Фазовые портреты динамики глобальной общей облачности Земли в рамках 10-градусных широтных зон в период 2005-2013 гг. по данным спутников Terra и Aqua.

Климат Земли, в общем, не стационарен. Его изменения способны серьезным образом влиять на условия хозяйствования и уровень жизни людей, что делает задачу мониторинга и анализа погодных тенденций чрезвычайно актуальной. Многолетние погодные тенденции трассируют потенциальные направления в изменении климата. Облачный покров Земли тесно связан с климатом и многолетними погодными вариациями, поэтому спутниковый мониторинг динамики облачного покрова может служить источником информации о современных тенденциях в изменении погодных условий на различных временных масштабах.
Важной проблемой является выбор параметра облачного покрова, спутниковый мониторинг которого, может обеспечить, возможно более значимую информацию о многолетних тенденциях в изменении погодных условий. Дополнительным требованием является необходимость выбора такого параметра, величина которого, слабо зависит от локальных погодных вариаций, но сохраняется чувствительность к изменениям в рамках многолетних тенденций. Предполагалось, что таким параметром может быть разница между проективным покрытием общим облачным покровом в различные моменты местного времени в течение суток. Соответственно, требуется использовать развитую систему пространственно-временного усреднения этих данных, включающую сворачивание их до среднемесячных значений в рамках 10-градусных широтных зон Земли.
Полярно-орбитальные гелио синхронные спутники Terra и Aqua системы EOS USA оснащены 36-канальным сканером MODIS работающим в оптическом и инфракрасном диапазоне спектра. На основе данных с этих спутников рассчитывается целый ряд продуктов, многие из которых доступны в Интернете на свободной основе. В работе использовались продукты NEO "Cloud Fraction" с месячным окном накопления и пространственным разрешением 0.1 градус [http://www.earthobservatory.nasa.gov]. Параметр “Cloud Fraction” по величине варьируется от 0 до 100 и представляет собой пространственно-временную долю покрытия территории общей облачностью в месячном окне накопления в местное время суток на момент пролета спутника. Спутник Terra пересекает экватор примерно 10.30 (±15 минут) часов утра местного времени, спутник Aqua на три часа позже, примерно в 13.30 (±15 минут) часов дня. На сайте [http://www.earthobservatory.nasa.gov] доступна информация периода с января 2005 по август 2013 года для данных со спутника Terra (MODIS) и с июля 2002 года по текущий момент для данных со спутника Aqua (MODIS). Глобальные месячные сцены NEO Cloud Fraction представлены в виде матриц размера 3600х1800. В обработку были включены по 104 глобальные месячные сцены периода: январь 2005 – август 2013 года; полученные по утренним данным спутника Terra (MODIS) и обеденным со спутника Aqua (MODIS).
Анализ глобальных месячных сцен общего облачного покрытия (Cloud Fraction) периода 2005-2013 гг. основывался на разделении исходных матриц на 16 широтных 10-градусных зон размером по 3600х100 пикселей (за исключением полярных областей). Затем, для каждой зоны строилось по два ряда отсчетов (104 отсчета каждый) средней величины Cloud Fraction в утреннее (Terra (MODIS)) и в обеденной время (Aqua (MODIS)) и рассчитывался ряд разницы между этими величинами.
Различия между утренними и обеденными среднемесячными величинами "Cloud Fraction" формируются тремя компонентами. Во-первых, трех часовым сдвигом облачных масс различной плотности и соответственно изменением характеристик облаков применительно к пространственно фиксированной точке. Во-вторых, уменьшением облачного покрытия за счет рассеивания утренних туманов и прочих форм облачности на перепаде температур утро-день. В-третьих, увеличением облачного покрытия за счет формированиям дневной облачности через конденсацию местных испарений. Различные климатические зоны Земли существенным образом различаются по характеристикам двух последних компонентов.
Ряды отсчетов практически всех широтных зон имели четко выраженную сезонную цикличность зима-лето. На фоне этого ритма в зонах расположенных, а пределах 30 градусов Ю.Ш – 30 градусов С.Ш., наблюдались существенные искажения, возникшие начиная с 2010 года. Временные ряды отсчетов, имеющие выраженный периодический характер, удобно анализировать с помощью процедуры Такенса, которая позволяет восстанавливать фазовые портреты по данным временных отсчетов характерных параметров системы.
Фазовые портреты динамики облачного покрова в 10-градусных широтных зонах Земли построенные по спутниковым данным Cloud Fraction в течение 2005-2013 гг. показывают, начиная с 2010 года, появление новых моментов в области Земли между 30º Ю.Ш. и 30º С.Ш.. К этой зоне относится глобальная атмосферная циркуляционная ячейка, формирующая пассатную и муссонную активность. Таким образом, появление новых моментов в пассатной и муссонной активности после 2010 года может иметь последствия в средних широтах, особенно Северного полушария, где расположены значительные площади сельскохозяйственных угодий Земли.
Работа выполнена при поддержке грантов № 0866/ГФ2 и 2308/ГФ3 МОН РК.