CC BY
67
МЕТОДИКА МОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ КОНВЕКТИВНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПО ДАННЫМ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
И.П. Расторгуев, старший преподаватель, к.г.н., доцент
М.Б. Качмар, курсант ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж А.Н. Неижмак, преподаватель, к.т.н.
Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков,
г. Краснодар
Конвективные атмосферные процессы аномальной интенсивности являются причиной возникновения грозовой деятельности, градовых процессов, шквалов, смерчей, ливневых осадков, нередко приводящих к чрезвычайным ситуациям.
Одним из путей распознавания и прогнозирования опасных конвективных явлений погоды является применение цифровой спутниковой информации.
Анализ современных публикаций на рассматриваемую тему позволяет сделать заключение, что наиболее важная и перспективная тенденция развития методов дистанционного зондирования атмосферы связана с развитием методов количественной интерпретации изображений [1-3 и др.].
Существующие методики диагноза и прогноза ОЯ конвективного происхождения по спутниковой информации требуют значительного привлечения дополнительной информации.
В условиях чрезвычайных ситуаций каналы поступления информации, в том числе и метеорологической, ограничиваются. Наименее освещенной в этом отношении естественно окажется территория, подверженная чрезвычайной ситуации. Одним из немногих вероятных путей заполнения информационного вакуума в метеорологическом отношении является использование спутниковых данных.
В работе, являющейся продолжением исследований [4-9], в качестве предмета исследования определены методики диагноза и прогноза опасных конвективных явлений погоды, что обусловлено неуклонным ростом суммарной величины ущерба, наносимого указанными явлениями, а также из-за того, что избежать катастрофических последствий возможно, только обеспечив надежное прогнозирование и предупреждение по месту и времени их возникновения.
В качестве исходных данных использовались материалы круглосуточной съемки с космических аппаратов метеорологического назначения, а также приземные карты погоды, карты барической топографии, донесения о фактах наблюдения опасных метеорологических явлений. Пространственный масштаб
исследования ограничивается ЕТР. Временные рамки исследуемых явлений заключаются в интервале 2002-2013 годов.
В ходе исследования при разработке методики диагноза опасных конвективных явлений погоды была составлена выборка ОЯ конвективного происхождения, нанесших социальный, экономический и экологический ущерб на ЕТР. В массив вошли случаи наблюдения интенсивной грозовой деятельности, града, сильных ветров, в том числе шквала и смерча, интенсивных и продолжительных дождей, а также их сочетания в комплексах. Соответственно моменту наблюдения ОЯ был набран ряд квазисинхронных (At <30 минут) спутниковых снимков. Параллельно формировалась альтернативная выборка снимков с наличием зон активной конвекции, не приведших к неблагоприятным последствиям.
На следующем этапе со спутниковых снимков облачных полей фронтальных разделов в интересующих районах снимались значения измерений спутниковых радиометров по пяти каналам измерений.
С гистограмм снимались экстремальные величины спектральной яркости, которые соответствуют максимальному и минимальному значению выходной величины каждого датчика, которые были интерпретированы в метеорологические величины с последующим рассмотрением их в качестве предикторов в дискриминантном анализе.
С помощью процедуры калибровки из «сырых» спутниковых измерений получены экстремальные значения интерпретируемых параметров -минимальная радиационная температура и максимальное альбедо.
Таким образом, была образована совокупность данных, в которой каждой реализации конвективного явления, достигшего или не достигшего градации ОЯ, поставлены в соответствие величины максимального альбедо и минимальной радиационной температуры, измеренные на верхней границе облачности, сгенерировавшей указанное явление.
Затем был реализован пошаговый дискриминантный анализ. В качестве предикторов помимо спутниковых данных рассматривались характеристики термобарического поля атмосферы: относительного геопотенциала, интенсивности высотно-фронтальной зоны, лапласианов приземного давления и геопотенциала на уровнях 850, 700, 500, 300 гПа, что позволило повысить оправдываемость диагностирования ОЯ в дневное время до 81-84%, а в ночное время - до 80-82%.
Таким образом, доказана возможность и целесообразность диагностирования конвективных ОЯ по спутниковым данным.
При решении практических задач помимо данных о фактическом наличии ОЯ в не меньшей степени востребованы данные об ожидаемом возникновении, развитии и перемещении этих явлений. Поэтому была разработана методика сверхкраткосрочного прогноза опасных конвективных явлений погоды, позволяющая предсказывать развитие кучево-дождевой облачности до стадии генерации ОЯ, с заблаговременностью до 3 часов.
Прогностические способы, построенные на основе использования в качестве аргументов совокупности спутниковой информации и объективных характеристик барического поля для дневного и ночного времени при испытании на независимом материале показали оправдываемость 75%. Анализ полученных диагностических и прогностических способов свидетельствует о том, что при диагнозе лучшими предикторами оказались спутниковые данные, при прогнозе - характеристики барического поля, что особенно выражено в ночное время. Этот факт можно объяснить тем, что радиационные параметры ВГО непосредственно связаны с вертикальной мощностью облака, его микрофизическим строением, фазовым состоянием, температурой на ВГО и другими характеристиками, актуальными на данный момент времени. Альбедо и радиационная температура являются следствием развития конвективного облака. А характеристики барического поля оценивают циркуляционные факторы, которые вносят определенный вклад в формирование облачности вообще и конвективной в частности, они оказывают существенное влияние на формирование облачных систем. Образование облачности является следствием реализации определенных типов атмосферной циркуляции.
Схема методики разработки диагноза и прогноза конвективных ОЯ, приводящих к стихийным бедствиям, представлена на рисунке.
Рис. Схема разработки диагноза и прогноза конвективных ОЯ
Внедрение в оперативную практику метеорологического обеспечения современных методик диагноза и прогноза конвективных ОЯ в условиях дефицита исходных данных позволяет повысить адекватность рекомендаций на
269
принятие решений на выполнение специальных задач в условиях чрезвычайных ситуаций.
Список использованной литературы
1. Алексеева А.А., Бухаров М.В., Лосев В.М. Диагноз осадков и гроз по измерениям уходящего теплового излучения облачности с геостационарных спутников // Метеорология и гидрология. 2006. - № 8. - С. 33-38.
2. Алексеева А.А. Распознавание конвективных стихийных явлений погоды на основе цифровой информации ИСЗ с целью их краткосрочного прогноза // Труды Гидрометцентра РФ. 2000. Вып. 335. - С. 59-73.
3. Вопросы обработки и интерпретации данных дистанционного зондирования Земли: сб. науч. тр. / НИЦ «Планета» [под ред. В.В. Асмуса]. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. Вып. 1(46). - 261 с.
4. Неижмак А.Н., Звягинцева А.В., Расторгуев И.П. Распознавание опасных метеорологических явлений конвективного происхождения в интересах управления авиацией // Вестник Воронежского государственного технического университета, 2008. - Т. 4, - № 10. - С. 135-139.
5. Назаренко А.В., Расторгуев И.П., Неижмак А.Н. Методика использования цифровой спутниковой информации в задаче мониторинга опасных метеорологических явлений конвективного происхождения // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. География. Геоэкология, 2008. - № 2. - С. 71-77.
6. Неижмак А.Н., Расторгуев И.П. Сверхкраткосрочный прогноз опасных метеорологических явлений конвективного происхождения: обеспечение экологической безопасности в чрезвычайных ситуациях: мат. 4-й межд. науч.-практ. конф. / Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2008. - Ч.4. - С. 40-43.
7. Неижмак А.Н., Расторгуев И.П. Способ определения конвективных опасных метеорологических явлений в теплый период года для Европейской части территории России. Патент РФ № 2385474, МКП: G01W1/00, опубл. 27.03.2010.
8. Неижмак А.Н., Расторгуев И.П. Способ определения конвективных опасных метеорологических явлений для европейской территории России. Патент РФ № 2467361, МКП: G01W1/02, G01W1/08, опубл. 20.11.2012.
9. Звягинцева А.В., Расторгуев И.П., Неижмак А.Н. Мониторинг стихийных бедствий конвективного происхождения по данным дистанционного зондирования с метеорологических космических аппаратов. Монография. Воронеж: ГОУ ВПО ВГТУ, 2013. 166 с.
