Застосування супутникових спостережень для досліджень снігового і льодового

Основні задачі для застосування даних ДЗЗ: льодовий покрив
Моніторинг обсягу і потужності льодового покриву (глобальний і регіональний):
Вивчення міжрічної мінливості і аномалій температур;
Оцінка запасів опадів для аналізу довгострокової мінливості динаміки опадів;
Вивчення варіацій танення для аналізу припливу прісної води в океан з метою оцінки впливу на течії.
Забезпечення навігації (регіональний і локальний рівень):
Супроводження судноплавства в зонах льодоставу;
Визначення небезпеки окремих айсбергів

Основні задачі для застосування даних ДЗЗ: сніговий покрив
Моніторинг обсягу і потужності снігового покриву (глобальний і регіональний):
Вивчення міжрічної мінливості і аномалій температур;
Оцінка запасів опадів для аналізу довгострокової мінливості динаміки опадів;
Дослідження вічної мерзлоти.
Вивчення міжрічної мінливості снігозапасів і динаміки снігового покриву (регіональний і локальний):
Аналіз сніготанення з метою прогнозування динаміки водного балансу територій и прогнозування надзвичайних ситуацій;
Прогнозування біологічної продуктивності ландшафтів (аналіз промерзання ґрунту та динаміка вологонасичення);
Визначення напрямку регіональних кліматичних змін за динамікою переміщення вологих повітряних мас.

Енергетика снігового покриву

Рівняння енергетичного балансу снігового покриву
Радіаційний потік
Опромінення поверхні
загальна радіація (Rn); турбулентний перенос (H E); тепло, що надходить з дощовими опадами (Pz); тепло, що надходить із підстилаючої породи конвективним шляхом (P0); Π - широта; Ω - часовий кут; γ - нахил сонця; Q* - сонячна константа (1395 Дж/м2); k – константа Ван – Кармана; ΦM, ΦH, ΦE – функції Моніна – Обухова; z0 – ступінь аеродинамічної шорсткості снігу; Tz і qz – температура і питома вологість поверхні снігового покриву
Потоки тепла Hz і водяної пари E з поверхні покриву
Модель снігового покриву

Модель сніготанення
Модель танення снігу
Середня температура за добу
Зниження снігового покриву
Зміна площі покриву
Стік талої води
М - середня швидкість танення снігу; Г - аеротермічний градієнт; As -площа покриву; Z(0) –початкова середня товщина снігового покриву; ξ – коефіцієнт регулювання для ємнісних моделей

X – водний еквівалент снігового покриву, R - інтенсивність опадів, hm - інтенсивність вологовіддачі снігу; zn та zn-1 – відносні величини танення снігу за даний та попередній інтервали часу, z0 - значення відносного зменшення снігу, за якого починається водовіддача, γn - поточна вологомісткість снігу; hci=aTi – шар танення снігу в інтервал часу і, a - середній коефіцієнт танення, Ti - температура повітря в інтервал часу і, n - номер розрахункового шагу від моменту початку танення снігу; γmax – максимальна вологоємність снігу (γmax=exp(-4ρ)-0,04), ρ- щільність снігу до початку танення; r1 – надходження з атмосферний опадів, r2 - віддача води із снігового покриву, R - шар опадів, T - середня за місяць температура повітря
Інтенсивність танення снігу
Зменшення запасів снігу
Динаміка снігозапасів і водовіддачі
Рівняння надходження води
Модель танення снігу
Модель динаміки снігових запасів
Подача води на поверхню водозбору I за час Δt

Назва системи: Interactive Multisensor Snow and Ice Mapping System (IMS)
Власник/Розробник системи: National Oceanic and Atmospheric Administration’s National Environmental Satellite Data and Information Service (NOAA/NESDIS)
Контрольовані параметри: розподіл снігового та льодового покриву, відносний вік снігу і льоду, потужність, водний еквівалент, щільність
Роздільна здатність системи: від 1 до 4км просторова, від 3 до 6 годин по метеорологічній моделі, 1 день, 1 тиждень по спостереженням
Система супутникового спостереження льодового і снігового покриву
Історія створення і функціонування системи: експерименти з 1975, старт системи – 1994, стале функціонування – з 2002

Перелік основних приладів для дослідження снігового і льодового покриву
платформа
сенсор
власник
запуск
EOS PM (Aqua)
MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)
NOAA/USA
2002
2009
NOAA/USA
NOAA-19,
/MetOp-A
AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer)
AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit - EOS)
NOAA/USA
1994
AMSU-В (Advanced Microwave Sounding Unit - EOS)
NOAA/USA
EOS PM (Aqua)
2002
NOAA-19,
/MetOp-A
EUMETSAT
SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)
METEOSAT
/MSG
2005

Table 1 Radiometric characteristics of the AMSU-A (from 3,5).
Table 2 Radiometric characteristics of the AMSU-B (from 4).
Радіометричні характеристики AMSU
Характеристики основних приладів
Характеристики сенсору AVHRR

Танення льодовика МкМурдо, дані Landsat ETM 18 грудня 1999 р.
Змінення льодового покриву архіпелагу Олександра, Британська Колумбія, дані MODIS 18 лютого 2002 р.
Вивчення динаміки льодового покриву

Глобальна динаміка льодового покриву

Динаміка льодового покриву: океан

Аналіз розподілу арктичного льоду

Аналіз розподілу антарктичного льоду

Аналіз розподілу антарктичного льоду

Льодовий острів (айсберг) Петерманн (3,5 х 4 км, відкол льодовика Петерманн, Гренландія) зображення ISS NASA (ISS 028-E-34749) 29 серпня 2011 р.
Реєстрація плавучого льоду

Normalized Difference Snow Index (NDSI)
де Rv і Rn-i – відбиття у видимому (600нм) і ближньому інфрачервоному (800нм) діапазонах
Розподіл снігового покриву та снігопадів в Європі (дані SeaWiFS, 16 грудня 2001 р.)
Вивчення снігового покриву

Розподіл снігового покриву в Північній Америці (дані MODIS, 02 лютого 2002 р.)
Вивчення регіонального розподілу снігового покриву

Танення снігового покриву Гренландії та льодового покриву о. Баффіна (дані MODIS, 07 березня 2001 р.)
Локальна динаміка снігового покриву

Жовтень 2006
Січень 2007
Березень 2009
Лютий 2010
Глобальна динаміка снігового покриву (дані спостережень MODIS 2000 - 2011)

Розподіл снігового покриву за даними супутникових спостережень в оптичному діапазоні (Європа, березень 2006)

Динаміка снігового покриву

Приклад оцінки динаміки снігових запасів за даними супутникових спостережень в оптичному діапазоні (басейн р. Тиса)

Приклад оцінки динаміки снігових запасів за даними супутникових спостережень в оптичному діапазоні (басейн р. Тиса)

Розподіл середньодобових температур повітря по регіону
Розподіл середньодобових опадів по регіону
Розподіл середньодобових (розрахованих та виміряних) значень стоку (м/сек) по регіону досліджень
Аналіз даних супутникового спостереження

Розподіл та типологія вічної мерзлоти в Північній півкулі (за даними географічних, геофізичних, геологічних досліджень та супутникових спостережень 1975 – 2010)
Порівняльний розподіл та типологія мерзлотних явищ в Північній півкулі (за даними географічних, геофізичних, геологічних досліджень та супутникових спостережень 1975 – 2010)
Вивчення вічної мерзлоти