Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 3. С. 307-318
Сравнительный анализ характеристик кучево-дождевых облаков по данным наземных наблюдений и спутникового зондирования на примере г. Томск
Е.И. Морару
1, 2 , Е.В. Харюткина
1, 3 , К.Н. Пустовалов
1, 2, 3 , А.В. Скороходов
2 , С.В. Смирнов
1, 3 1 Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия
2 Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия
3 Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия
Одобрена к печати: 21.05.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-3-307-318
Проводится сравнительный анализ характеристик кучево-дождевых облаков (Cb) и связанных с ними метеорологических явлений конвективного происхождения по данным наземных измерений и спутниковых данных с 2013 по 2022 г. Были использованы данные лазерного зондирования и метеорологических измерений в двух пунктах наблюдения, расположенных в районе г. Томск. Привлекалась информация о характеристиках кучево-дождевой облачности, полученная с помощью процедуры обработки данных дистанционного зондирования атмосферы (спектрорадиометр MODIS — англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). Установлено, что связи между характеристиками кучево-дождевой облачности по данным MODIS (высота нижней границы, водозапас, оптическая толща и эффективный радиус) и АМСГ (авиационной метеорологической станции гражданской), включая метеовеличины (высота нижней границы, относительная влажность и температура воздуха), наблюдаются только при прохождении их наиболее крупных организованных скоплений и носят нелинейный характер. Высокие оценки связи (коэффициент детерминации ~0,80) получены между высотой нижней границы (MODIS) и относительной влажностью воздуха (наземные измерения). Линейная связь (коэффициент детерминации 0,58) получена только для высоты нижней границы облачности между данными спутниковых и наземных измерений. Таким образом, эти два набора данных могут дополнять друг друга, поскольку спутниковые данные предоставляют информацию о характеристиках облачности, которые невозможно измерить с поверхности земли.
Ключевые слова: кучево-дождевая облачность, высота нижней границы облаков, спутниковое зондирование, наземные измерения, спектральные характеристики облаков, конвективные явления
Полный текстСписок литературы:
- Баранов А. М., Солонин С. В. Авиационная метеорология. СПб.: Гидрометеоиздат,1981, 186 с.
- Безрукова А. Н., Чернокульский А. В. Российские исследования облаков и осадков в 2015–2018 гг. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. T. 56. № 4. С. 397–417. https://doi.org/10.31857/S0002351520040021.
- Ветрова Е. И., Скриптунова Е. Н., Шакина Н. П. Режим низкой облачности и её прогноз на аэродромах европейской территории бывшего СССР // Метеорология и гидрология. 2013. № 1. С. 12–31.
- Голицын Г. С., Руткевич Б. П., Руткевич П. Б. Нижняя граница облачности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006. № 3. С. 263–269.
- Комаров В. С., Ильин С. Н., Лавриненк А. В., Ломакина Н. Я., Горев Е. В., Нахтигалова Д. П. Климатический режим нижней облачности над территорией Сибири и его современные изменения. Часть 1. Особенности режима нижней облачности // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. № 07. С. 579–583.
- Комаров В. С., Матвиенко Г. Г., Ильин С. Н., Ломакина Н. Я. Оценка локальных особенностей долговременного изменения облачного покрова над территорией Сибири с использованием результатов её климатического районирования по режиму общей и нижней облачности // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28. № 1. С. 59–65.
- Кузнецов И. Е., Первезенцев Р. Е. Методические аспекты восстановления метеорологических полей при комплексном использовании данных радиолокационных и аэросиноптических наблюдений // Навигация и гидрография. 2016. Т. 43. С. 57–63.
- Кузнецов И. Е., Черепанов Д. В., Насонов А. А., Дорофеев В. В. Прогноз высоты нижней границы облачности в южных районах Приморского края в весенне-летний период // Учёные записки Крымского федер. ун-та имени В. И. Вернадского. География. Геология. 2023. Т. 9(75). № 1. С. 90–99.
- Облакомер CL31: Руководство пользователя. Vaisala, 2005. 131 с.
- РД 52.04.716-2009. Правила эксплуатации метеорологического оборудования аэродромов гражданской авиации. СПб.: ЦНИТ «Астерион», 2009. 128 с.
- Селезнева Е. С. О границах и вертикальной мощности конвективных облаков // Тр. Гл. геофиз. обсерватории им. А. И. Воейкова. 1959. № 93. С 3–21.
- Скороходов А. В., Курьянович К. В. Использование данных CALIOP для оценки высоты нижней границы облаков на спутниковых снимках MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 43–56. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2022-19-2-43-56.
- Скороходов А. В., Пустовалов К. Н., Харюткина Е. В. и др. Восстановление высоты нижней границы облаков по спутниковым данным MODIS с помощью самоорганизующихся нейронных сетей // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 8. С. 670–680. https://doi.org/10.15372/AOO20230807.
- Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации: Общее резюме. СПб.: Наукоёмкие технологии, 2022. 124 с.
- Чернокульский А. В. Анализ глобального поля облачности и связанных с его вариациями климатических эффектов: дис. … канд. физ.-мат. наук. М., 2010. 179 c.
- Чернокульский А. В., Елисеев А. В., Козлов Ф. А. и др. Опасные атмосферные явления конвективного характера в России: наблюдаемые изменения по различным данным // Метеорология и гидрология. 2022. № 5. С. 27–41. https://doi.org/10.52002/0130-2906-2022-5-27-41.
- Шакина Н. П., Скриптунова Е. Н. Режим низкой облачности и прогноз высоты её нижней границы на аэродромах азиатской территории России // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2019. № 2(372). С. 59–75.
- Шметер С. М. Физика конвективных облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1972, 231 с.
- Chernokulsky A. V., Esau I., Bulygina O. N. et al. Climatology and interannual variability of cloudiness in the Atlantic Arctic from surface observations since the late nineteenth century // J. Climate. 2017. V. 30. No. 6. P. 2103–2120. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0329.1.
- Doc 8896. Руководство по авиационной метеорологии. Монреаль: ICAE, 2009. 177 с.
- Han J. Y., Baik J. J., Lee H. Urban impacts on precipitation Asia-Pacific // J. Atmospheric Sciences. 2014. V. 50 (1). P. 17–30. https://doi.org/10.1007/s13143-014-0016-7.
- IPCC, 2021: Summary for Policymakers // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / eds. V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani et al. 2021. 32 p.
- Platonov V. S., Varentsov M. I., Yarinich Yu. I. et al. A large mid-latitude city intensifies severe convective events: Evidence from long-term high-resolution simulations // Urban Climate. 2024. V. 54. Article 101837. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2024.101837.
- Pustovalov K. N., Kharyutkina E. V., Moraru E. I. Variability of the Cloud Base Height over the Territory of Western Siberia Based on Laser Sounding Data for the Period 2010–2021 // Atmospheric and Oceanic Optics. 2024. V. 36. P. S41–S50. https://doi.org/10.1134/S102485602401010X.
- Shepherd J. Evidence of urban-induced precipitation variability in arid climate regimes // J. Arid Environment. 2010. V. 67(4). P. 607–628. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2006.03.022.
- Vraciu C. V. In what conditions an urban heat island can initiate deep convection? Theoretical estimations // Theoretical and Applied Climatology. 2023. V. 155. P. 567–579. https://doi.org/10.1007/S00704-023-04652-5/FIGURES/4.