Оптимизация интерактивной системы мониторинга облачности глубокой конвекции на основе данных МИСЗ и моделей численного прогноза погоды

Повышение числа опасных явлений благодаря ускоряющемуся потеплению климата требует разработки множества различных задач прогнозирования погоды. Одним из основных источников опасных явлений погоды считается облачность глубокой конвекции (ОГК). Облака достигают высот более 14 км и могут развиваться в виде кластеров, мезомасштабных систем и скоплений, иметь протяженное пространственное распределение, интенсивные опасные явления. Верхняя граница ОГК может превышать высоту тропопаузы при диаметре облачного образования более десятка км, что осложняет оперативные наблюдения за её развитием с поверхности земли. Ввиду локального характера и большой скорости развития, мониторинг и наукастинг данного типа облачности требует регулярных наблюдений с высоким временным и пространственным разрешением. Одновременно, важно, чтобы дистанционные наблюдения проводились не только в зоне обзора радара, одного МИСЗ, но и по всей территории Российской Федерации, включая Сибирь и Дальний Восток.

Перечисленным требованиям удовлетворяют измерения геостационарных метеорологических искусственных спутников Земли (МИСЗ) как в видимом, так и инфракрасных диапазонах электромагнитного спектра. Разработанная в Гидрометцентре РФ система мониторинга облачности глубокой конвекции (СМОГК) [1] до недавнего времени использовала измерения радиометра SEVIRI МИСЗ Meteosat-8-11 с пространственным разрешением 4-6 км и периодом обновления 15 минут [2] для построения интерактивных карт и автоматизированного детектирования облачности глубокой конвекции. В настоящее время, система СМОГК адаптирована и дополнена, она на регулярной основе обрабатывает и данные российских спутников Электро-Л №2-4 и Арктика-М №1 с пространственным разрешением 1-4 км с периодичностью съёмки 30 минут [3,4]. Автоматическая и интерактивная комплексация спутниковой информации, полученной в результате обработки изображений с полями численного прогноза погоды, синоптическими наблюдениями и радарными данными делает доступным мониторинг как крупно масштабных процессов – циклонов и антициклонов, фронтов, так и мезомасштабных облачных образований, включая ОГК в оперативном режиме над всей территорией России. Интерактивный веб-интерфейс СМОГК предоставляет пользователю возможность визуализировать необходимые данные в трех проекциях и масштабировать фрагменты. Более того, возможно получить детальный отчёт о значениях восстановленных метеорологических величин в определенной пользователем точке карты и в виде графиков их изменения.

Обеспечения быстродействия такого функционала при сохранении высокого разрешения визуализируемых данных удалось достичь за счёт оптимизации структуры их хранения. В частности, все растровые изображения сохраняются на высокопроизводительный файловый сервер Nginx в формате Cloud Optimized GeoTIFF (COG) [4] вместе с географической привязкой. Структура COG позволяет браузеру пользователя получать с сервера лишь необходимый для построения карты фрагмент изображения в нужном масштабе.

На примере «case study» показаны преимущества и недостатки использования системы визуализации в зависимости от данных российских и зарубежных МИСЗ. Применение метода автоматического детектирования ОГК [1] следует назвать лишь первым шагом для успешного решения задачи мониторинга и прогноза.

Отмеченная выше большая пространственная и временная изменчивость ОГК соответственно требует, в первую очередь, более детального временного разрешения, что вероятно будет реально в случае доступа к данным нескольких геостационарных и высокоорбитальных МИСЗ.