Системы GPS-ГЛОНАСС и дистанционное зондирование атмосферы в условиях глубокой конвекции

Мониторинг атмосферы с помощью глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС) обычно используют для оценки интегрального влагосодержания атмосферы. Кроме того, с высоким временным разрешением измеряется такие параметры как зенитная тропосферная задержка спутниковых радиосигналов и ее градиентные параметры, характеризующие атмосферные горизонтальные неоднородности.
Быстро развивающиеся атмосферные неоднородности, которые могут быть предвестниками опасных погодных явлений, таких как сильные осадки, грозы и смерчи отражаются в когерентных им вариациях интегрального влагосодержания атмосферы, оценку которого существующими сетями ГНСС-приемников можно получать с высоким временным разрешением.
В работе ставится задача выявить характерную изменчивость зенитной тропосферной задержки ГНСС сигналов, ее зонального и меридионального градиентов и интегрального влагосодержания, связанную глубокой конвекцией.
Для оценки конвективных процессов использовались физико-статистические параметры неустойчивости, рассчитанные в модели ECMWF и представленные в виде данных реанализа ERA5. На основе данных о скорости и направлении ветра, влажности и температуры воздуха на определенных высотах или изобарических поверхностях рассчитывались характеристики, которые часто используются для оценки вероятности опасных конвективных явлений.
Для оценки конвективных процессов использовались такие показатели атмосферной неустойчивости как восходящая вертикальная скорость, параметр генерации вихря, индекс WMAXSHEAR, рассчитанные по данным реанализа ERA5. Показано, что статистические характеристики параметров горизонтального градиента зенитной тропосферной задержки ГНСС сигналов значимо изменяются в условиях глубокой конвекции.

По информации СМИ и открытых баз данных произведена выборка событий опасных конвективных явлений, соответствующих имеющимся наблюдениям ближайших ГНСС-станций в г. Казани, республике Татарстан, Московской области. Оцениваются статистические характеристики зенитной тропосферной задержки ГНСС сигналов, ее зонального и меридионального градиентов и интегрального влагосодержания в периоды проявления опасных явлений. Обнаружено, что медианные значения градиентных параметров зенитной тропосферной задержки, и их флуктуации возрастают в периоды глубокой конвекции и еще усиливаются при ураганах, смерчах и разрушительных порывах ветра.

Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 23-27-00222 (https://rscf.ru/project/23-27-00222/). (проект 23-27-00222)