Модель фазового состояния облака для диагностики ледяных ядер в облаках по спутниковым данным

Данные многоканальных спектрометров, установленных на метеорологических спутниках, позволяют оценивать оптические свойства облаков, их водозапас (LWP) и льдозапас (IWP), на основе которых определяется доля кристаллов льда в облаке (IF), являющаяся интегральной характеристикой фазового состояния облака.
Поскольку при температурах выше 235 K замерзание капель происходит в результате гетерогенной кристаллизации с участием ледяных ядер, находящихся в каплях, то поверхностные свойства этих частиц и температура воздуха в основном и определяют IF в облаке. Для оценки IF используется разработанная модель фазового состояния облака, использующая данные спутниковых измерений температуры на верхней границе облаков (CTT) и суммарного водо/льдозапаса облаков (TWP).
В нашей модели мы предполагаем, что на всех уровнях облака постоянны: сумма водности и ледности, градиент температуры воздуха и скорость восходящих движений. При интегрировании по высоте концентрации капель воды и кристаллов льда используется понятие доли кристаллов льда, которая оценивается через вероятность замерзания капель с учетом распределения аэрозолей по размерам. Вероятность замерзания отдельной капли зависит от скорости охлаждения, размера и льдообразующих свойств ледяного ядра, содержащегося в переохлажденной капле.
Кристаллизующие свойства аэрозолей описываются с помощью одного параметра - удельной линейной энергии (SLE) образования плоского кристалла льда. Малые значения этого параметра свидетельствуют о высоких льдообразующих свойствах аэрозоля (субстрата). Для исследования свойств различных аэрозолей нами создана экспериментальная лабораторная установка LINC, позволяющая оценить значения удельной линейной энергии.
Таким образом, IF облака определяется значениями TWP, CTT и SLE. Анализ чувствительности модели ко входным параметрам показал, что наибольший вклад дают как раз изменения значений удельной линейной энергии образования кристаллов льда на поверхности аэрозолей.
Существенное уточнение определяемых значений параметров ледяных ядер может быть достигнуто при использовании данных о вертикальном профиле температуры воздуха, получаемом численной моделью прогноза погоды.