Оценки характеристик облачной стены глаза тайфунов по данным глобальной сети локализации молний

Типичной мезомасштабной структурой в центральной области зрелых тропических циклонов (ТЦ) является кольцо мощных кучевых облаков, так называемая облачная стена, которая окружает практически свободную от облачности внутреннюю область – глаз тайфуна (урагана). Облачная стена и глаз ТЦ образуют внутреннюю активную зону тайфунов и ураганов, где наблюдаются максимальные ветры и горизонтальные градиенты давления и температуры, ливневые осадки. Характеристики этой зоны, включая координаты центра, максимальный ветер и его радиус, радиус глаза, являются основными для штормовых сводок и для схем численного прогноза с использованием региональных мезомасштабных моделей. Для облачной стены характерна высокая грозовая активность, которая проявляется электрическими разрядами внутри облаков и разрядами облако-Земля. В облачной стене точки разрядов могут образовывать кольцевые структуры, параметры которых позволяют оценить ее геометрические характеристики [1,2].
В работе представлены и обсуждаются методы, а также результаты оценок характеристик облачной стены глаза по данным глобальной сети локализации молний WWLLN в тайфунах северо-западной части Тихого океана в период с 2011 по 2015 годы [5]. Оценки координат центров и радиусов облачной стены, а также радиусов ее внутренней границы, полученные по данным WWLLN, сравнивались с координатами центров тайфунов, радиусами максимального ветра и глаза из архивов Японского метеорологического агентства (JMA) и Объединённого центра предупреждения тайфунов (JTWC) и с оценками, рассчитанными по приводному ветру скаттерометра ASCAT.
Методы оценок характеристик облачной стены основаны на аппроксимации распределения множества точек молниевых разрядов окружностью, задаваемой ее параметрами: координатами центра и радиусом. Для их оценок использованы два подхода. Первый использует численную процедуру минимизации суммарного расстояния точек разрядов до аппроксимирующей окружности. Второй подход – корреляционный, в котором параметры окружности находятся в процессе поиска максимума корреляции матрицы плотности точек разрядов с матрицей для идеального кольцевого распределения плотности. Это метод применялся и для оценок координат центров тайфунов и радиусов максимального ветра по приводному ветру ASCAT [3]. Оба метода дают близкие результаты. В массовых расчетах использовался первый метод. По радиальным распределениям разрядов проводятся оценки радиусов внутренней (радиус глаза) и внешней границ стены, а также ширины кольца облаков, образующих стену глаза, что не дают традиционные спутниковые методы. Для расчета погрешностей оценок всех параметров используется метод случайных выборок. Среднеквадратичные отклонения координат центра находились в пределах (0,4 - 1,4 км), а радиусов в пределах 0,3 - 1 км, что выше точности оценок по спутниковым изображениям и сравнимо с точностью радиолокационных методов [4].
Оценки параметров кольцевых структур в распределениях молний показывают, что среднее расстояние от их центра до центра тайфунов по данным JMA, JTWC и ASCAT составляет ~16, 17 и 19 км, соответственно. Отмечается высокая корреляция ~0.9 и ~0.8 между радиусами максимального ветра и глаза по данным ASCAT и радиусами облачной стены и радиусами ее внутренних границ по данным WWLLN, соответственно. На примере супер-тайфуна Хайян показано, что в случае высокой плотности и частоты данных WWLLN можно проводить оценки в скользящем окне с дискретностью 15 – 30 минут, сравнимую с дискретностью получения изображений ТЦ с геостационарных спутников. Это позволяет рассматривать сети локализации молний как дополнительный к традиционным (спутниковым наблюдениям) инструмент в оперативной практике мониторинга тайфунов и ураганов.


Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 18–05–80011) в рамках госзадания ТОИ ДВО РАН (тема 0271-2019-0011).