Структура многослойной облачности над Западной и Восточной Сибирью в летний и зимний сезоны за период 2006-2023 гг по данным CALIPSO

Информация о структуре многослойной облачности необходима для полноценного решения некоторых задач климатологии и метеорологии, например, оценки радиационного переноса. Одних только сведений об однослойных облаках или общей облачности, которым посвящено большинство исследований в данной области, недостаточно для детального описания механизмов возникновения и протекания различных атмосферных процессов [1]. Сложность изучения характеристик многослойной облачности заключается в ограниченном наборе инструментов, позволяющих это делать. При наблюдениях с земли в большинстве случаев доступной является информация только о нижележащем ярусе таких облаков. Исключением являются сканирующие лидары и доплеровские метеорологические радиолокаторы, результаты измерений которыми дают возможность получать сведения и о вышележащих слоях облачности. Однако число непрерывно функционирующих устройств такого типа по всему миру невелико, что не позволяет осуществлять мониторинг многослойной облачности в глобальном масштабе, особенно в высоких широтах и над поверхностью Мирового океана. В последние десятилетия широкое распространение при изучении облаков получили средства дистанционного зондирования Земли из космоса. Однако большинство метеорологических спутников оборудованы оптическими радиометрами, которые напрямую позволяют получать информацию только о вышележащем ярусе облачности. Основным же предназначением радиолокаторов космического базирования является всепогодное извлечение сведений о характеристиках подстилающей поверхности, например, о состоянии ледового покрова в морях Арктики.
В 2006 году были запущены спутники CALIPSO и CloudSat, оборудованные лидаром CALIOP и радаром CPR соответственно с целью изучения вертикального строения атмосферы. В 2023 году активное функционирование этих систем было прекращено. Однако результаты их синхронных измерений позволили не только существенно улучшить понимание о характеристиках аэрозолей и облаков, но и создать косвенные методы их оценки по данным пассивного спутникового зондирования. При этом детальная информация о вертикальной структуре многослойной облачности (количестве слоев и типе облаков в каждом из них) по-прежнему содержится только в тематических продуктах этих двух приборов. Несмотря на то, что размер «пятна сканирования» у лидара CALIOP составляет 1/3 км, а у радара CPR – 1.4 км при одинаковой периодичности съемки 16 суток, это позволяет создать общее представление о пространственном распределении восстанавливаемых с их помощью параметров на длительном интервале времени, например, о наиболее повторяющихся сочетаниях разновидностей облаков в многослойной облачности [2]. Однако изменчивости ее структуры и выявлению причин этого даже над отдельно взятым регионом планеты внимание в существующих работах практически не уделяется. Предположительно данный факт связан как с ограниченными возможностями указанных приборов, так и с их рассинхронизацией вследствие возникновения регулярных аномалий и поломок оборудования на CloudSat после 2010 года. Поэтому на продолжительном интервале времени целесообразным является использование результатов съемки только одним из этих сенсоров, что еще больше сужает область исследований. Так, радар CPR обеспечивает возможность анализировать структуру облачности с оптической толщиной до 40, а лидар CALIOP – только до 15 [3]. Однако за счет более высокого вертикального разрешения второго прибора, именно его использование позволяет установить точное расположение слоев облаков в многослойной облачности хоть и в более оптически тонкой. Отметим, что в 2024 году был запущен спутник EarthCARE, оборудованный и лидаром, и радаром, что обуславливает актуальность продолжения исследований в области изучения вертикальной структуры атмосферы активными сенсорами космического базирования.
В докладе представлены результаты оценки многолетней изменчивости структуры многослойной облачности над Западной и Восточной Сибирью в летний и зимний сезоны за период 2006-2023 гг в дневное время суток по данным лидара CALIOP. Под многослойной облачностью понимается наличие облаков в нескольких ярусах одновременно, расположенных друг под другом, между которыми существуют просветы (безоблачное небо). Основная суть методики анализа заключается в использовании ежедневных результатов классификации облачности из тематического продукта лидара CALIOP, вычислении сезонных значений повторяемости каждой комбинации разновидностей облаков в многослойной облачности, построении на их основе временных рядов, определении трендов и нахождении оценок их характеристик. Определен вклад облаков с различным числом слоев в многослойную облачность, и найдены наиболее повторяющиеся комбинации типов облаков над Западной и Восточной Сибирью в летний и зимний сезоны. Приведены оценки линейных трендов изменения доли наиболее распространенных сочетаний разновидностей облаков в многослойной облачности за рассматриваемый период. Обсуждаются результаты сопоставления полученных данных с информацией из ежегодных оценочных докладов Росгидромета о состоянии климата в Российской Федерации. Предложены гипотезы относительно причин изменения режима многослойной облачности в рассматриваемые сезоны над целевыми регионами.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИОА СО РАН.