ВВЕДЕНИЕ 3
1. Мезомасштабные конвективные системы 4
1.1. Характеристики МКС 4
1.2. Методы и средства их исследования 6
1.3. Мезомасштабные конвективные комплексы 7
1.4. Сопутствующие явления 9
2. Спутник CALIPSO, лидар CALIOP, а также использование его данных для
исследования облачных систем 13
2.1. Спутник CALIPSO (общее описание) 13
2.2. Лидар CALIOP 15
2.3. Наборы данных на основе данных обратного рассеяния 16
2.4. Исследования облачных систем с использованием данных спутника CALIPSO
(лидара CALIOP) 21
3. Оценка характеристик мезомасштабных конвективных систем над югом Западной
Сибири по данным спутника CALIPSO 24
3.1. Отбор случаев прохождения МКС, совпадающих с пролётами спутника CALIPSO,
над югом Западной Сибири 24
3.2. Основные использованные данные и методики их обработки 26
3.3. Анализ характеристик МКС (МКК) по данным лидара CALIOP (спутник CALIPSO)
за период 2010-2019 гг 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 43
ПРИЛОЖЕНИЕ А Профили характеристик МКК, построенные на основе данных
спутника CALIPSO
Облака ещё с древних времён являлись источником интереса многих учёных, а также простых любителей, изучающих атмосферные процессы. Эти белоснежные скопления продуктов конденсации зачастую являются отражением физического состояния атмосферы, определяют её погодный режим, а многие протекающие в них процессы до сих пор не изучены или же изучены довольно слабо. Среди большого количества разных типов облачности сильно выделяются кучево-дождевые облака, являясь наиболее мощными и опасными из всех форм. Развиваясь эта облачность способная достичь огромных масштабов, а из скопления нескольких таких облаков образуются мезомасштабные конвективные системы (МКС), которые очень сильно влияют на состояние атмосферы, а также сопровождаются большим числом опасных для человека и его жизнедеятельности явлений (грозы, ливни, шквалы и т.д.). При этом юг Западной Сибири является одним из очагов высокой повторяемости МКС, что подчёркивает актуальность их изучения над данной территорией.
За последние десятилетия человеческие технологии шагнули далеко вперёд. Не обошёл научно-технический прогресс и сферу наук об атмосфере. Появилось множество инструментов, помогающих учёным в изучении облачности и связанных с ней явлений. Сегодня одними из самых перспективных и быстроразвивающихся методов исследования атмосферы и в частности облачности являются космические методы. Метеорологические спутники (такие как например, CALIPSO), находящиеся на земной орбите, непрерывно сканируют атмосферу нашей планеты и передают в руки исследователей данные, изучение которых способно пролить свет на многие тайны, что до сих пор скрывают такие облачные системы как МКС.
Целью данной работы является анализ характеристик мезомасштабных конвективных систем над югом Западной Сибири по данным спутника CALIPSO.
На основе проведённого исследования были отмечены следующие особенности характеристик мезомасштабных конвективных систем (комплексов) над югом Западной Сибири по данным спутника CALISPO:
В среднем горизонтальная протяжённость по всем случаям МКК составила 155 км, максимальная протяжённость - 405 км, минимальная - 81 км. Сравнение полученных данных протяжённости с аналогичными, рассчитанными по данным MODIS, не показало существенных различий в результатах.
В большинстве отобранных случаях, а именно в 19-ти из 28-ми по средним значениям, высота ВГО МКК превышала высоту тропопаузы, т.е. наблюдалось выгибание МКК высоты тропопаузы с возможным пробитием. Величина выгибания в среднем по всем объектам составила 0,2 км, средняя максимальная - 0,66 км, при этом иногда доходя до 2 км. Данный факт может свидетельствовать о том, что мезомасштабная облачность является одним из источников проникновения водяного пара в стратосферу. В целом повторяемость средних значений такова, что большая часть объектов сконцентрирована в следующих интервалах: от 0 до 1 км (65%) - по средним и от 0,5 до 1 км (39%) - по максимумам.
Общее среднее значение высоты верхней границы облачности МКК по всем отобранным случаям составило 10,5 км, средний максимум - 11,2 км, средний минимум - 9,37 км. Средняя медиана по выборке - 10,6 км. Среднеквадратичное отклонение в большинстве случаев не превышало 1, лежа в пределах от 0,15 до 0,99 км, и лишь в двух (24-ом и 27-ом) СКО достигало 1,57 и 1,41 км (среднее СКО - 0,53 км). Средний интерквантильный размах высоты ВГО - 0,69 км. Минимальное и максимальное значения составили 9,45 и 11,1 км - значения 5 и 95 процентилей. Высота верхней границы как правило изменялась в диапазоне 10,2-10,8 км - диапазон типичных значений, ограниченный с 25 по 75 процентиль. Повторяемость средних значений высоты убывает с её ростом. В целом результаты высоты ВГО МКК, полученные по данным CALIPSO хорошо совпадают с аналогичными, рассчитанными по данным MODIS, существенных отличий выявлено не было.
Общее среднее полное излучение обратного рассеяния на длине волны 532 нм (Р'-10-3) по случаям составило 12,7, медиана - 3,9. Абсолютные максимумы в подавляющем большинстве случаев равны 100, за исключением 3 -х из них - 10, 13 и 23 со значениями 98,1, 87,1 и 93,3 соответственно (средний максимум - 99,2), все абсолютные минимумы равны 0,1. Средние СКО и ИКР обратного излучения - 19,5 и 14,6 соответственно. Минимальное и максимальное значения 0'составили 0,1 и 58,4. Диапазон типичных значений - 0,28-14,9. Повторяемость средних значений: большая часть случаев имеет значения, лежащие в интервале от 8 до 12 единиц - 44%, меньше всего приходиться на интервалы 4-8 и 20-24 - 11% и 4% соответственно.
Общая средняя оптическая плотность облачности - 4,23, медиана - 4,35, абсолютный максимум - 7,5, абсолютный минимум - 1,22. Средний СКО - 1,44, ИКР - 1,3. Минимальное и максимальное значения оптической плотности составили 1,61 и 6,43. Диапазон типичных значений - 3,62-4,92. Средние значения оптической плотности МКК распределены по закону, близкому к нормальному, большая часть объектов имеет значения в интервалах от 4 до 4,5 - 33% и 4,5-5 - около 29%.
Таким образом, по итогу работы был разработан алгоритм обработки данных спутника CALISPO, построены комплексные рисунки с изображениями некоторых параметров, полученных из продуктов спутника, а также были рассчитаны статистические характеристики этих параметров, дающие развёрнутую картину о структуре и особенностях мезомасштабных конвективных комплексов над югом Западной Сибири с данными, не уступающими по точности, например, данным MODIS.
