New Algorithms For Earth Remote Sensing Data Of MTVZYa Instrument

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.