пространственная динамика крупномасштабного

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИНАМИКА
КРУПНОМАСШТАБНОГО
РАДИОТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ОСНОВНЫХ ТИПОВ ЗЕМНОЙ
ПОВЕРХНОСТИ В ДЕЦИМЕТРОВОМ
ДИАПАЗОНЕ
Мильшин А.А., Гранков А.Г., Шелобанова Н.К.
ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН
Приводятся примеры результатов моделирования глобального
радиотеплового излучения основных типов земной поверхности:
широколиственных вечнозеленых лесов, широколиственных лесов,
смешанных хвойных и широколиственных лесов, хвойных лесов,
высокоширотных лиственных лесов, саванн, степей, пустынь и тундры
с пространственным разрешением 4°х 5° по широте и долготе на
длинах волн 10, 15, 21, 30, 43, 50, 75 и 100 см и временных
масштабах в один месяц.
Моделирование радиояркостной температуры земной поверхности
выполнено с помощью разработанной модели глобального
радиотеплового излучения Земли. При моделировании учитывается
вклад радиотеплового излучения четырех уровней: суши (воды),
растительного покрова, атмосферы (тропосферы и ионосферы) и
галактического радиоизлучения.
Рассматривается глобальное радиоизлучение основных компонентов
модели: океана, суши, растительности, атмосферы и галактического
радиоизлучения, а также систем «почва-атмосфера-космос», «океанатмосфера-космос», «почва-растительность-атмосфера-космос» на
разных длинах волн.
Приводятся результаты статистического и спектрального (на
различных длинах волн) анализа пространственной динамики
основных типов земной поверхности.
Радиотепловое излучение
тропосферы по данным моделирования на волне 21 см в
июле 1992 г.
Спектральная зависимость модельных средних
(верхние кривые) и среднеквадратических значений ЯТ
тропосферы для июля 1992 г.
Яркостная температура, К
3
2
над сушей
над океаном
1
0
20
40
60
Длина волны, см
80
100
Радиоизлучение
дневной ионосферы по данным моделирования на
волне 75 см при числе Вольфа 100 в июле.
Широтная зависимость среднемесячных ЯТ
космического радиоизлучения
Яркостная температура, К
100
100 см
75 см
50 см
10
30 см
21 см
10 см
-80
-60
-40
-20
0
20
Широта, град.
40
60
80
Радиотепловое излучение системы «океан-атмосферакосмос» по данным моделирования на волне 21 см для
июля 1992 г.
Спектральная зависимость модельных средних
(верхние три кривые) и среднеквадратических значений
ЯТ Мирового океана для июля 1992 г. 1 – ЯТ системы
СОАК, 2 – ЯТ отраженного поверхностью океана
излучения небосвода, 3 – ЯТ – собственного излучения
океана, ослабленного атмосферой
Яркостная температура, К
100
10
1
1
2
3
20
40
60
Длина волны, см
80
100
Вариации радиотеплового излучения
Мирового океана относительно солености 35 г/л по
данным моделирования на волне 43 см в июле 1992 г.
Яркостная температура, К
Спектральные вариаций радиотеплового излучения
Мирового океана относительно солености 35 г/л по
данным моделирования в июле 1992 г. 1 – среднее ЯТ
, 2 - скв, 3 – ЯТ min, 4 – ЯТ max.
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
1
2
3
4
S = 35 г/л
20
40
60
Длина волны, см
80
100
Пространственное распределение основных типов
земной поверхности модели глобального
радиоизлучения Земли
Пространственное распределение ЯТ СПРАК по
данным моделирования на волне 21 см в июле 1992 г.
Пространственное распределение ЯТ СПРАК по
данным моделирования на волне 75 см в июле 1992 г.
Пространственное распределение относительной доли
леса в ячейке
Пространственные вариации температуры основных
типов поверхности суши в июле 1992 г.
Температура суши, К
Ò,
ñêâ Ò,
Ò ì èí .,
Ò ì àõ.
100
10
1
1
2
3
4
5 6 7 8 9 10 11 12
Тип поверхности
Пространственные вариации влажности почв основных
типов поверхности суши в июле 1992 г.
W,
W min,
W max,
(ñêâ W)/W
Влажность почвы, г/см 3
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
ñêâ W,
1
2
3
4
5
6 7 8
Тип суши
9 10 11 12
Спектральная зависимость модельных средних
значений ЯТ основных типов поверхности суши для
июля 1992 г.
280
Яркостная температура, К
1
260
9
240
220
2
6
7
3
8
D
4
C
200
5
T
180
20
40
60
Длина волны, см
80
100
Спектральная зависимость модельных
среднеквадратических значений ЯТ основных типов
поверхности суши для июля 1992 г.
9
Яркостная температура, К
25
3
20
5
7
8
C
2
15
6
4
1
10
D
5
T
20
40
60
Длина волны, см
80
100
Выводы
1). Пространственная неоднородность радиотеплового
излучения системы «океан-атмосфера-космос» обусловлена:
пространственной неоднородностью глобальных полей
температуры и солености в поверхностном слое океана,
пространственными вариациями коэффициента излучения
океана и вариациями отраженного космического
радиоизлучения.
2). Пространственная неоднородность радиотеплового
излучения системы «почва-растительность-атмосферакосмос» обусловлена:
пространственной неоднородностью глобальных полей
влажности в поверхностном слое почвы, неоднородностью
плотности растительного покрова, пространственными
вариациями коэффициента отражения от суши и вариациями
отраженного космического радиоизлучения.
3). Для большинства типов суши на волнах длиннее 30 см
наблюдается монотонный спад дисперсии яркостной
температуры.