Классы «Cb inc.» и «Cb cap.» в течение всего года имеют 100 % кристаллическую ВГО. Все остальные классы облачности имеют хорошо выраженный сезонный и суточный ход повторяемости 2х (у «Ci, Cs», «Ac, As+Ci», «Cb+Ci» и «Cs+As+Ns»), 3х (у «Cb calv.», «As» и «Cu, Ns, Cb+As» (у 2х последних классов жидко-капельная ВГО встречается крайне редко)) и 4х (у «Cu, Sc», «Ns, Cb», «Ac» и «St») классов faza. Так, в тёплый период года в связи с повышением ТВГО уменьшается «льдистость» ВГО, т. е. увеличивается повторяемость «смешанной» и «жидко-капельной» фазы, практически у всех типов облачности, кроме «Cb cap.» и «Cb inc.».

Тот факт, что классы «Ci, Cs», «Cb+Ci», «Cs+As+Ns» и «Ac, As+Ci» иногда имеют смешанную ВГО («i>w»), хотя преобладает «ice», объясняется тем, что в них попадают не только Ci, но и As, которые могут содержать капли переохлаждённой воды. Кроме того, сквозь тонкие Ci часто «просвечивает» подстилающая поверхность и нижележащая облачность, из-за этого они кажутся теплее, ниже и менее ледяными, чем на самом деле. Наиболее часто «жидко-капельная» ВГО встречается у классов «Cu, Sc», «Ac» и «St» (даже в холодный период года), крайне редко – у «Ns, Cb», «As» и «Cu, Ns, Cb+As»; у остальных классов облачности она не встречается никогда (обязательно, хотя бы в небольших количествах, присутствуют ледяные частицы).

Исследования автора показывают, что в зависимости от синоптической ситуации, времени года и суток, href и типа облачности HR≥80 %. Ошибки в 98-100 % случаев не превышают ±1 соседний класс. В случаях, когда размеры облаков или просветов меньше элемента спутникового разрешения, получается средняя оценка для пиксела. Ошибки могут отмечаться в случаях с очень тонкими Ci (просвечивает нижележащая облачность) и на краях облачных массивов (проблема частично заполненных облачностью пикселов). Грубых ошибок, когда вместо «ледяных» облаков детектируются «водяные» или наоборот, отмечено не было.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Однако следует помнить, что в случаях, например, с мелкими кучевообразными облаками, размеры которых существенно меньше элемента спутникового разрешения, получается средняя оценка для пиксела, т. е. например, «облака со смешанной фазой», хотя отдельные небольшие облака в пределах пиксела могут иметь как ледяную структуру на ВГО, так и капельно-жидкую в зависимости от времени года, hВГО и др. Ошибки также могут отмечаться и в случаях с очень тонкой перистообразной и высоко-слоистой облачностью, при наличии облачных просветов, сопоставимых с элементом разрешения спутникового изображения, а также на краях облачных массивов (проблема частично заполненных облачностью пикселов).

Оценки faza получаются преобладающими для пиксела, поэтому на практике в его пределах возможны и другие варианты faza.

Максимальная водность облачного слоя

Водность облака – это масса капель воды и кристаллов льда, из которых состоят облака, в единичном объёме воздуха (Хромов, Мамонтова, 1974). Максимальные значения водности (Wmax) для большинства типов облачности приходятся на нижнюю (многослойные) или верхнюю (некрупные кучевообразные) часть облачного слоя. Однако некоторые виды облачности (обычно слоистообразные) могут быть относительно однородны по вертикали и Wmax для них практически совпадает со средней водностью облачного слоя, в то время как мощные конвективные облака могут иметь несколько максимумов водности (Мазин, Хргиан, 1989). Некоторые классы облачности имеют большой диапазон изменчивости значений Wmax, например, кучево-дождевая и многослойная облачность, а другие – очень маленький, например, перистообразные облака. Водность облака прямо пропорциональна температуре воздуха и интенсивности турбулентного обмена (Хромов, Мамонтова, 1974).

Максимумы водности в облаке хорошо коррелируют с уровнями изотерм 0, -10 и -22°С (Калинин, Смирнова, 2008), т. к. на этих высотах происходит смена фазового состава облака с чисто капельного на смешанное, а затем на кристаллическое. Здесь же происходит разделение электрических разрядов в облаке и формируются грозовые очаги. Конвективные ячейки с грозой характеризуются резким увеличением водности от НГО до высоты 4-6 км, где отмечается её максимум, и далее резкое снижение водности к ВГО. При выпадении осадков в виде сильного ливня максимум водности находится в слое от НГО до 6 км. Для конвективных облаков без осадков максимум водности отмечается вблизи изотермы 0°С.

КПМ выделяет 7 градаций Wmax: <0,15, 0,15-0,3, 0,3-0,5, 0,5-1, 1-3, 3-10 и >10 г/м3.

Визуальный анализ больших фрагментов классифицированных спутниковых изображений облачности показывает удовлетворительное согласие результатов классификации Wmax как с синоптической ситуацией, так и климатологией. Значения Wmax для кучевообразной облачности, в т. ч. в составе многослойной, имеют заметный сезонный, суточный и широтный ход, т. к. водность этих облаков уменьшается с понижением температуры и ослаблением конвективных движений в атмосфере. Для слоистообразной облачности эти зависимости выражены намного слабее и часто имеют обратный ход.

Ошибки встречаются над водоёмами для относительно тонкой облачности: водоёмы могут «просвечивать», т. е. контуры зоны Wmax соответствующей градации повторяют контуры водоёма, при этом значения Wmax обычно на 1 градацию увеличиваются. Грубых ошибок, т. е. ошибок в 3 и более градации, выявлено не было. HR>75 % (ошибки не превышают 1 градацию значений Wmax) в зависимости от сезона и времени суток, синоптической ситуации, ho, href и др.

Оценки Wmax являются максимальными для пиксела, однако на практике в его пределах возможны как более высокие (реже), так и низкие (чаще) значения Wmax.

Суммарная водность (водозапас) облачного слоя

Водозапас облака (или суммарная водность облачного слоя) – это количество осаждённой воды из облака на единичную поверхность (Мазин, Хргиан, 1989), или содержание жидкой воды или льда в вертикальном столбе единичного сечения от основания до вершины (Хромов, Мамонтова, 1974). Величина водозапаса (SW) зависит от типа облачности, его Wmax и dH (т. е. hВГО и hНГО). Однако в разных типах облачности распределение водности по высоте может сильно варьировать Так, в слоистообразных облаках она примерно одинакова в любой точке, а в кучевообразных – преимущественно убывает с высотой, хотя может иметь несколько максимумов. Достаточно сложен вертикальный ход водности в многослойных облаках. Чем больше dH и Wmax облака, тоньше слой Ci и/или As (т. е. чем меньше значения (Т108-Т120)) и выше температура воздуха в нижних слоях атмосферы, тем выше его водозапас. Максимум водозапаса обычно приходится на нижнюю половину кучевообразной или многослойной облачности. У слоистообразной облачности водозапас верхней и нижней частей облачного слоя примерно одинаков (иногда в верхней части может быть немного больше, чем в нижней).

КПМ выделяет 9 градаций SW: <0.5, 0.5-1, 1-2, 2-5, 5-10, 10-20, 20-50, 50-100 и >100 кг/м2. Получаемые спутниковые оценки SW включают в себя всю воду, независимо от фазы (твёрдая или жидкая), содержащуюся в вертикальном столбе внутри облака, и являются максимальными для площади рассматриваемого пиксела спутникового изображения. Однако в ситуациях с кучевообразной облачностью, в т. ч. в составе многослойной, в пределах пиксела возможны участки, водозапас которых может превышать рассчитанные значения на 1-2 градации. Средние же значения SW для всей площади пиксела обычно оказываются существенно меньше (в холодный период года – в 2-3 р., в тёплый период года – в 3-5 р.), чем максимальные.

Исследования автора показывают, что ошибки определения SW более чем в 85 % случаев не превышают ±1 соседний класс, а в ~100 % – ±2 класса. Вероятность грубых ошибок (более 3х классов) практически равна 0.

Ошибки оценок SW могут возникать при анализе полей мелкой и средней кучевообразной облачности (в т. ч. слоисто-кучевообразной), у которой размеры облаков и просветов между ними сопоставимы с размерами пиксела, т. к. из-за осреднения информации в пределах единичного пиксела колебания значений SW могут достигать ±2 градаций относительно среднего значения для этого пиксела. Некоторое (на 1-2 градации) завышение значений SW может наблюдаться у многослойной облачности (особенно «Cs+As+Ns» в передней части фронтальной зоны), в т. ч. из-за ошибок определения hНГО. Водоёмы иногда могут «просвечивать» даже сквозь многослойную облачность, т. е. контуры зоны SW соответствующей градации повторяют контуры водоёма, при этом значения SW могут как несколько (обычно на 1 градацию) увеличиться, так и уменьшиться (из-за неточностей определения Wmax и hВГО над этими водоёмами).

Оценки SW получаются максимальными для пиксела, однако на практике в его пределах возможны как более высокие (реже), так и низкие (чаще) значения SW.

Высота НГО

Высота НГО – это высота основания облака над подстилающей поверхностью (Хромов, Мамонтова, 1974).

Спутниковая аппаратура наблюдает облачность сверху и не видит её основание, поэтому оценки hНГО в КПМ проводятся косвенно. Так, низкое положение НГО над подстилающей поверхностью, как правило, имеют облака с высокими значениями Wmax, а также с низкими значениями hВГО и невысокими значениями (Т108-Т120) и ТВГО. Для облачности с небольшими значениями водности положение НГО в значительной степени зависит от hВГО и величины значений (Т108-Т120) и (Т120-Т87).

В результате классификации выделяются 4 градации значений hНГО: <1,5, 1,5-3, 3-5 и >5 км. Такое деление на градации вызвано последующим использованием данных о hНГО для детектирования зон осадков разной интенсивности, а также грозы и града. Т. к. в пределах одного пиксела может присутствовать облачность нескольких видов, не попадающая в пространственное разрешение спутниковой аппаратуры, то спутниковые оценки hНГО представляют собой некоторую среднюю величину, поэтому в данном пикселе может присутствовать облачность как с более высокой, так и низкой НГО.

В ходе исследований автора было выявлено, что вероятность правильного определения hНГО превышает 75-85 % и зависит от времени года и суток, типа облачности и точности дополнительной информации (Wmax, Taур. моря и hВГО). Наибольшие ошибки отмечаются при определении hНГО у многослойной облачности (особенно у «Cs+As+Ns», «Cu, Ns, Cb+As» и «Ac, As+Ci»). Однако более чем в 90-95 % случаев ошибки не превышают ±1 градацию. При этом точность оценок hНГО сильно зависит от пространственного и временно′го разрешения полей Taур. моря: например, не попавшие в масштаб дополнительной информации более холодные или тёплые, чем суша, водоёмы способны на 1 градацию повысить или понизить hНГО (при большой амплитуде температур на границе суша/вода).

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11