Использование спутниковых данных в анализе и прогнозе погоды

02.11.2007 19:00

История приема метеорологической информации с МИСЗ для целей прогнозирования погоды началась с организации автономного пункта приема информации (АППИ) в 1969 году в ДВНИИГМИ.

Прием информации велся с МИСЗ отечественного и иностранного производства. В первую очередь - это такие известные спутники, как МЕТЕОР, ОКЕАН, РЕСУРС, NOAA. Информация поступала в аналоговом виде в УКВ диапазоне на фототелеграфные аппараты и обрабатывалась фотографическим способом. Пункты АППИ были организованы не только в подразделениях ДВНИИГМИ, но и на ряде научно исследовательских судов и обеспечивали прием данных при выполнении научных экспедиций на морской акватории.

В середине 90-х в Примгидромет полностью прекратилась поставка нового оборудования для АППИ, спутники МЕТЕОР, РЕСУРС, ОКЕАН выработали свой ресурс, Не хватало реактивов для обработки данных, приемное оборудование выходило из строя и требовало постоянного ремонта.

В этот период специалистам Приморского УГМС удалось не только сохранить систему приема спутниковой информации, но и перевести ее на новые технологии приема и обработки данных. Был введен в эксплуатацию комплекс «ЛИАНА» для приема информации с орбитальных МИСЗ. Был установлен комплекс «СЮЖЕТ» для приема данных от геостационарного МИСЗ в режиме WEFAX. Оба этих комплекса были модифицированы, как по приемному оборудованию, так и по программному обеспечению, что позволило им успешно работать на протяжении нескольких лет.

Данные, получаемые этими комплексами, попадали во все прогностические подразделения управления и оказывали существенную помощь при составлении прогнозов погоды. Кроме того, наработался опыт по работе с программным обеспечением, доведением информации до потребителей, который пригодился при получении нового оборудования для приема данных от МИСЗ в цифровом виде в рамках Программы модернизации организаций Росгидромета.

В период 17-23 июля 2007 года специалистами ИТЦ «СканЭкс» в Приморском УГМС были установлены аппаратно-программный комплекс «Алиса-СК» и «ЕОСкан». С помощью станции «Алиса», предназначенной для приема и обработки информации, передаваемой со спутников серии «NOAA», «FENGYUN» в режиме HRPT, появляется возможность в оперативном режиме принимать до шести снимков одной и той же территории в сутки.

Комплекс «ЕОСкан» предназначен для приема и обработки данных MODIS, передаваемых с низкоорбитального искусственного спутника Земли «Terra». Уникальные свойства аппаратуры (большое количество каналов и высокое радиометрическое разрешение) делают данные MODIS ценным материалом для решения широкого круга задач в области гидрометеорологии, экологического мониторинга территорий и акваторий, мониторинга ледовой обстановки.

В настоящее время специалисты осваивают работу с новым оборудованием. С помощью данных станций планируется значительно повысить оперативность и объем принимаемой спутниковой информации. Это, в свою очередь, расширит возможности Примгидромета по прогнозированию гидрометеорологической обстановки и мониторингу окружающей среды.

Использование спутниковых данных в анализе и прогнозе погоды

В Приморском УГМС с момента получения первых спутниковых изображений облачного покрова и по настоящее время снимки с искусственных спутников Земли наравне с синоптическими картами погоды являются исходным материалом для диагноза и прогноза синоптических процессов и условий погоды. По характеру рисунка изображения облачности на снимках можно определить местоположение и интенсивность внетропических и тропических циклонов, атмосферных фронтов, местоположение зон выпадения осадков, высотных циклонов, струйных течений. Можно идентифицировать и классифицировать по ярусам и морфологии типы облачности и таким образом определять характер осадков (обложные, ливневые).

Возможности интерпретации динамики спутниковых полей сделали их важным компонентом при составлении прогнозов погоды и экстренных предупреждений об угрозе возникновения опасных природных явлений.

В 1986 году на погоду юга Дальнего Востока оказывал тропический шторм 8613 “Vera”. В связи с его выходом на акваторию Японского моря и затем прохождением непосредственно через Приморский край наблюдались сильные (15-49 м за 12 час.) и очень сильные дожди (50мм и более за 12 час.), усиление ветра. По данным ИЗС за траекторией тайфуна и его облачной системой можно было прослеживать значительный период времени: от начальной стадии до момента превращения его в полярно-фронтовой циклон. На снимке с ИЗС 26 августа (рис.1) облачный массив тайфуна имел форму эллипса. Здесь отчетливо прослеживаются две активные облачные спирали, сходящиеся в центре тайфуна. “Глаз” бури тайфуна достигал 1,5° в диаметре и частично был прикрыт облачностью. Первоначально тайфун смещался на северо-запад и 27 августа “Вера” прошла точку поворота и стала двигаться на север, северо-восток. 28 августа произошло объединение облачности полярного фронта и облачной системы тайфуна. Облачный массив приобрел вид мощной “шапки”, с которой и были связаны наиболее интенсивные дожди. В передней части, этой “шапки” отчетливо видны выбросы перистых облаков, направленные на север, северо-восток. В этом направлении и смещался тайфун.

19 июля 2007 года под влиянием глубокого циклона и активных фронтальных разделов находились: север Амурской области, Хабаровский и Приморский край, северо-восточные и восточные провинции Китая, а также Корейский полуостров. В этих районах шли дожди, временами сильные (15-49мм за 12 час.) Дожди сопровождались грозами и порывистым ветром.

С помощью программного комплекса METEOGAMMA, на основе спутниковой цифровой информации HRPT со спутников серии NOAA, были рассчитаны гидродинамические параметры облаков (температура, высота верхней границы, водозапас, толщина и др.), а также классифицированы по ярусам и морфологии типы облачности. С помощью этих снимков была более детально рассмотрена структура облачных образований, выявлены зоны с максимальными осадками, которые характерны для мощных кучево-дождевых облаков. Это позволило спрогнозировать сильные дожди в Приморском крае и своевременно передать заинтересованным организациям предупреждение о резком ухудшении погоды.

Количество снимков в сутки со спутников NOAA не всегда бывает достаточным для анализа и прогноза синоптических процессов. В этом вопросе на помощь синоптику приходят снимки с геостационарного ИЗС MTSAT – IR, которые позволяют непрерывно следить за эволюцией облачных систем в циклонах и тайфунах, отслеживать возникновение и развитие кучево-дождевой облачности и связанных с нею шквалов и ливневых осадков, определять скорость и направление перемещения крупномасштабных облачных образований по последовательности изображений облачного покрова. Орбита геостационарного спутника создает уникальную возможность непрерывного наблюдения (через 60 мин.) за процессами, происходящими на больших территориях земного шара, что значительно дополняет имеющуюся информацию для анализа синоптических процессов и составления прогнозов явлений.

Мониторинг наводнений, паводков, снежного покрова

Приморский край занимает одно из лидирующих мест в России по числу опасных гидрометеорологических явлений (ОЯ). Ежегодно с сети метеостанций и постов поступает около 80-ти донесений о различных ОЯ.

Чаще всего из ОЯ в Приморье отмечаются сильные дожди (50мм и более за 12 часов), которые приходятся на вторую половину лета – начало осени и, как правило, приводят к наводнениям на реках рая. С 1965 по 2006гг. в Приморье 27 раз отмечались наводнения, которые привели к значительным материальным ущербам. При мониторинге наводнений в поймах рек космическая информация позволит не только наблюдать за развитием паводка, но составлять оперативный прогноз зон затопления, выявлять потенциально опасные для затопления населенные пункты и объекты экономики, оценивать причиненный ущерб.

С помощью космической информации можно будет фиксировать границы распространения снежного покрова, изучать динамику изменения снежных площадей. Это особенно важно для северных районов Приморья, где на 10 000 кв. км приходится одна метеостанция с регулярными наблюдениями и расположена основная зона формирования стока р. Большая Уссурка ( бассейна р.Уссури).

Оперативное картографирование снежного покрова и скорость отступания его границ в весенний период будет способствовать повышению качества и достоверности прогнозов весеннего половодья и своевременному принятию превентивных мер по уменьшению возможных ущербов.

Оценка состояния ледового покрова на озере Ханка в апреле 2004 года, на основе спутниковой информации спектрорадиометра MODIS со спутников Terra и Aqua. 9.04.04. – озеро полностью покрыто льдом. 20.04.04 – 20% озера покрыто льдом. 28.04.04 – озеро полностью очистилось ото льда.

Мониторинг лесных пожаров

С установкой станции для приема и обработки данных MODIS, передаваемых с низкоорбитального искусственного спутника Земли «Terra» в Примгидромета появилась возможность осуществлять мониторинг такого опасного природного явления, как лесные пожары. В результате лесных пожаров повреждаются или гибнут лесные насаждения, страдают населенные пункты, погибают люди.

Возможность ликвидации пожара на малой площади, особенно в условиях высокой пожарной опасности, определяется оперативностью обнаружения и проведения ?первоначальной атаки?. Наиболее полно требованиям оперативного мониторинга лесных пожаров соответствуют спутники с высоким радиометрическим разрешением и высокой периодичностью съемки (серии NOAA и EOS). Съемка тепловой аппаратурой спектрорадиометра MODIS с пространственным разрешением 1км дает возможность выявить очаг пожара площадью от 1 га.

Спутниковые данные являются существенным дополнением к традиционным методам обнаружения пожаров, а на неохраняемых службами авиалесоохраны труднодоступных территориях – единственным методом мониторинга и оценки последствий лесных пожаров. Совмещение снимков до и после пожаров дает возможность выявить гари, определить ущерб, нанесенный лесному хозяйству.

Мониторинг и прогноз ледовой обстановки

Одним из видов специализированного гидрометеорологического обеспечения в Приморском УГМС является мониторинг и прогноз ледовой обстановки на Дальневосточных морях.

Информация о складывающейся ледовой обстановке, имеет очень важное значение для навигации судов, портовых служб и других потребителей морской отрасли. Своевременно полученная информация о закрытии навигации в проливе Лаперуза позволяет вовремя определиться с курсом следования, избежать временных потерь при попадании судов в зону тяжелой ледовой обстановки, а зачастую и повреждения судна. Вовремя же полученная информация о возможном проходе проливом Лаперуза из Охотского моря в Японское, и наоборот, позволяет сэкономить судосутки и тонны топлива. Экономический эффект, как в первом, так и во втором случае исчисляется десятками миллионов рублей.

Доставка газа и нефти морским путем в перспективе может оказаться выгоднее строительства газо- и нефтепроводов. Поэтому транспортные артерии России привлекают грузоперевозчиков во всем мире. Главным препятствием для проходов судов является лед. Дальневосточные моря в течение длительного времени покрыты льдом, к примеру, в Охотском море ледовый сезон длится с ноября по июнь. Образующиеся ледовые поля постоянно находятся в движении под действием ветра и течений. Наиболее сложные условия плавания складываются в тяжелых ледяных массивах. Проводка транспорта через эти массивы возможна только с помощью ледоколов. От качества ледовых и метеорологических прогнозов зависит планирование ледокольных сил на ДВ морях и в Арктике. Имея ледовый прогноз, можно планировать районы рыбного промысла, сроки поставки грузов для жизнеобеспечения северных районов, и если этот прогноз полностью оправдался, то его экономический эффект составляет сотни миллионов рублей. Примгидромет ведет мониторинг ледовой обстановки Дальневосточных морей начиная с двадцатых годов 20-го века.

Накопленная информация о толщине и границах распределения льда позволяет систематизировать ее, и создавать климатические атласы распределения кромки льда в экстремально ледовитые, мало ледовитые и нормальные годы. В архивах Приморского УГМС хранятся ледовые карты, составленные по данным судовых и авианаблюдений по акваториям Залива Петра Великого с 1917 г., Охотского и Берингова морей с 1910-1911 г. образовалась значительная брешь в архивных ледовых данных.

С 2000 г. регулярная информация о ледовой обстановке стала поступать в Примгидромета с ИСЗ. Ледовые карты стали составляться путем дешифрирования снимков ИСЗ, по которым отслеживается начало, период максимального развития и конец ледообразования, а также перераспределение льда в период выхода циклонов.

Значительный ряд наблюдений за ледовой обстановкой помогает составлять карты вероятной границы распространения кромки льдов. Накопленная информация о толщине и границах распределения льда позволяет систематизировать ее, и создавать климатические атласы распределения кромки льда в экстремально ледовитые, мало ледовитые и нормальные годы.

До июля 2007г. снимки высокого разрешения Примгидромета получало из ДВРЦ ПОД по запросу, в зависимости от погодной ситуации, что ограничивало возможности прогнозирования ледовой обстановки. Установка аппаратно-программного комплекса «ЕОСкан» позволит специалистам Приморского УГМС осуществлять ежедневный мониторинг положения кромки льда, крупные полыньи, зоны таяния на акватории Японского моря, а также в бухтах и заливах Приморского края. При помощи комических снимков можно будет прогнозировать места разрушений льда и своевременно предупреждать спасательные службы, любителей зимней рыбалки об опасности отрыва льда.