Использование спутниковых данных микроволнового зондирования для определения начала южноазиатского муссона для Индийского субконтинента

Южноазиатский летний муссон является критически важным климатическим явлением для Индийского субконтинента, где проживает почти 1,5 миллиарда человек. Он не только определяет образ жизни населения, но и является фундаментальным фактором, от которого напрямую зависит устойчивость сельскохозяйственного сектора и смежных отраслей экономики региона. Сезон муссонов, длящийся четыре месяца, приносит до 80% годовой нормы осадков, что делает заблаговременное и точное прогнозирование дат его начала и окончания жизненно важной задачей. Неверно спрогнозированное наступление муссона приводит к значительным экономическим потерям и угрожает продовольственной стабильности.
В работе проведён анализ интегрального влагосодержания атмосферы (ИВА) в летний период индийского муссона за 2012–2021 гг. Данные ИВА получены по микроволновым радиометрическим данным спутников SSMIS F16-F18. В восстановлении ИВА из данных SSMIS использовалась технология искусственных нейронных сетей и методика подхода спутникового радиотепловидения. Таким образом, были получены ежесуточные поля ИВА за 2012–2021 гг. с интервалом 3 ч на координатной сетке 0,25°×0,25°.
Согласно Индийскому метеорологическому департаменту (https://mausam.imd.gov.in/responsive/monsooninformation_onset.php) констатировать начало и наступление юго-западного муссона можно только при выполнении следующих условий: если после 10 мая 60% из 14 доступных метеостанций Индии, находящихся в юго-западной части полуострова, зафиксируют осадки за сутки величиной 2,5 мм или более в течение двух последовательных дней, то начало муссона над провинцией Керала объявляется на второй день при условии выполнения следующих дополнительных критериев. Во-первых, глубина западных ветров должна сохраняться до уровня 600 гПа в области, ограниченной экватором и 10° с.ш., 55° в.д. и 80° в.д. Скорость зонального ветра в районе, ограниченном 5–10° с. ш. и 70–80° в. д., должна составлять порядка 15–20 узлов на уровне 925 гПа. Во-вторых, значение уходящей длинноволновой радиации OLR (Outgoing Longwave Radiation) должно быть ниже 200 Вт/м² в области, ограниченной 5–10° с. ш. и 70–75° в.д. Как можно видеть, критерии начала летнего муссона в Индии достаточно сложны.
Возможная связь с динамикой поля ИВА носит косвенный характер, в то время как именно высокое содержание водяного пара в атмосфере определяет возможность длительного выпадения большого количества осадков. Таким образом, приведённые критерии хороши в качестве независимых диагностических признаков, но не отражают непосредственной физической причины формирования муссона (существенного увеличения общего содержания водяного пара в атмосфере над территорией исследования).
В проведенном исследовании предложен новый подход к прогнозированию начала и развития южноазиатского летнего муссона на основе анализа пространственно-временных вариаций интегрального влагосодержания атмосферы (ИВА) по данным спутникового микроволнового радиометрического зондирования.
С целью объективного определения даты начала летнего муссона над Индийским субконтинентом проведён анализ сезонной изменчивости ИВА за 2012 г. Для устранения субъективной визуальной интерпретации временных рядов, имеющих форму волны (постепенный рост – «плато» – резкое убывание), применён метод гистограмм. Данный подход позволяет перейти к анализу в области распределения значений и выявить моды, что даёт возможность однозначно идентифицировать пик сезона муссонов для каждого из 11 регионов за конкретный год и точно определить как максимальную интенсивность муссона, так и дату его начала. Критерием для определения даты начала муссона служила мода с максимальной частотой, соответствующая периоду установления летнего муссона.
Работа выполнена в рамках государственных заданий Института космических исследований РАН («Мониторинг», госрегистрация № 122042500031-8) в части тематической обработки и анализа данных и Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН («Космос-2», госрегистрация № 0030-2019-0008) в части применения к обработке алгоритмов интерполяционного устранения пропусков данных.