ИСТИНА

Разработана модель влаго- и теплообмена покрытых растительностью участков суши с атмосферой для вегетационного периода, пригодная для расчета составляющих водного и теплового балансов исследуемой территории (влагозапасов почвы, суммарного испарения, инфильтрации влаги в почву, вертикальных потоков тепла и др.), а также температур поверхности почвы и растительного покрова и распределений влажности и температуры почвенного слоя по глубине (Кучмент и др., 1989; Kuchment, Startseva, 1991; Музылев и др., 2002, 2005). Модель рассчитана на использование построенных по спутниковым данным для каждого пиксела оценок характеристик подстилающей поверхности, метеорологических характеристик (Музылев и др., 2002, 2005, 2010, 2015; Gelfan et al., 2012; Startseva et al., 2014) и влажности поверхности почвы. Оценки характеристик растительности и метеорологических характеристик, являющихся, соответственно, параметрами или входными переменными модели, были получены при тематической обработке данных измерений сканирующих радиометров AVHRR/NOAA, MODIS/EOS Terra и Aqua, SEVIRI/Meteosat-9, -10 (MSG-2, -3) и МСУ-МР/Метеор-М № 2. Значения влажности поверхности почвы были рассчитаны по данным скаттерометров ASCAT/MetOp-A, -B. Значения характеристик почвы, также являющихся параметрами модели, задавались по результатам районирования исследуемой территории по типам почв, проводившегося с привлечением информации из глобальных баз данных FAO. По данным AVHRR и МСУ-МР строились оценки температуры подстилающей поверхности (LST) трех типов: голой почвы Tsg, воздуха на уровне растительного покрова Ta и эффективной температуры поверхности Ts.eff (взвешенной линейной комбинации Tsg и Ta), а также ее излучательной способности E, вегетационного индекса NDVI, листового индекса LAI, проективного покрытия растительностью B, облачности и осадков. По данным MODIS, загружавшимся с веб-сайта LP DAAC (NASA), определялись значения LST Tls, E, NDVI и LAI. По данным SEVIRI были получены оценки Tls, Ta, E, NDVI, LAI, B и осадков. В качестве исследуемой была выбрана находящаяся в лесостепной зоне территория части Центрально-Черноземного региона России, включающая Курскую, Белгородскую, Липецкую, Орловскую, Воронежскую, Тамбовскую и Брянскую области, площадью 227300 км2. Исследования проводились для сезонов вегетации 2013-2016 гг. Целями настоящей работы являлись исследование возможностей привлечения данных МСУ-МР наравне с данными AVHRR, MODIS и SEVIRI при моделировании водного и теплового режимов обширной территории за вегетационный период, а также получение предварительных оценок влажности поверхности почвы по данным ASCAT и их сравнение с результатами расчетов по модели, выполненными при использовании данных наземных и спутниковых измерений. Эти исследования направлены на выявление возможности использования полученных спутниковых оценок при недостатке или отсутствии наземной информации. Разработанные ранее технологии тематической обработки данных измерений AVHRR и SEVIRI (Успенский, Щербина, 1996; Uspensky, Shcherbina, 1998; Музылев и др., 2002; Соловьев, Успенский, 2009; Соловьев и др., 2010, Успенский и др., 2011) были усовершенствованы путем обновления регрессионных зависимостей для LST и характеристик растительности (Музылев и др., 2010; Startseva et al., 2014) и адаптированы к району исследований. Все эти технологии были также апробированы на данных МСУ-МР за 2015-2016 гг. Оценки суточных и месячных сумм осадков для каждого пиксела по данным AVHRR, SEVIRI и МСУ-МР производились при использовании усовершенствованной комплексной пороговой методики (КПМ) детектирования облачности и идентификации ее типов, а также выделения зон осадков и определения их максимальной интенсивности (Волкова, 2013, 2014; Волкова и др., 2015). Ключевым моментом КПМ является переход от оценки интенсивности осадков к оценке их суточных величин. Вероятность выделения по данным AVHRR и SEVIRI зон осадков, совпадавших с фактическими, составляла 75-85 % (Волкова, 2014). Точность оценки осадков по данным МСУ-МР оказалась такой же. Адекватность оценок LST, характеристик растительности и осадков по данным МСУ-МР подтверждалась для упомянутых сезонов вегетации путем сравнения с аналогичными оценками, построенными по наземным данным и данным AVHRR и SEVIRI, а также при сопоставлении фактических значений влагозапасов почвы W и суммарного испарения Ev с рассчитанными по модели при использовании спутниковых оценок названных величин по данным всех рассматривавшихся сенсоров. Использование в модели построенных по спутниковым данным оценок LST, характеристик растительности и осадков производилось с помощью специально разработанных процедур замены наземных оценок этих величин на спутниковые (Музылев и др., 2002, 2005, 2010, 2015; Gelfan et al., 2012; Startseva et al., 2014) при расчетах влагозапасов почвы W, суммарного испарения Ev, вертикальных водных и тепловых потоков, а также температур почвы и растительности и влажности почвы и других характеристик водного и теплового режимов исследуемой территории. Корректность результатов моделирования W и Ev (в том числе при использовании упомянутых оценок по данным МСУ-МР) подтверждена с помощью описанных выше сравнений вычисляемых величин, точность расчета которых находилась в стандартных пределах (10-15 % для W и 20-25 % для Ev). Получены первые пробные оценки влажности поверхности почвы по данным скаттерометров ASCAT для исследуемого региона за сезоны вегетации 2014-2015 гг., выполнено их сравнение с результатами моделирования для ряда агрометеорологических станций региона, проведенного с использованием наземных и спутниковых данных, сформулированы отдельные требования к получаемой информации. На сегодняшний день построенные по данным ASCAT оценки поверхностной влажности могут быть использованы для подбора значений почвенных параметров модели и задания начальных условий по влажности почвы для сезона вегетации. Основным результатом работы можно считать обоснование возможности привлечения информации с разных (в том числе недавно запущенных) ИСЗ с целью ее использования при моделировании водного и теплового режимов территории обширного сельскохозяйственного региона.