Спутниковый мониторинг как средство получения исходных данных для прогнозирования туманов

Одним из основных направлений повышения качества метеорологических прогнозов является дальнейшая детализация, оперативность и расширение номенклатуры априорной информации [1].
В условиях нарушения обмена метеорологическими и аэрологическими данными с наблюдательных сетей, повышается актуальность расширенного применения данных дистанционного зондирования атмосферы и подстилающей поверхности со специализированных космических аппаратов в задачах анализа и прогноза погоды [2].
Одним из приложений спутниковой информации является получение исходных данных для реализации алгоритмов прогноза туманов.
Алгоритмы прогноза радиационных туманов основаны на сравнении температуры туманообразования Тт и минимальной температуры воздуха у поверхности земли (на высоте 2 метра) Тmin, достижимой за счёт радиационного выхолаживания в фактических на момент расчёта и ожидаемых в течении ночи сопутствующих значений (характеристик) влияющих факторов: температуры, влажности, параметров ветра и облачности.
Температура туманообразования рассчитывалась по классическим методикам (методы Зверева А.С. и Берлянда М.Е.) [3].
Сложность реализации данных подходов заключается в использовании прогностических данных по облачности и ветру при расчёте Тmin и необходимости учета влияния местных физико-географических условий. Также существенно влияет на качество прогнозов высокая временная дискретность регулярных наблюдений.
Для некоторых потребителей прогностической информации, например для авиации, необходима информация о таком опасном явлении, как туман, не только по аэродромам взлёта и посадки, но и по району выполнения авиационных работ [4]. Во втором случае возникает проблемы с определением исходных данных для прогнозирования. Для получения данных о температуре и влажности предложена методика на основе данных спутникового зондирования.
Поскольку в прогностических моделях используется термодинамическая температура воздуха на высоте психрометрической будки, а с околоземной орбиты определяется яркостная температура подстилающей поверхности, то предварительно определялись переходные коэффициенты от измеряемых величин к используемым в прогностических моделях.
Для определения влагосодержания приземного слоя воздуха использовались, как спутниковые данные [5], так и результаты гидродинамического предвычисления [6].
Снимались данные за последовательные сроки ДЗЗ (от 3 до 5) с дискретностью от 15 минут до 2 часов. Определялись значения разности характеристик температуры и влажности между сроками наблюдений. Методом пошаговой линейной регрессии построены асинхронные зависимости значений минимальной температуры от исходных параметров. Решающие правила разрабатывались дифференцированно по сезонам года (декабрь-февраль, март-апрель, май-сентябрь, октябрь-ноябрь) для различных физико-географических условий в пределах европейской территории России и прилегающих равнинных районов.
За исключением зимнего периода (покрытие подстилающей поверхности снегом) среднеквадратические и абсолютные ошибки определения Тmin составили 0,7÷1,6С, что соизмеримо с расчётами по станционным данным. При этом успешность прогноза тумана по общей оправдываемости, оправдываемости на наличие и отсутствие явления находилась в пределах 76-88%.
Традиционный подход к прогнозу адвективных туманов заключается в построении прогностических зависимостей основанных на сопоставлении характеристик температуры и влажности приземного слоя воздуха в пункте прогноза и в исходном районе траектории переноса на заданный период времени. Искомые значения определялись по аналогии с получением исходных данных для прогноза радиационных туманов. Исходный район определялся методом «обратных траекторий». При отсутствии достоверных аэрологических данных использовался метод восстановления барического поля и поля ветра в средней тропосфере по спутниковым данным [7].
Критерии успешности прогноза адвективных туманов по исходным данным, полученным на основе интерпретации спутниковых данных, составили 79-84%, за исключением северо-западного региона (71-74%). Снижение оправдываемости в данном случае вызвано влиянием значительной неоднородности подстилающей поверхности и наложением механизмов выхолаживания и испарения в образовании туманов (факторы радиационного выхолаживания и испарения существенно дополняют адвективные изменения).
По результатам проведённого исследования можно сделать вывод о возможности и целесообразности использования данных дистанционного зондирования Земли со специализированных космических аппаратов для получения априорной информации при прогнозировании туманов различного генезиса.