоставленияхарактеристика\приборИКФС-2IASIспектральный диапазон660…2000.5 см-1645…2760 см-1± 1.7 см± 2.0 см0.35 см-1 (LW)0.70 см-1 (MW)Гаусс0.25 см-10.7 см-1 (LW)1.4 см-1 (MW)30 км * 1 пиксел0.5 см-1диапазон ОРХ, смшаг спектральной сеткифункция аподизацииFWHM, см-1пространственное разрешение в надире(эффективный диаметр)Гаусс12 км * 4 пиксела121Поскольку приборы ИКФС-2 и IASI имеют различия в спектральных ипространственныххарактеристиках(таблица9),тодлявозможностисопоставления их измерений спектры IASI предварительно приводятся к спектрамИКФС.

Для этого:1) из спектра IASI формируется искусственная ИФГ; поскольку шаг сетки IASIсоставляет dv = 1/(2*МРХ) = 0.25 см-1, то ИФГ автоматически оказываетсяопределенной в диапазоне оптической разности хода ±2 см;2) из полученной ИФГ вычисляется соответствующая неаподизированная ИФГIASI (после деления на гауссоиду, фурье-образ которой есть функция Гаусса спараметром FWHM = 0.5 см-1);3) края неаподизированной ИФГ IASI «обрезаются» до диапазона ±1.7 см, чтосоответствует диапазону изменения ОРХ ИКФС-2;4)применяетсяаподизацияИКФС-2(функцияГауссаспараметромFWHM = 0.7 см-1 в длинноволновом диапазоне и FWHM = 1.4 см-1 – всредневолновом);5) вычисляется преобразование Фурье для получения итогового спектра IASI,приведенного к аппаратной функции ИКФС-2, который затем пересчитывается насетку ИКФС-2 с шагом 0.35 (0.7) см-1; интерполяция может проводиться как вчастотной области (интерполяционная формула Котельникова), так и впространственной области (путем дополнения ИФГ нулями перед БПФ).Кроме того, поскольку величина мгновенного поля зрения в надире для IASIсоставляет 12 км, а для ИКФС около 30 км, то измерения IASI усреднялись почетырем субпикселам (усреднялись как спектры, так и значения долготы ишироты).Приэтомдополнительновычислялосьсреднеквадратическоеотклонение для спектров четырех субпикселей IASI, позволявшее судить оравномерности сцены.Первые сопоставления между приборами ИКФС-2 и IASI были проведенына основании полусуточных данных за 5-6 февраля 2015 г.

Временноерассогласование между КА «Метеор-М» № 2 и Metop-A составляло примерно 16минут, т.е. КА Metop-A летел вслед КА «Метеор-М» № 2 с задержкой примерно в122960 секунд. Используемые условия совмещения измерений представлены вТаблице 10.Таблица 10.Условия совмещения измерений ИКФС-2 и IASI«мягкие»не более 20 км«жесткие»не более 10 кмрасстояние между измерениями IASIи ИКФСнесоответствие зенитных угловне более 0.02не более 0.01спутника (согласно 4-1)------------------------------------------------ ----------------------- -----------------------число совмещенных измерений9350 спектров1298 спектровПри этом расстояние между двумя точками на поверхности Земли, заданнымикоординатами долготы и широты (φ, λ):L = RЗ ⋅ arccos {sin φA ⋅ sin φB + cos φA ⋅ cos φB ⋅ cos(λ A − λB )} .ЗдесьRЗ - средний радиус Земли. Для данной даты расстояние междуподспутниковыми треками «Метеор-М» № 2 и Metop-A составляло около 200 км,т.е.

трек одного КА был виден другим КА под зенитным углом ≈13°. Поэтомувблизи экватора и на средних широтах совмещения могли иметь место только дляточек, расположенных между треками спутников (Рисунок 4.15). В приполярныхобластях количество совмещенных измерений существенно выше, посколькутреки спутников на больших широтах почти совпадают.На Рисунке 4.16 показаны спектры в терминах СПЭЯ, а на Рисунке 4.17 – втерминах яркостной температуры. Видно, что в совмещениях представленширокий(почтимаксимальный)диапазонинтенсивностейияркостныхтемператур, поскольку присутствуют измерения как над морской поверхностью,так и над сушей, как в экваториальной области, так и в приполярной, какоблачные, так и безоблачные.123Рисунок 4.15.Маршруты съемки IASI (синий цвет) и ИКФС (зеленый); красным цветомотмечены совмещенные измерения («мягкие» условия совмещения); полосаобзора IASI показана в пределах 1000 кмРисунок 4.16.Спектры совмещенных измерений в терминах СПЭЯ (всего 9350)124Рисунок 4.17.Спектры совмещенных измерений ИКФС-2 и IASI в терминах яркостнойтемпературы (всего 9350)На Рисунке 4.18 слева представлена гистограмма разности яркостныхтемператур ИКФС-2 и IASI в окне прозрачности атмосферы вблизи 900 см-1(11мкм).

Видно, что распределение имеет почти симметричный видотносительно среднего значения, близкого к нулю. Дисперсия распределениядостаточно велика, что может быть обусловлено остаточным пространственновременным рассогласованием измерений (до 20 км и 16 минут соответственно),так и различием в угловой чувствительности приборов, проявляющимся дляпространственно неоднородных сцен.125Рисунок 4.18.Гистограмма разности яркостных температур для совмещенных измерений в окнепрозрачности атмосферы вблизи 900 см-1 (11 мкм) до (слева, 9350 спектров) ипосле (справа, 810 спектров) фильтрации по критерию равнояркой сцены (4.6)Еслисредивсехсовмещенныхизмеренийисключитьспектрыснеоднородной сценой, то разброс разности яркостных температур междуизмерениями двух приборов значительно уменьшится (Рисунок 4.18 справа).