Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 16–20 ноября 2020 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XVIII.A.237

Изменчивость потоков солнечной радиации на территории Саратовской области

Нейштадт Я.А. (1), Червяков М.Ю. (1)
(1) Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
Современные глобальные и региональные изменения, происходящие в климатической системе, требуют оценки пространственно-временной изменчивости основных климатообразующих факторов и, в частности, радиационного баланса подстилающей поверхности. Плотность актинометрической сети изначально была недостаточна для освещения всех регионов.
В последние десятилетия на многих станциях в связи с состоянием приборной базы прекратились наблюдения за радиационным балансом (РБ). Изучение географических закономерностей распределения РБ и его климатических изменений стало невозможным по материалам непосредственных актинометрических наблюдений [11], требуется применение иных подходов.
Большие возможности обеспечения надежной информацией в регионах, где наземные измерения редки или вовсе отсутствуют, открываются в связи с использованием спутниковых данных. Сохранить многолетние ряды значений РБ в пунктах, где закончились его непосредственные измерения, но ведутся наблюдения за другими радиационными характеристиками, возможно с помощью расчетных методов [1,3,5-10, 14-32].
Наиболее полные архивы данных актинометрических наблюдений сосредоточены в мировых радиационных центрах ВМО. Один из крупнейших центров расположен в Главной геофизической обсерватории им. Воейкова. Данный центр аккумулирует актинометрическую информацию и ежегодно публикует бюллетени, содержащие информацию о солнечной радиации по станциям на сайте [2].
В работе обсуждаются вопросы оценки климатических условий для решения задач солнечной энергетики на территории Нижнего Поволжья, в особенности Саратовской области. Проведен сравнительный анализ наземных актинометрических данных Мирового Радиационного Центра Главной Геофизической Обсерватории и данных спутникового проекта CERES (NASA) [12]. На основе многолетних спутниковых данных для региона Нижнего Поволжья исследована их сезонная и пространственная изменчивость. В результате проведенного анализа были раскрыты некоторые особенности поступления солнечной радиации [4, 13].
Выполнено районирование Саратовской области с использованием программы MapInfo на основе данных спутникового проекта CERES, что позволило дифференцировать территорию по особенностям радиационного режима. Сделан вывод о наиболее подходящей территории для расположения гелиоэнергетических установок.
Также в работе для сравнения данных был использован ряд измерений годовой суммарной продолжительности солнечного сияния полученный из базы данных ВНИИГМИ-МЦД и среднемесячные значения облачного покрытия для пунктов Саратовской области. Для получения доступа к спутниковым данным облачного покрытия Terra/MODIS был использован ресурс NASA Earth Observation [34].
С февраля 2000 г. по декабрь 2019 г. имеется параллельный ряд наблюдений суммарной годовой продолжительности солнечного сияния и среднегодового облачного покрытия со спутника NASA Terra, что позволило провести сравнение данных для этого промежутка времени и выявить хорошую обратную зависимость двух показателей данных (корреляция составила в среднем -0,8). Найдены максимумы и минимумы значений продолжительности солнечного сияния. Описан ход линий тренда по каждому из рассматриваемых пунктов.
Проведенные исследования позволяют детализировать климатические условия освоения одного из самых масштабных возобновляемых энергетических ресурсов Саратовской области. Энергетическая освещенность поверхности за летние месяцы в крайне северных районах не превышает 320 Вт/м2, а на юге региона достигает 410 Вт/м2. На территории наиболее перспективных районов возможно создание крупных гелиосистем, которые могут дополнительно обеспечить район дополнительной энергией.

Ключевые слова: гелиоэнергетика, суммарная солнечная радиация, CERES, климатический потенциал, солнечная энергия, облачность, продолжительность солнечного сияния
Литература:
  1. Горбаренко Е.В. Использование измеренной, расчетной и спутниковой информации для определения радиационного баланса земной поверхности // Тезисы международного симпозиума «Атмосферная радиация и динамика» (МСАРД-2017). 2017. С. 163–164.
  2. Мировой центр радиационных данных. URL: http://wrdc.mgo.rssi.ru/wwwrootnew/wrdc_ru_new.htm (дата обращения: 29.04.2019).
  3. Богданов М.Б., Воробьев В.А., Котума А.И., Червяков М.Ю. Связь шкал измерителей коротковолновой отраженной радиации ИКОР-М ИСЗ "Метеор-М" № 1 и № 2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т 13. № 4. С. 252-260.
  4. Нейштадт Я.А., Червяков М.Ю. Оценка климатического потенциала для развития гелиоэнергетики на юго-востоке европейской территории России по данным спутниковых и наземных наблюдений // Труды XVI Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». – Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 2019. С. 354–356.
  5. Скляров Ю.А., Воробьёв В.А., Котума А.И., Червяков М.Ю., Фейгин В.М. Алгоритм обработки данных наблюдений уходящей коротковолновой радиации с ИСЗ "Метеор-М" № 1 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т.9. №3. С. 83-90.
  6. Скляров Ю.А., Воробьёв В.А., Котума А.И., Червяков М.Ю., Фейгин В.М. Измерения компонентов радиационного баланса Земли с ИСЗ "Метеор-М" № 1. Аппаратура ИКОР-М // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т.9. №2. С. 173-180.
  7. Скляров Ю.А., Червяков М.Ю., Воробьёв В.А., Котума А.И., Фейгин В.М. Некоторые результаты обработки данных поглощённой солнечной радиации и альбедо, полученных с помощью аппаратуры ИКОР-М // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Науки о Земле. 2013. Вып. 2. Т. 13. С. 30-33.
  8. Скляров Ю.А., Червяков М.Ю., Воробьёв В.А., Котума А.И., Фейгин В.М. Особенности распределения альбедо в 2010 – 2012 годах по данным с ИСЗ «Метеор – М» № 1 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 4. C. 107-117.
  9. Скляров Ю.А., Червяков М.Ю., Воробьёв В.А., Котума А.И., Фейгин В.М. Особенности распределения поглощённой солнечной радиации в 2010 – 2012 годах по данным с ИСЗ «Метеор – М» № 1 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 2. C. 272-283.
  10. Скляров Ю.А., Червяков М.Ю., Котума А.И. Лаборатория исследования составляющих радиационного баланса Земли Саратовского государственного университета / География в Саратовском университете. Современные исследования: сб. науч. тр. / под ред. А.Н. Чумаченко. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2014. С. 166 - 172.
  11. Червяков М.Ю., Нейштадт Я.А. Актинометрические методы измерений: учебно-методическое пособие для студентов географического факультета. Саратов: Наука, 2019. 50 с.
  12. Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES). URL: https://ceres.larc.nasa.gov (дата обращения: 23.04.2019).
  13. Нейштадт Я.А., Червяков М.Ю. Климатический потенциал для развития гелиоэнергетики в Нижнем Поволжье// Представляем научные достижения миру. Естественные науки: материалы X научной конференции молодых ученых «Presenting Academic Achievements to the World». – Саратов: Изд-во «Саратовский источник», 2020. – Вып. 9. – 162 с. С. 77-84.
  14. Богданов М.Б., Червяков М. Ю. Оценка времени реакции и чувствительности земной климатической системы к радиационному воздействию // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Науки о Земле. 2019. Т. 19, вып. 4. С. 216-223.
  15. Червяков М.Ю. Оценочные доклады межправительственной группы экспертов по изменению климата // Экология: синтез естественно-научного, технического и гуманитарного знания: материалы III Всерос. науч.-практ. форума, Саратов, 10-12 октября 2012 г. / [редкол. А.В. Иванов, И.А. Яшков, Е.А. Высторобец и др.]; Сарат. гос. тех. ун-т им. Ю.А. Гагарина. — Саратов: Изд-во Сарат. гос. тех. ун-та им. Ю.А. Гагарина, 2012. C. 65-67.
  16. Спиряхина А.А., Червяков М.Ю. Исследование составляющих радиационного баланса Земли на верхней границе атмосферы во время событий Эль-Ниньо (Ла-Нинья) в Тихом океане // Представляем научные достижения миру. Естественные науки. Материалы IX научной конференции молодых ученых . 2019. С. 160-164.
  17. Червяков М.Ю., Шаркова С.А., Спиряхина А.А., Суркова Я.В., Нейштадт Я.А. Изменчивость характеристик тропопаузы в Арктике по данным дистанционного радиозондирования атмосферы // Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Институт космических исследований Российской академии наук. 2019. С. 252.
  18. Суркова Я.В., Червяков М.Ю., Спиряхина А.А., Нейштадт Я.А., Шаркова С.А. Влияния облачности на радиационный баланс Земли по данным спутниковых измерений //Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Институт космических исследований Российской академии наук. 2019. С. 238.
  19. Спиряхина А.А., Червяков М.Ю., Суркова Я.В., Нейштадт Я.А., Шаркова С.А. Взаимосвязь альбедо и поглощенной солнечной радиации с температурой поверхности океана во время событий Эль-Ниньо // Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Институт космических исследований Российской академии наук. 2019. С. 236.
  20. Червяков М.Ю., Богданов М.Б., Воробьев В.А., Котума А.И. Измеритель солнечной постоянной нового поколения ИСП-2М // Сборник тезисов докладов Четырнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2016. С. 142.
  21. Червяков М.Ю., Богданов М.Б., Котума А.И., Шишкина Е.В., Спиряхина А.А., Суркова Я.В., Кулькова Е.В., Великанов В.С. Особенности пространственно-временных вариаций альбедо и поглощённой солнечной радиации по данным измерений радиометров ИКОР-М// Сборник тезисов докладов Четырнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2016. С. 207.
  22. Червяков М.Ю. Спутниковый мониторинг альбедо // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды. Основные результаты и пути развития». М.: ФГБУ «ИГКЭ Росгидромета и РАН», 2017. С. 38-39.
  23. Червяков М.Ю., Шишкина Е.В., Кулькова Е.В. Спутниковые измерения потоков отраженной коротковолновой радиации // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды. Основные результаты и пути развития». М.: ФГБУ «ИГКЭ Росгидромета и РАН», 2017. С. 92-93.
  24. Червяков М.Ю., Спиряхина А.А., Суркова Я.В. Пространственно-временное распределение поглощенной солнечной радиации над океанами // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды. Основные результаты и пути развития». М.: ФГБУ «ИГКЭ Росгидромета и РАН», 2017. С. 106-107.
  25. Кулькова Е.В., Червяков М.Ю. Изменчивость составляющих радиационного баланса в Арктическом регионе // Комплексные исследования Мирового океана. Материалы II Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Москва, 10-14 апреля 2017 г. [Электронный ресурс]. – Москва: ИО РАН. С. 144-145.
  26. Спиряхина А.А., Червяков М.Ю. Пространственно-временные вариации составляющих радиационного баланса Земли во время событий Эль-Ниньо (Ла-Нинья) // Комплексные исследования Мирового океана. Материалы II Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Москва, 10-14 апреля 2017 г. [Электронный ресурс]. – Москва: ИО РАН. С. 265-266.
  27. Суркова Я.В., Червяков М.Ю. Альбедо и поглощенная солнечная радиация на верхней границе атмосферы над Мировым океаном по данным спутниковых измерений // Комплексные исследования Мирового океана. Материалы II Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Москва, 10-14 апреля 2017 г. [Электронный ресурс]. – Москва: ИО РАН. С. 275-276.
  28. Червяков М.Ю., Котума А.И., Богданов М.Б., Суркова Я.В., Спиряхина А.А., Кулькова Е.В., Шишкина Е.В., Шаркова С.А., Нейштадт Я.А. Спутниковый мониторинг альбедо и поглощенной солнечной радиации на верхней границе атмосферы с помощью российских радиометров ИКОР-М // Сборник тезисов докладов Пятнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2017 г. М.: ИКИ РАН, 2017. С. 225.
  29. Червяков М.Ю., Котума А.И., Суркова Я.В., Спиряхина А.А., Кулькова Е.В., Шишкина Е.В. Изменчивость величин альбедо и поглощенной солнечной радиации в тропической части Тихого океана по данным спутниковых радиометров ИКОР-М // Сборник тезисов докладов Пятнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2017 г. М.: ИКИ РАН, 2017. С. 226.
  30. Червяков М.Ю., Кулькова Е.В., Суркова Я.В., Спиряхина А.А., Нейштадт Я.А., Шаркова С.А., Капцова Е.И., Руденко Н.О., Полянский А.В., Цыплухина П.В. Пространственно-временная изменчивость альбедо и поглощенной солнечной радиации в Арктике в период с 2009 по 2018 гг по данным спутниковых измерений // Сборник тезисов докладов Шестнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2018. С. 232.
  31. Червяков М.Ю., Спиряхина А.А., Суркова Я.В., Нейштадт Я.А., Шаркова С.А., Брюханов М.А., Листов М.Д. Результаты сопоставления данных составляющих радиационного баланса Земли на верхней границе атмосферы с данными температуры поверхности океана во время событий Эль-Ниньо в Тихом океане // Сборник тезисов докладов Шестнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2018. С. 233.
  32. Червяков М.Ю., Суркова Я.В., Спиряхина А.А., Нейштадт Я.А., Котума А.И., Шаркова С.А. Взаимосвязь облачности и альбедо на верхней границе атмосферы по данным спутниковых измерений // Сборник тезисов докладов Шестнадцатой Всероссийской Открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2018. С. 234.
  33. NASA Earth Observation [Электронный ресурс] : [сайт]. – URL: https://neo.sci.gsfc.nasa.gov (дата обращения 20.04.2020). – Загл. с экрана. – Яз. англ.
  34. Червяков М.Ю. Изменчивость температуры воздуха в городских агломерациях Саратовской области по данным спутникового спектрорадиометра MODIS // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Институт космических исследований Российской академии наук. 2020. С. 184.
  35. Капцова Е.И., Червяков М.Ю. Анализ некоторых случаев внезапных стратосферных потеплений по данным радиозондирования атмосферы и оценка связи температуры с общим содержанием озона // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Институт космических исследований Российской академии наук. 2020. С. 155.
  36. Червяков М.Ю. Спутниковые радиометры ИКОР-М. Итоги работы // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Институт космических исследований Российской академии наук. 2020. С. 54.
  37. Шаркова С.А. Червяков М.Ю. Динамика тропопаузы над территорией северных широт по радиозондовым данным // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Институт космических исследований Российской академии наук. 2020. С. 191.
  38. Червяков М.Ю., Спиряхина А.А. Результаты сравнения величин составляющих радиационного баланса Земли с температурой поверхности океана во время событий Эль-ниньо (Ла-ниньа) в Тихом океане // Представляем научные достижения миру. Естественные науки: материалы X научной конференции молодых ученых «Presenting Academic Achievements to the World». – Саратов: Изд-во «Саратовский источник», 2020. – Вып. 9. – 162 с. С. 19-26.

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Нейштадт Я.А., Червяков М.Ю. Изменчивость потоков солнечной радиации на территории Саратовской области // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2020. C. 36. DOI 10.21046/18DZZconf-2020a

Методы и алгоритмы обработки спутниковых данных

36