Картографирование климатических характеристик конвективных опасных явлений погоды с применением данных дистанционного зондирования (на примере территории Пермского края)

Конвективные опасные явления погоды (конвективные ОЯП), такие как сильные ливни, шквалы, крупный град и смерчи, ежегодно наносят значительный материальный ущерб и приводят к человеческим жертвам. На фоне происходящего глобального изменения климата возможно увеличение их повторяемости и интенсивности (Meredith et al., 2015). В связи с этим, изучение современной климатологии конвективных явлений на различных пространственных масштабах представляет огромный интерес. Этому способствует также появление новых источников данных, таких как многолетние ряды спутниковых наблюдений, данных сетей грозопеленгации и метеорологических радиолокаторов.
В настоящее время предложено несколько подходов к изучению современной климатологии конвективных ОЯП с высоким пространственно-временным разрешением – на основе данных допплеровских метеорологических радиолокаторов (radar-based climatology) (Nisi et al., 2016) и по наблюдениям с геостационарных и полярно-орбитальных спутников (satellite-based climatology) (Punge et al., 2014). Помимо спутниковых и радиолокационных наблюдений, для изучения современной климатологии конвективных ОЯП широко используются данные сетей грозопеленгации.
В России исследования климатологии конвективных ОЯП на основе многолетних рядов данных дистанционного зондирования ранее не проводились. Целью настоящей работы является получение наиболее объективной оценки их повторяемости на региональном уровне (на примере территории Пермского края), на основе комплексного анализа данных наземных и дистанционных наблюдений. Исследование проведено за 10-ти летний период, с 2007 по 2016 гг.
Использованы следующие источники информации:
Данные наблюдательной сети Пермского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Пермского ЦГМС),
Отчеты Пермского ЦГМС о случаях конвективных ОЯП за 2001-2014 гг., выявленных по факту нанесенного ущерба,
Многолетний ряд спутниковых измерений температуры верхней границы облаков по данным Terra/Aqua MODIS за те дни, когда были зафиксированы грозы,
Данные о количестве грозовых разрядов в год на 1 км2 территории, полученные на основе сети грозопеленгации WWLLN (Virts et al., 2013),
Данные о ветровальных нарушениях лесного покрова, вызванных шквалами и смерчами на территории Пермского края за 2007-2016 гг., полученные на основе результатов проекта Global Forest Change (Hansen et al., 2013).
На основе имеющейся исходной информации проведена прямая и косвенная оценка пространственного распределения конвективных ОЯП. Прямая оценка повторяемости получена на основе совокупности сведений о случаях, зафиксированных наблюдательной сетью и выявленных по данным об ущербе (включая анализ ветровалов в лесных массивах). Косвенная оценка повторяемости конвективных ОЯП получена на основе анализа частоты возникновения мезомасштабных конвективных систем (МКС) с низкими значениями температуры верхней границы облаков (ниже ‒52° С) по спутниковым снимкам Terra/Aqua MODIS. Полученная по данным MODIS оценка была также сопоставлена с глобальной картой частоты молниевых разрядов по данным сети грозопеленгации WWLLN (с пространственным разрешением 1°) за 2008-2011 гг.
Пространственное распределение повторяемости прохождения МКС, определенное по данным MODIS, в целом соответствуют данным о частоте молниевых разрядов сети грозопеленгации WWLLN. В то же время, результаты прямой и косвенной оценки повторяемости конвективных ОЯП характеризуются сравнительно слабой степенью подобия, что обусловлено неполнотой исходных данных о случаях ОЯП и их зависимостью от плотности населения. Таким образом, дистанционные наблюдения с высоким пространственным и временным разрешением (спутниковая съемка, данные ДМРЛ и сетей грозопеленгации) являются более объективным источником информации, и в перспективе именно они могут стать основой для изучения современной климатологии локальных конвективных явлений.