Создание картографической базы данных случаев конвективных опасных явлений погоды на территории Центрального Федерального округа

Ежегодно на территории России фиксируется от нескольких десятков до сотен случаев конвективных опасных явлений погоды (КОЯП) – сильных ливней, шквалов крупного града и смерчей, которые приводят к существенным социально-экономическим последствиям. Закономерности пространственно-временного распределения КОЯП остаются сравнительно малоизученными по причине ограниченности выборки, обусловленной локальным характером этих явлений.
В последние годы в мире существует тенденция к более детальному документированию случаев КОЯП, в том числе пропущенных метеостанциями. В качестве примеров можно привести базу данных о случаях смерчей в США (Schaefer and Edwards, 2009) и Европейскую базу данных опасных явлений погоды ESWD (Dotzek et al., 2009). Важнейшим источником их наполнения являются сведения очевидцев и СМИ, которые затем проходят экспертную верификацию. Получить дополнительную информацию о случаях шквалов и смерчей также позволяет анализ нарушений лесного покрова по спутниковым снимкам (Shikhov and Chernokulky, 2018; Shikhov et al., 2020).

В настоящей работе рассматривается структура и информационное наполнение картографической базы данных КОЯП, разрабатываемой авторами для территории Центрального Федерального округа (ЦФО).

Основной в структуре базы данных является таблица отчетов о КОЯП, зафиксированных по данным метеостанций или в населенных пунктах (point reports). Данные об этих случаях получены на основе анализа нескольких основных источников: данных наблюдательной сети, сведений о случаях КОЯП и нанесенном ущербе, опубликованных в СМИ и социальных сетях, информации из внешних баз данных, в частности ESWD и базы данных ЕСИМО, ежемесячных обзоров в журнале «Метеорология и гидрология». Пространственная привязка отчетов осуществляется по положению метеостанции (через WMO ID) или по идентификатору населенного пункта в OpenStreetMap.

Для каждого точечного отчета о КОЯП определены следующие характеристики: дата, время, точность определения времени, способ регистрации явления, местоположение, тип явления, сведения об ущербе (при наличии), а также краткое текстовое описание самого явления и нанесенного ущерба с указанием ссылок на источники информации.

Также в базе данных приведены характеристики МКС, вызвавших опасные явления. За период с 2001 по 2011 г. для этого использованы снимки Terra/Aqua MODIS, недостатком которых является сравнительно низкое временное разрешение (два раза в сутки для каждого спутника). За период c 2012 г. по н.в. доступны спутниковые данные Meteosat (с 12-ти канального радиометра SEVIRI), с частотой съемки каждые 15 мин. По спутниковым данным определены основные характеристики МКС: тип, минимальная температура верхней границы облаков, диаметр по большой и малой полуоси, наличие сигнатур, указывающих на сильные восходящие потоки.

При формировании базы данных о случаях КОЯП на территории ЦФО также настроены связи с ранее опубликованными базами данных смерчей в Северной Евразии (Chernokulsky et al., 2020) и ветровалов в лесной зоне Европейской России (Shikhov et al., 2020). Всего для территории ЦФО за 2001-2020 гг. доступны данные о более чем 300 случаях смерчей и 131 случае значительных ветровалов, вызванных шквалами или смерчами. Частично эти массивы данных пересекаются. В атрибутивных таблицах слоев смерчей и ветровалов содержится информация, которая отсутствует в основной таблице, поскольку она является специфичной именно для этого типа явлений (смерчей) или ущерба от КОЯП (ветровалов).
Для каждого случая смерчей и ветровальных нарушений лесного покрова реализована связь с отчетами о КОЯП по данным наземных наблюдений, а также с характеристиками МКС по спутниковым данным. Таким способом решается важнейшая задача получения комплексной информации о каждом случае КОЯП.

Также в виде отдельных таблиц в базе данных представлена информация об условиях возникновения КОЯП, которые определяются значениями диагностических переменных – индексов неустойчивости (Taszarek et al., 2017; Chernokulsky et al., 2019). Диагностические переменные рассчитываются по данным реанализов CFS и ERA5..

Для управления базой данных и ее редактирования используется свободная объектно-реляционная СУБД PostgreSQL с установленным расширением PostGIS. Обеспечение открытого доступа к базе данных в сети Интернет будет реализовано путем создания картографического веб-приложения с использованием стека технологий HTML5, CSS3, JavaScript и PHP. Для публикации и отображения в веб-приложении пространственных данных о местоположениях случаев КОЯП будет использован открытый картографический сервер GeoServer.

Исследование выполнено при поддержке РФФИ, проект № 20-35-70044.