Использование спутниковых наблюдений по данным радиометра SEVIRI/Meteosat для климатического мониторинга состояния облачного покрова и осадков

Облачный покров играет важную роль в формировании погоды и климата, оказывая существенное влияние на водно-энергетический баланс Земли. Поэтому оперативный мониторинг его состояния является важной задачей. Наземная сеть метеорологических наблюдений неравномерно распределена по поверхности земного шара и для многих территорий спутниковые данные являются единственным источником информации об облачности и осадках. «Срочные» (для каждого сеанса/срока) спутниковые наблюдения важны для анализа и прогноза погоды. Для климатического мониторинга полезна информация, осреднённая или накопленная за некоторый период времени.
В ФГБУ «НИЦ «Планета» разработан автоматизированный программный комплекс (АПК) «SEVIRIncep» [3, 4], предназначенный для получения в оперативном режиме информации о параметрах облачного покрова, осадках и опасных явлениях погоды для полного круга обзора или его фрагмента с исходным разрешением или на регулярной сетке радиометра SEVIRI с КА серии Meteosat и прогностической модели NCEP GFS для отдельных сроков спутниковых наблюдений, а также позволяющий рассчитывать «климатические» оценки макро- и микрофизических характеристик облачного покрова и осадков: средние или накопленные за сутки, месяц и год: суммы осадков и средние за период времени для площади пиксела значения максимальной водности и водозапаса облачного слоя, интенсивности осадков (только для периода времени с осадками), температуры на верхней границе облачности (ВГО), высоты ВГО барической и над уровнем моря, высоты над поверхностью земли нижней границы облачности (НГО), толщины (разность между ВГО и НГО) и реальной толщины (без безоблачных прослоек) облачного слоя, оптической плотности (COD – Cloud Optical Depth) и толщины (COT – Cloud Optical Thickness) облачного слоя, эффективного радиуса облачных частиц, высоты над уровнем моря нижней и верхней границ слоя слабого, умеренного и сильного обледенения и параметра CFC (Cloud Fraction Cover ‒ среднее за период времени значение вероятности покрытия пиксела облачностью). Выходные «климатические» продукты АПК получаются в виде числовых матриц точных значений для каждого пиксела полного круга обзора спутникового прибора (viz≤7,7°) в двух проекциях: поперечной азимутальной виртуального спутника (размеры выходной матрицы 3600х3600 пикселов) и нормальной цилиндрической равнопромежуточной (размеры выходной матрицы 5520х5520 пикселов с шагом 1,5’ (0,025°) между центрами пикселов), а также соответствующих им растровых карт (рсх-файлов). Визуальный анализ карт суточных, месячных и годовых значений параметров облачного покрова и осадков для полного круга обзора прибора SEVIRI, в т.ч. в режиме слайд-шоу, позволяет отслеживать изменения характеристик облачного покрова на протяжении больших промежутков времени для обширных территорий и оценивать изменения климата.
По результатам расчёта месячного и годового «климата» за 2021-2022 гг. были построены графики зонально-осреднённого хода значений годового «климата» для полного круга обзора («субглобально») и рассчитаны средние для площади территорий значения отдельно для полного круга обзора, для северного и южного полушария в его пределах, Европейской территории России (ЕТР) и узких зональных поясов, а также построены графики годового хода месячных значений отдельно для полного круга обзора и ЕТР. Для расчётов использовалась информация радиометра SEVIRI/Meteosat-11 (0° в.д.) за 2021-2022 гг. и SEVIRI/Meteosat-8 (41,5° в.д.) за 2022 г. При валидации качества спутниковой «климатической» информации использовались аналогичные климатические оценки для тех же территорий, результаты наземных изиерений сумм осадков на метеостанциях и значения CFC и сумм осадков, полученных по данным радиометров SEVIRI/Meteosat-11 и SEVIRI/Meteosat-8 и прогностической модели Exeter [1, 2].
Анализ полученной информации показал, что «климатическая» информация о макро- и микрофизических характеристиках облачности и осадках, получаемая АПК «SEVIRIncep», вполне пригодна для климатического мониторинга ‒ спутниковые карты достаточно точно показывают местоположение основных минимумов и максимумов и позволяют отслеживать тенденцию изменения значений характеристик облачности и осадков в течение месяца и года. Однако оценки CFC получаются заметно (в среднем на 10-30 %) завышенными относительно климатических карт и оценок АПК «SEVIRIexeter». Для некоторых параметров облачности иногда могут «просвечивать» водоёмы или суша. Менее точно, чем АПК «SEVIRIexeter», оцениваются суммы осадков.