Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 1. С. 223-236
Идентификация мезомасштабных конвективных облачных систем со смерчами по спутниковым данным
А.Н. Шихов
1 , А.В. Чернокульский
2 , А.А. Спрыгин
3 , И.О. Ажигов
1 1 Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
2 Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва, Россия
3 Центральная аэрологическая обсерватория, Долгопрудный, Россия
Одобрена к печати: 02.10.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-1-223-236
Рассмотрена возможность идентификации мезомасштабных конвективных систем (МКС) и суперячеек, сопровождавшихся образованием смерчей, по снимкам прибора SEVIRI спутника Meteosat-8. В качестве особенностей МКС рассмотрена радиояркостная температура верхней границы облаков (ТВГО), сигнатуры пробоя тропопаузы (Overshooting Tops), кольцевые и U/V-образные структуры в поле ТВГО. Анализ проведён для 2017–2018 гг. на примере нескольких случаев вспышек смерчей на европейской территории России и Урале. Случаи смерчей выявлены по данным очевидцев, сообщениям в СМИ, а также на основе анализа вызванных смерчами ветровалов в лесных массивах по снимкам Landsat-8 и Sentinel-2. Выполненное совмещение снимков Meteosat-8 с треками смерчей позволило впервые для территории России определить особенности МКС или суперячейковых облаков, в которых зафиксировано возникновение смерчей. Показано, что экстремально низкие значения ТВГО и пробои тропопаузы имеют сравнительно слабую связь с возникновением смерчей. В то же время выявлена связь наиболее мощных смерчей с появлением кольцевых U- или V-образных структур в поле ТВГО. Их можно считать признаком наличия достаточно мощных мезоциклонов. Отмечено влияние условий устойчивости атмосферы, наблюдаемых во время формирования смерчей. Показано, что по снимкам Meteosat в первую очередь могут быть идентифицированы смерчеопасные МКС и суперячейки, которые возникают на фоне сильной конвективной неустойчивости. Однако локальные суперячейковые облака, которые способны генерировать смерчи даже на фоне умеренной или слабой неустойчивости, зачастую не имеют характерных признаков на ВГО, и их обнаружение по спутниковым данным затруднительно.
Выполненное совмещение снимков Meteosat-8 с треками смерчей позволило впервые для территории России определить особенности МКС или суперячейковых облаков, в которых зафиксировано возникновение смерчей. Показано, что экстремально низкие значения температуры ВГО и пробои тропопаузы (Overshooting Tops) имеют сравнительно слабую связь с возникновением смерчей. В то же время, выявлена связь наиболее мощных смерчей с появлением кольцевых, U- или V- образных структур в поле температуры ВГО. Их можно считать признаком наличия достаточно мощных мезоциклонов.
Отмечено влияние условий устойчивости атмосферы, наблюдаемых во время формирования смерчей. Показано, что по снимкам Meteosat в первую очередь могут быть идентифицированы смерчеопасные МКС и суперячейки, которые возникают на фоне сильной конвективной неустойчивости. Однако локальные суперячейковые облака, которые способны генерировать смерчи даже на фоне умеренной или слабой неустойчивости, зачастую не имеют характерных признаков на ВГО и их обнаружение по спутниковым данным затруднительно.
Ключевые слова: смерч, мезомасштабная конвективная система, суперячейка, данные Meteosat-8, температура верхней границы облака, пробой тропопаузы, кольцевые структуры, сигнатура
Полный текстСписок литературы:
- Вельтищев Н.Ф., Степаненко В. М. Мезометеорологические процессы. М., 2006. 101 с.
- Волкова Е. В., Успенский А. Б. Оценки параметров облачного покрова в светлое время суток по данным геостационарного метеоспутника Meteosat-8 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Вып. 5. Т. 1. С. 441–450.
- Волкова Е. В., Успенский А. Б., Кухарский А. В. Специализированный программный комплекс получения и валидации спутниковых оценок параметров облачности и осадков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 3. С. 7–26.
- Дядюченко В., Павлюков Ю., Вылегжанин И. Допплеровские радиолокаторы в России // Наука в России. 2014. № 1. С. 23–27.
- Шихов А. Н., Ажигов И. О. Мониторинг ветровальных нарушений лесного покрова, вызванных шквалами и смерчами на территории Европейской России и Урала в 2017 г. // 15-я Всероссийская открытая конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»: сб. тез. конф. М.: ИКИ РАН, 2017. С. 406.
- Шихов А. Н., Быков А. В. Изучение двух случаев сильных смерчей в Предуралье // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 3. С. 124–133.
- Шихов А. Н., Ажигов И. О., Быков А. В. Смерчи и шквалы на Урале в июне 2017 года: анализ по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. № 1. С. 272–281.
- Adler R. F., Markus M. J., Fenn D. D. Detection of severe midwest thunderstorms using geosynchronous satellite data // American Meteorological Society. 1985. V. 113. P. 769–781.
- Antonescu B., Schultz D. M., Holzer A., Groenemeijer P. Tornadoes in Europe: An Underestimated Threat // Bulletin of the American Meteorological Society. 2017. V. 98(4). P. 713–728.
- Bedka K. M. Overshooting cloud top detections using MSG SEVIRI infrared brightness temperatures and their relationship to severe weather over Europe // Atmospheric Research. 2011. V. 99(2). P. 175–189.
- Bluestein H. B. Severe Convective Storms and Tornadoes. Observations and Dynamics. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2013. 456 p.
- Brooks H. E. Proximity soundings for severe convection for Europe and the United States from reanalysis data // Atmospheric Research. 2009. V. 93. P. 546–553.
- Bukharov M. V., Kukharskii A. V., Misnik L. A. Automated work place “Planeta-Meteoobzor” for monitoring hazardous weather associated with convective clouds // Russian Meteorology and Hydrology. 2008. V. 33(2). P. 102–105.
- Chernokulsky A. V., Shikhov A. N. 1984 Ivanovo tornado outbreak: Determination of actual tornado tracks with satellite data // Atmospheric Research. 2018. V. 207. P. 111–121.
- Chernokulsky A. V., Kurgansky M. V., Zakharchenko D. I., Mokhov I. I. Genesis Environments and Characteristics of the Severe Tornado in the South Urals on August 29, 2014 // Russian Meteorology and Hydrology. 2015. V. 40(12). P. 794–799.
- Chernokulsky A., Kurgansky M., Mokhov I., Selezneva E., Shikhov A., Azhigov I., Zakharchenko D., Antonescu B., Kühne T. The modern climatology of Northern Eurasia tornadoes and waterspouts // 9th European Conf. Severe Storms (ECSS-2017): abstr. 2017. P. 109.
- Dmitrieva T. G., Peskov B. E. Synoptic conditions, nowcasting, and numerical prediction of severe squalls and tornados in Bashkortostan on June 1, 2007 and August 29, 2014 // Russian Meteorology and Hydrology. 2016. V. 41(10). P. 673‒682.
- Kerkmann J., Lutz H. J., König M., Prieto J., Pylkko P., Roesli H. P., Rosenfeld D., Zwatz-Meise V., Schmetz J., Schipper J., Georgiev C., Santurette P. MSG Channels Interpretation Guide. EUMETSAT, 2006. URL: http://oiswww.eumetsat.org/WEBOPS/msg_interpretation/index.html.
- Klaes K. D. A status update on EUMETSAT programmes and plans // Proc. SPIE. 2017. V. 10402. Art. No. 1040202.
- Kurgansky M. V., Chernokulsky A. V., Mokhov I. I. The tornado over Khanty-Mansiysk: An exception or a symptom? // Russian Meteorology and Hydrology. 2013. V. 38. P. 539–546.
- Lindsey D. T., Hillger D. W., Grasso L., Knaff J. A., Dostalek J. F. GOES climatology and analysis of thunderstorms with enhanced 3.9-μm reflectivity // Monthly Weather Review. 2006. V. 134. P. 2342–2353.
- Novitskii M. A., Pavlyukov Y. B., Shmerlin B. Y., Makhnorylova S. V., Serebryannik N. I., Petrichenko S. A., Tereb L. A., Kalmykova O. V. The tornado in Bashkortostan: the potential of analyzing and forecasting tornado-risk conditions // Russian Meteorology and Hydrology. 2016. V. 41(10). P. 683–690.
- Putsay M., Simon A., Szenyán I., Kerkmann J., Horváth G. Case study of the 20 May 2008 tornadic storm in Hungary ― Remote sensing features and NWP simulation // Atmospheric Research. 2011. V. 100(4). P. 657–679.
- Reynolds D. W. Observations of damaging hailstorms from geosynchronous satellite digital data // Monthly Weather Review. 1980. V. 108. P. 337–348.
- Shikhov A. N., Chernokulsky A. V. A satellite-derived climatology of unreported tornadoes in forested regions of northeast Europe // Remote Sensing of Environment. 2018. V. 204. P. 553‒567.