Физическая модель и статистическая ансамблевая оценка рисков ураганов по данным космических наблюдений

При расчете экономических рисков повышение информативности и достоверности количественных оценок воздействия разрушительных ветров тропических ураганов (тайфунов) на прибрежные регионы океанских акваторий имеет определяющее значение.
Рассматривается новый подход к оценке возможных рисков, который базируется на расчетно-теоретическом исследовании физических особенностей и статистических закономерностей проявления на прибрежных акваториях мощных атмосферных вихрей. В основе подхода получения количественной оценки вероятностей выхода на сушу ураганов с заданной величиной максимальной скорости ветра лежит комбинация статистического метода генерации треков путем случайного розыгрыша с детерминированным методом определения максимальной скорости ветра вдоль синтезированных треков.
Существенным информационным ресурсом при решении этой задачи являются длительные временные ряды космических наблюдений. Исходя из возможностей аппаратуры, установленной на спутниках, в первые 20-25 лет регулярных наблюдений, которые начались с 70 - х годов прошлого века, такие данные использовались, в основном, для регистрации «внешних» характеристик ураганов: общей морфологии (плоских изображений вихря), параметров (траектории) движения урагана в целом, а также воздушных масс внутри него.
Особенностью предлагаемого подхода является использование получаемых в последние годы новейшими космическими системами (пассивными и активными) многоспектральных и гиперпектральных данных о состоянии атмосферных образований. Так, например, начиная с запуска в 1997 г. космической системы TRMM, стали доступны данные о «внутреннем» 3-х мерном распределении осадков и скрытой теплоте парообразования в ураганах. В основу формирования рядов наблюдений были положены измерения, получаемые с помощью микроволнового радиометра TMI (TRMM Microwave Imager) и радара осадков PR (Precipitation Radar). Эти данные позволили, в частности, идентифицировать «тепловые башни» (экзотермические глубоко конвективные облака, вырастающие в высоту до 16 км) в стене глаза урагана и являющиеся предвестниками интенсификации ветра. Другие данные, получаемые аппаратурой AMSU-A современных оперативных спутников NOAA, позволили анализировать термические аномалии в поперечном сечении ураганов и обеспечили существенное повышение точности оценки их интенсивности. Но поистине революционный прорыв в понимании циклогенеза и физики ураганов наступил с вводом в действие системы новейших спутников Aqua, CloudSat, CALIPSO, PARASOL и Aura, так называемого, космического «А-поезда». С помощью новейших приборов восстанавливаются существенные для повышения достоверности разрабатываемых моделей геофизические параметры не только собственно вихря, но и окружающей среды, которые формируются в виде базы данных, являющейся ключевым элементом предлагаемой в настоящей работе синтетической модели, которая состоит из статистического и физического блоков.
Статистический блок включает процедуры «возникновения», использующей сглаживание (трехмерным гауссовым ядром) функции распределения вероятностей генезиса, восстановленной на основе дискретных пространственно-временных данных об ураганах и «распространения трека» с 6-ти часовым интервалом в виде цепи Маркова с принятием решения на каждом шаге о продолжении или завершении трека.
Физический (детерминированный) блок реализуется на базе разработанной модели расчета максимальной скорости ветра вдоль трека с учетом определяющего набора геофизических параметров окружающей среды. Отличительной особенностью физической модели является обеспечение возможности усвоения данных современных альтиметров и радиометров, которые позволяют учитывать радиальные градиенты высот верхней границы облаков и температуры от ядра урагана к его периферии. Эти усовершенствования способствуют существенному повышению точности оценки интенсивности ураганов. Результаты, получаемые с помощью разрабатываемой синтетической модели, представляются в виде гистограмм числа вышедших на сушу ураганов с заданной величиной максимальной скорости ветра в определенной окрестности (~100 км) заданной точки побережья.
Работа поддержана грантом РФФИ № 07-01-00507а.