Исследование водозапаса облаков над сушей и водной поверхностью в северных регионах европейской части России по данным дистанционных измерений: 2020 г. этап 2

  • Kostsov, Vladimir (PI)
  • Бирюков, Егор Юрьевич (CoI)
  • Ionov, Dmitrii (CoI)
  • Зайцев, Никита Александрович (CoI)
  • Волкова, Кристина Андреевна (CoI)

Project

Project Details

Description

Будут получены новые данные о временной и пространственной изменчивости водозапаса облаков в северных регионах европейской части России (в том числе в районе Санкт-Петербурга). При этом особое внимание будет уделено изучению водозапаса облаков над сушей и водной поверхностью (Балтийское море, большие и малые озера), поскольку ряд предшествующих исследований облачности в Северной Европе указывает на существование различий в значениях водозапаса, обусловленных типом подстилающей поверхности. Данные такого рода необходимы для повышения точности моделирования облачности в северных регионах в различные сезоны и учета ее влияния на радиационный баланс в рамках решения фундаментальной проблемы исследования изменений климата. Актуальность проекта вызвана тем, что наблюдающиеся климатические изменения наиболее заметно проявляются именно на высоких широтах, а облачность является одним из важнейших климатообразующих факторов.
Поставленная цель будет достигнута путем решения следующих основных задач:
1) проведение непрерывных дистанционных измерений водозапаса облаков с высоким временным разрешением микроволновой аппаратурой HATPRO, функционирующей в Санкт-Петербургском университете;
2) отбор и классификация данных об облачности, предоставляемых спутниковыми приборами дистанционного зондирования атмосферы SEVIRI и AVHRR над северными регионами европейской части России;
3) систематизация и анализ результатов определения водозапаса и других характеристик облаков, полученных с поверхности земли и со спутников над сушей и водными поверхностями в северных регионах;
4) сопоставление наземной и спутниковой информации, относящейся к водозапасу облаков (единичные измерения, частотные распределения, сезонный ход, суточный ход, средние и медианные значения);
5) исследование статистических характеристик, сезонного и суточного хода водозапаса облаков над сушей и водными поверхностями северных регионов Европейской части России на основе комбинирования наземных и спутниковых данных;
6) анализ вероятных физических механизмов, приводящих к различиям величин водозапаса облаков над сушей и водными поверхностями (Балтийское море, озера) в различные сезоны.

Key findings for the stage (in detail)

Результатом проведенных в течение второго года исследований являлись разработка, тестирование и применение на практике двух алгоритмов обработки данных наземных микроволновых измерений в режиме углового сканирования – регрессионного и так называемого «физического», которые позволяют определять водозапас облаков над сушей и водной поверхностью в области береговой линии (при наблюдениях в направлении водного объекта). Скомпилирован статистический ансамбль состояний облачной атмосферы в области береговой линии, позволяющий обучать регрессионный алгоритм, проводить численные эксперименты и оценивать погрешности определения водозапаса облаков над сушей и водной поверхностью. В результате сопоставления значений градиента водозапаса облаков «суша-море» в области береговой линии Финского залива в окрестностях Санкт-Петербурга, полученных по спутниковым наблюдениям и микроволновым наземным измерениям, обнаружено их качественное согласие (большие значения водозапаса над сушей, малые значения водозапаса над морем). Однако наблюдается существенное превышение спутниковых значений над наземными данными. При этом наземные данные как качественно, так и количественно хорошо согласуются с данными реанализа. Важными и интересными результатами являются: (а) обнаружение устойчивого положительного тренда градиента водозапаса облаков «суша-море» в области береговой линии Финского залива в окрестностях Санкт-Петербурга в течение 2011-2017 годов; (б) обнаружение летней внутрисезонной изменчивости градиента (наибольшие значения в июне и июле, практически нулевые – в августе); обнаружение дневного хода градиента (рост значений примерно до полудня, затем уменьшение). Исследования спутниковых значений градиента водозапаса облаков «суша-море», полученных прибором SEVIRI в районе Невской губы (Финский залив), Ладожского озера и озера Сайма, показали большую изменчивость как значений градиента, так и особенностей его временной эволюции для водных объектов, различающихся размером и другими характеристиками. По результатам выполнения проекта в 2020 году опубликовано две статьи (https://doi.org/10.5194/amt-13-4565-2020; https://doi.org/10.15372/AOO20200805).

Key findings for the stage (summarized)

Результатом проведенных в течение второго года исследований являлись разработка, тестирование и применение на практике двух алгоритмов обработки данных наземных микроволновых измерений в режиме углового сканирования – регрессионного и так называемого «физического», которые позволяют определять водозапас облаков над сушей и водной поверхностью в области береговой линии (при наблюдениях в направлении водного объекта).
AcronymRFBR_a_2019 - 2
StatusFinished
Effective start/end date11/03/2026/12/20