Оперативный мониторинг параметров облачного покрова, осадков и опасных явлений погоды по данным МСУ-ГС-ВЭ КА Арктика-М

Оперативная спутниковая информация об облачности, осадках и опасных явлениях погоды необходима во многих сферах человеческой деятельности, особенно в районах с редкой наземной наблюдательной сетью. Информация с геостационарных спутников имеет высокую периодичность (15 мин), однако ограничена низкими и умеренными широтами (менее ~70° широты, т.е. без приполярных областей).
В феврале 2021 г. был запущен российский высокоэллиптический гидрометеорологический КА «Арктика-М» №1 [1]. На его борту установлен прибор МСУ-ГС-ВЭ (многозональное сканирующее устройство – геостационарное), позволяющее проводить съёмку с периодичностью 15 мин в 10ти спектральных каналах с пространственным разрешением в надире ~4 км для инфракрасного диапазона (каналы 4-10, λ= 3,75, 6,2, 8,0, 8,7, 9,7, 10,7 и 11,9 мкм) и ~1 км для видимого диапазона (каналы 1-3, λ= 0,58, 0,73 и 0,85 мкм).
В ФГБУ «НИЦ «Планета» на основе автоматизированного программного комплекса (АПК) [2, 3] был создан и подготовлен к внедрению в оперативную эксплуатацию АПК для круглосуточного мониторинга над территорией России и Арктикой макро- и микрофизических характеристик облачного покрова, зон осадков и опасных явлений погоды (ОЯП) по данным МСУ-ГС-ВЭ КА «Арктика-М».
В основе АПК лежит оригинальная авторская Комплексная пороговая методика (КПМ) дешифрирования и классифицирования по косвенным признакам макро- и микрофизических параметров облачности, зон осадков и ОЯП по данным измерений радиационной температуры в каналах 4-10 МСУ-ГС-ВЭ. Дополнительно используются прогностические поля (NCEP GFS, сетка 0,5°, 4 раза в сутки) о вертикальном распределении температуры воздуха в атмосфере и атмосферном давлении на уровне моря, цифровая модель рельефа, а также параметры облачности и осадков, полученные на предыдущих этапах классификации. Пороговые значения предикторов рассчитываются для каждого пиксела спутникового изображения как функции высоты места над уровнем моря, высоты солнца, приземной температуры воздуха и приведённой к уровню моря, угла спутникового визирования, географической широты и др. Они получены эмпирическим путём и учитывают климатические особенности облачности и метеоявлений для территории России и Арктики, а также сезонность, зональность и суточный ход значений их характеристик.
Для каждого срока спутникового наблюдения определяются: облачная маска, типы облачности, стадии развития кучево-дождевой облачности, максимальная водность и водозапас облачного слоя, температура верхней границы облачности (ВГО), высота ВГО над уровнем моря, барическая высота ВГО, высота нижней границы облачности над подстилающей поверхностью, фазовое состояние воды в облачных частицах вблизи ВГО, толщина облачного слоя, оптические плотность и толщина облачного слоя, эффективный радиус облачных частиц, максимальная в пределах пиксела мгновенная и средняя за 15 мин по площади пиксела интенсивности осадков, тип осадков у поверхности земли, зоны гроз, града, гололёдных явлений на поверхности земли и обледенения в облаках разной вероятности и интенсивности, высота над уровнем моря верхней и нижней границ слоя значимого обледенения.
Выходные продукты АПК по облачности, осадкам и ОЯП получаются в оперативном режиме для каждого срока спутникового наблюдения в виде числовых матриц (в точных значениях или кодах классов/градаций) и соответствующих им растровых карт: для полного круга обзора МСУ-ГС-ВЭ с исходным разрешением или для территории России и Арктики в двух картографических проекциях: косой азимутальной ортографической (масштаб ~4 км) и нормальной цилиндрической равнопромежуточной (шаг 1,5’ (0,025°)).
Время обработки одного срока спутникового наблюдения, включая предварительную подготовку, классификацию и запись в файлы, не превышает 0,5 мин.
Сравнение классифицированных карт по данным МСУ-ГС-ВЭ/Арктика-М и SEVIRI КА Meteosat-11 и Meteosat-8 для территории России показало близость обоих спутниковых оценок параметров облачности и осадков.