Научная проблема, на решение которой направлен проект:
Проект вносит вклад в решение крупной научной проблемы моделирования и прогноза регионального климата на севере Европейской части России. Проект направлен на развитие на физическом факультете Санкт-Петербургского университета новой научной тематики комплексного исследования процессов облакообразования над сушей, водными объектами и в прибрежной зоне.
Конкретная задача (задачи) в рамках проблемы, на решение которой направлен проект, ее масштаб и комплексность:
Конкретная задача, решаемая в проекте - это систематизация и анализ данных многолетних (2013-2023) дистанционных измерений водозапаса облаков в районе Санкт-Петербурга наземным микроволновым радиометром RPG-HATPRO, а также многолетних (2011-2017) спутниковых дистанционных измерений водозапаса облаков над обширной территорией северо-запада Российской Федерации прибором SEVIRI. Особое внимание будет уделяться анализу суточной, сезонной и межгодовой изменчивости водозапаса облаков и выявлению соответствующих закономерностей и региональных особенностей.
Масштаб задачи характеризуется большим разнообразием как временных периодов, для которых исследуются вариации водозапаса – от суточных до межгодовых, так и разнообразием географических условий – характеристики облачности будут анализироваться над водными объектами, отличающимися глубиной, размером, наличием речных стоков и другими параметрами (Балтийское море, малые, средние и крупные озера северо-запада Российской Федерации).
Комплексность задачи обусловлена совместным анализом данных наземных и спутниковых дистанционных измерений, которые имеют как свои преимущества, так и недостатки.
Имеющийся у научного коллектива научный задел по проекту, наличие опыта совместной реализации проектов (указываются полученные ранее результаты, разработанные программы и методы):
Микроволновый радиометр HATPRO функционирует на наблюдательной станции физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета с июня 2012 года. Обслуживание прибора, калибровка, контроль процесса измерений осуществляется Ресурсным центром «Геомодель», который работает в рамках Научного парка СПбГУ. Обработка измерений проводится на кафедре физики атмосферы физического факультета СПбГУ с помощью программного обеспечения, созданного руководителем предлагаемого настоящего проекта (Косцов, 2015a). В основе этого программного обеспечения лежит метод решения многопараметрических некорректных обратных задач атмосферной оптики, учитывающий множественные дополнительные условия в виде «виртуальных» измерений (Kostsov, 2015b). За последнее десятилетие был выполнен ряд исследований различной направленности, но объединенных общей темой наземного микроволнового зондирования тропосферы. Было, в частности, проведено сравнение различных алгоритмов обработки наземных микроволновых измерений (Kostsov et al., 2018, Biryukov and Kostsov, 2019). Также, в работе (Kostsov et al., 2016) было исследовано информационное содержание наземных микроволновых измерений на основе двух подходов: расчета количества информации по Шеннону и расчета информационного объема по Козлову. Микроволновые измерения водозапаса облаков на наблюдательной станции Санкт-Петербургского университета были использованы для валидации спутниковых измерений водозапаса приборами SEVIRI и AVHRR (Kostsov et al., 2018, 2019). Предложен метод определения горизонтальных контрастов водозапаса облаков «суша-море» по многоугловым наземным микроволновым измерениям в прибрежной зоне (Kostsov et al., 2020; Biryukov and Kostsov, 2020).
В заключение данного раздела укажем, что у членов коллектива уже есть опыт в совместной реализации проектов: в проекте РФФИ 19-05-00372 Косцов В.С. являлся руководителем, а Ионов Д.В. и Бордовская Ю.И. – исполнителями.
Литература:
Косцов В.С. Восстановление параметров облачной атмосферы по данным радиометра RPG HATPRO // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2015a. Т. 51, № 2. С. 179–190.
Kostsov V.S. General approach to the formulation and solution of the multi-parameter inverse problems of atmospheric remote sensing with measurements and constraints of different types. International Journal of Remote Sensing. 2015b, Volume 36, Issue 11, pp. 2973-3004, DOI: 10.1080/01431161.2015.1054961
Kostsov, V.S., D.V. Ionov, E.Yu. Biryukov, and N.A. Zaitsev. Cross-validation of two liquid water path retrieval algorithms applied to ground-based microwave radiation measurements by the RPG-HATPRO instrument // International Journal of Remote Sensing. 2018. Vol. 39. No 5. P. 1321-1342. https://doi.org/10.1080/01431161.2017.1404163.
Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Zaitsev N.A., Poberovsky A.V., Osipov S.I. Application of the information approach to the analysis of two-year microwave observations of the atmosphere by the RPG-HATPRO radiometer at St.Petersburg University // International Journal of Remote Sensing. 2016, Volume 37, Issue 14, pp. 3346-3364, DOI:10.1080/01431161.2016.1199060
Kostsov, V. S., Kniffka, A., and Ionov, D. V.: Cloud liquid water path in the sub-Arctic region of Europe as derived from ground-based and space-borne remote observations, Atmos. Meas. Tech., 11, 5439-5460, https://doi.org/10.5194/amt-11-5439-2018, 2018.
Biryukov E.Yu. and V.S.Kostsov: Using Linear Regression Relations Derived from Model and Experimental Data to Determine the Water Content of Clouds from Ground-Based Microwave Measurements, Atmospheric and Oceanic Optics, 2019, Vol. 32, No. 5, pp. 569–577. DOI: 10.1134/S1024856019050051, (переводная версия статьи индексируется в базах WoS и Scopus).
Kostsov, V. S., Kniffka, A., Stengel, M., and Ionov, D. V.: Cross-comparison of cloud liquid water path derived from observations by two space-borne and one ground-based instrument in northern Europe, Atmos. Meas. Tech., 12, 5927–5946, https://doi.org/10.5194/amt-12-5927-2019, 2019.
Biryukov, E.Y., Kostsov, V.S. Application of the Regression Algorithm to the Problem of Studying Horizontal Inhomogeneity of the Cloud Liquid Water Path by Ground-Based Microwave Measurements in the Angular Scanning Mode. Atmos Ocean Opt 33, 602–609 (2020). https://doi.org/10.1134/S102485602006007X, (переводная версия статьи индексируется в базах WoS и Scopus).
Kostsov, V. S., Ionov, D. V., and Kniffka, A.: Detection of the cloud liquid water path horizontal inhomogeneity in a coastline area by means of ground-based microwave observations: feasibility study, Atmos. Meas. Tech., 13, 4565–4587, https://doi.org/10.5194/amt-13-4565-2020, 2020.
