Алгоритм обнаружения и оценки характеристик теплого ядра ТЦ по данным спутникового микроволнового зондирования

Для автоматического поиска теплого ядра и определения тепловой аномалии ТЦ по данным спутниковых микроволновых зондировщиков ATMS (Suomi NPP) и МТВЗА-ГЯ (Метеор-М №2) был разработан алгоритм, реализованный на языке программирования Matlab. Превышение температуры воздуха в центре ТЦ Тц(h) относительно невозмущенной области (фона) Тф(h) регистрируется от поверхности до высоты h ≈ 15-17 км. Для большинства ТЦ максимальные различия наблюдаются в интервале высот 9-13 км. На этих же высотах максимальны и горизонтальные размеры тепловой аномалии. Тепловая аномалия проявляется и в полях яркостных температур Тя(fi), измеряемых со спутников на частотах fi ≈ 54-56 ГГц. На этих частотах максимумы весовых функций W(fi,h), которые характеризуют вклад излучения различных слоев атмосферы в Тя(fi), расположены на h ≈ 9-13 км. Значения Тя(fi) служат для решения обратной задачи - восстановления вертикального профиля Тц(h).
Для обнаружения теплого ядра используются файлы с яркостными температурами на частотах fi в формате HDF, HDF5 (Hierarchical Data Format). Для дальнейшей обработки данные измерений извлекаются из hdf-файлов с помощью встроенных функций Matlab и записываются в матрицы яркостных температур.
В процессе выполнения программы ищется пиксель с максимальным значением температуры Тяmax на частоте 54.94 ГГц для ATMS и 53.8 ГГц для МТВЗА-ГЯ. Затем производится проверка на наличие тепловой аномалии ΔТя. Аномалия регистрируется, если разница между температурой в центре ТЦ Тяmax и средней температурой фона более чем 3 СКО (среднеквадратичное отклонение фона).
После обнаружения центра ТЦ и регистрации тепловой аномалии строятся сечения вдоль и поперек направления полета спутника через теплое ядро ТЦ (по 40 пикселей в каждую сторону) на частотах 52-57 ГГц. Параметры сечений записываются в файлы выходных данных для каждого обработанного файла. Также создается файл статистики, куда выводятся данные о дате и времени получения изображения, максимальная температура в центре и ΔТ.
Для исследования были взяты ТЦ за 2012-2015 гг. Принимая во внимание геометрию сканирования ATMS (поперек направления полета спутника), были выбраны те ТЦ, центры которых в пределах полосы обзора отстоят от направления в надир на угол θ, удовлетворяющий условию secθ ≤ 1.1. Для МТВЗА-ГЯ (сканирование по конусу) положение ТЦ на скане не имеет значения.
При обработке полей Тя для 15 ТЦ за 2012 г. в различных стадиях развития было показано, что амплитуда тепловой аномалии растёт с понижением давления, что подтверждает выводы предыдущих исследований, основанных на измерениях микроволновых радиометров SCAMS, SMIS, AMSU-A.
Как было показано в [1, 2], по амплитуде тепловой аномалии можно оценить давление в центре и максимальную скорость ветра в ТЦ.
Было выявлено, что тепловая аномалия по данным МТВЗА-ГЯ менее выражена, чем на ATMS, что может быть связано с различием яркостных (ATMS) и антенных (МТВЗА-ГЯ) температур, углов визирования и чувствительностью радиометров. Работа частично поддержана грантом 15-I-1-009 о программы «Дальний Восток» на 2015−2017 гг.

1. Kidder S.Q., Gray W.M., Von der Haar T.H. Estimating tropical cyclone central pressure and outer winds from satellite microwave data // Mon. Weather. Rev. 1978. Vol. 106. P.1458-1464.
2. Kidder S.Q., Gray W.M., Von der Haar T.H. Tropical cyclone outer surface winds derived from satellite microwave data // Mon. Weather Rev. 1980. Vol. 108. P. 144–152.