ВВЕДЕНИЕ 5
1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТУМАНА И ЕГО КЛАССИФИКАЦИЯ 7
1.1. Физические условия образования тумана 8
Испарение 9
Конденсация 10
Перемешивание 12
Охлаждение 15
1.2. Классификация туманов 16
Радиационный туман 17
Адвективный туман 20
Туман при сильных морозах 22
Орографический туман 23
Туман испарения 25
Фронтальный туман 25
1.3. Географическое распределение туманов 26
2. МЕТОДЫ ОБНАРУЖНИЯ ТУМАНА НА СПУТНИКОВЫХ
ИЗОБРАЖЕНИЯХ 29
2.1. Отличие тумана от слоистой облачности на спутниковых изображениях...32
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ КОСМИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ «АРКТИКА-М» ДЛЯ ДИАГНОЗА ОБЛАЧНОСТИ И ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ 35
4. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ОБЛАСТЕЙ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТУМАНА ПО
ДАННЫМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «АРКТИКА-М» 41
4.1. Описание программы детектирование тумана 41
4.2. Сравнение результатов с данными приземного анализа 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 51
Приложение 1 54
Для обеспечения регионов России метеорологической информацией используются данные спутниковой съемки поступающие с высокой периодичностью от 15 до 60 минут. Это особенно актуально в тех районах, где сеть метеостанций сильно разрежена.
Туман нельзя отнести к опасным метеорологическим явлениям таким как смерч, гроза, град. Однако, он создаёт неблагоприятные условия для работы авиации, железнодорожного, водного и автомобильного транспорта. В условиях недостаточной видимости число автомобильных аварий значительно возрастает. Капли воды, оседая на различных материалах влияют на их состояние, ускоряя процесс коррозии. Туманы также способствуют увеличению загрязнения воздуха в городах, аккумулируя эмиссии, выбрасываемые промышленными предприятиями.
Целью работы является анализ условий возникновения разных видов тумана и создание методики, позволяющей детектировать зоны вероятного тумана для территории России и Арктического региона по данным отечественных космических аппаратов серии «Арктика-М».
Для выполнения поставленной цели были выполнены следующие задачи:
1. изучены особенности образования различных видов тумана и их физические характеристики;
2. проанализированы методы обнаружения тумана на спутниковых изображениях;
3. разработан метод обнаружения зон потенциального тумана по данным высокоэллиптических космических аппаратов серии «Арктика-М»;..
Целью работы является анализ условий возникновения разных видов тумана и создание методики, позволяющей детектировать зоны вероятного тумана для территории России и Арктического региона по данным отечественных космических аппаратов серии «Арктика-М».
Чаще всего туманы образуются в Арктическом регионе, где в среднем за год они могут наблюдаться в течение более 80 дней. Оперативный мониторинг туманов с использованием спутниковых данных является актуальной задачей для территории России, так как значительная часть её территорий расположена в высоких широтах, а северная граница проходит по Арктическому региону. Использование данных российских высокоэллиптических космических аппаратов «Арктика-М» обеспечивает полное покрытие территории России и Арктики и позволяет проводить детектирование зон туманов в оперативном режиме с высокой периодичностью.
Лучше всего туман отслеживается на изображениях в видимом диапазоне. Однако, использование только видимого диапазона невозможно для детектирования ночных радиационных туманов и наблюдений в северных широтах, где полярная ночь длится до полугода. В этом случае используются различные комбинации видимых и инфракрасных каналов, а также подключаются прогностические данные для проведения дополнительного анализа атмосферы.
Для определения зон потенциального тумана был разработан алгоритм, который использует данные классификации облачности и осадков и выбирает из неё зоны, которые по косвенным признакам можно считать потенциальным туманом. Для повышения точности методики дополнительно использовались прогностические данные о приземной влажности воздуха.
Сравнение результатов обработки спутниковой информации с приземным анализом показало хорошие результаты, однако разработанный алгоритм не всегда обнаруживает поземный туман, который обладает слишком малой оптической толщиной и незначительным температурным контрастом с подстилающей поверхностью. Сравнение Сибирского и Дальневосточного регионов вызвало дополнительные трудности тем, что в этих районах достаточно разреженная сеть наземных метеонаблюдений. Однако, результат работы алгоритма также показал совпадения в тех районах, где было возможно провести сравнение.
В дальнейшем планируется повышение точности работы алгоритма путем анализа профилей температуры воздуха на различных уровнях в атмосфере и проведение количественной валидации зон туманов наземными метеонаблюдениями для внедрения карт тумана в оперативную работу синоптиков.
