Определение параметров облачного покрова, осадков и опасных явлений погоды по данным радиометра SEVIRI с геостационарного метеоспутника Meteosat-10 для Европы и Европейской территории России (Методические рекомендации по использованию спутниковых данных) (стр. 7 )

В стадиях роста и разрушения Cb вероятность выпадения града и его интенсивность малы: в стадии роста облака – из-за того, что внутри облака преобладают сильные восходящие движения и размер градин ещё недостаточен для его массового выпадения, а в стадии разрушения – из-за того, что внутри облака преобладают нисходящие движения и процесс формирования и роста градин замедлен. Поэтому наличие града в облаках и его выпадение связано преимущественно с классами «Cb inc.» и «Cb cap.» (максимальное развитие и начало распада). В «Cb inc.» град часто (в среднем за год в ~30 % случаев, в тёплый период года более чем в 40 % случаев) присутствует в облаках, но редко выпадает (обычно в виде слабого града). С классом «Cb cap.» град связан в среднем в 10-12 % случаев, но именно из этого класса может выпадать град умеренной и сильной интенсивности. Вероятность реального выпадения града у поверхности земли не превышает 5 % случаев существования мощных кучево-дождевых облаков даже в тёплый период года. Выпадение умеренного и сильного града преимущественно следует ожидать только из «Cb cap.» и в менее 1 % случаев. В тёплый период года вероятность наличия града в облаках, а следовательно, и его выпадение резко возрастают из всех 4х типов Cb– максимум вероятности выпадения приходится на июль.

Визуальное сопоставление спутниковых оценок с наземными метеонаблюдениями показывает, что КПМ несколько завышает зоны выпадения града (однако это тяжело проверить, т. к. вполне возможно град растаял в процессе выпадения или выпал между метеостанциями). Визуальные количественные оценки точности работоспособности КПМ данными наземных метеонаблюдений дают следующее. Так, при детектировании класса «град в облаках/слабый» по спутниковым данным примерно в 80-90 % случаев в тёплый период года град и в 60-70 % случаев в холодный период года снежная крупа или очень крупные хлопья снега реально присутствуют в облаках (подтверждено наземными наблюдениями в окрестностях облака за градом, снежной крупой и ливневыми осадками «в срок и в последний час» или «между сроками»).

Таким образом, КПМ вполне удовлетворительно детектирует зоны града как в облаках, так и у поверхности земли. Получаемые оценки вероятности и интенсивности града хорошо согласуются с синоптической ситуацией, климатическими данными и наземными метеонаблюдениями. Точность детектирования зон града КПМ зависит от точности дополнительной информации. Качество классификации несколько убывает с уменьшением масштаба и интенсивности явления, а также с ростом viz. Также в ночное время и холодный период года может происходить некоторое «ложное» завышение размеров и количества зон «града в облаках» и «слабой/умеренной интенсивности».

Оценки вероятности и интенсивности града получаются средними для пиксела, поэтому на практике в его пределах возможны и другие классы града.

Максимальная мгновенная интенсивность осадков

Осадки – это вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на поверхности земли и на предметах (Хромов, Мамонтова, 1974).

Наблюдения SEVIRI/Meteosat «не видят» осадки напрямую, но по данным спутниковых наблюдений оказывается возможным косвенно оценить вероятность их выпадения и интенсивность по степени «готовности» облака к осадкообразованию и др. условиям, т. е. на самом деле КПМ по спутниковой информации детектирует облако, способное дать осадки определённой интенсивности в данный момент времени или в ближайшем будущем (обычно не более 15-30 мин), но не реально выпадающие осадки у поверхности земли. Так, для начала выпадения осадков облако в подавляющем большинстве случаев должно содержать хоть немного облачных частиц в твёрдой фазе, иметь dH больше, а температуру внутри облака, под облаком, на ВГО и hНГО – меньше критического значения (в зависимости от типа облака, его водности и водозапаса, времени года и суток, ц и href, Taпризем, Та вблизи НГО и ВГО и др.) (Мазин, Хргиан, 1989; Хромов, Мамонтова, 1974; Воробьёв, 1983). Интенсивность выпадающих осадков, как правило, имеет прямую зависимость от dH, Wmax и SW облака и доли твёрдых частиц в нём и обратную зависимость от значений ТВГО, hНГО и (Т108-Т120).

КПМ выделяет 8 градаций Imax: 0 («без осадков»), 0-0.5, 0.5-3, 3-10, 10-20, 20-50, 50-100 и >100 мм/ч. Интенсивность осадков назначается в мм/ч независимо от типа осадков, т. е. даже для снега и града в жидком виде. Значения Imax считаются максимальными для рассматриваемого пиксела, однако в его пределах могут наблюдаться локальные как усиления (обычно не более 1 градации), так и ослабления (вплоть до полного прекращения) интенсивности осадков. Амплитуда «локальных» изменений интенсивности осадков зависит от значений Imax, типа облачности, Wmax и SW, времени года и суток и др. Пиксел причисляется КПМ к классу «осадки», если в какой-либо его точке выпадают осадки. В результате, зоны осадков по спутниковым оценкам могут оказаться заметно больше, чем по данным других наблюдений. Оценки интенсивности осадков по спутниковым данным также могут показаться несколько завышенными по сравнению с наземными оценками, т. к. они соответствуют интенсивности осадков непосредственно в подоблачном слое (на уровне НГО). И на пути к поверхности земли капли могут частично испариться, а также рассеяться ветром на большую территорию, что приведёт к ослаблению их интенсивности на уровне подстилающей поверхности (хотя КПМ косвенно учитывает процесс испарения капель в подоблачном слое в тёплый период года) и увеличению площади зоны осадков. Чем выше НГО над подстилающей поверхностью, выше температура воздуха и сильнее ветер в подоблачном слое, тем сильнее будут отличаться спутниковые оценки Imax от наземных.

Наиболее сильные осадки выпадают из классов «Cb inc.» и «Cb cap.», а также из «Cb+Ci» и «Cb calv.». Действительно, максимум осадков обычно приходится на зрелые мощные кучево-дождевые облака (Шметер, 1972). Из классов «Ns, Cb», «Cu, Ns, Cb+As» и «Cs+As+Ns» чаще всего выпадают осадки умеренной интенсивности, а из классов «Cu, Sc» и «Ac, As+Ci» − преимущественно слабые осадки. Классы «Ci, Cs», «Ac», «As» и «St» всегда без осадков. Класс «Ac, As+Ci» преимущественно без осадков (вероятность осадков в среднем~40 %), у классов «Cu, Sc» и «Cu, Ns, Cb+As» вероятность выпадения осадков достигает 60-70 %, а у классов «Cs+As+Ns» и «Ns, Cb» обычно превышает 90 % и зависит от сезона и времени суток. Мощная кучево-дождевая облачность без осадков практически никогда не бывает, особенно «Cb inc.» и «Cb cap.». В тёплый период года средняя для класса облачности Imax обычно выше (особенно у классов «Cb cap.», «Cb inc.», «Cb+Ci» (в 2 раза), «Cb calv.», «Ns, Cb» и «Cs+As+Ns» (в ~1,5 раза)), чем зимой.

Вероятность правильного детектирования зон «осадки» и «без осадков» составляет соответственно 90-95 % и 60-70 % (более низкие значения для класса «без осадков» обусловлены проблемами сопоставления спутниковых и наземных наблюдений за отсутствием осадков, а также тем, что спутниковые наблюдения завышают размеры зон осадков). При этом вероятность выпадения осадков в пределах выделенной зоны осадков составляет 85 %, FAR≈15 %, sERR≈15-18 % (т. е. точность классификации HR>80 %). В тёплое время года и днём зоны осадков детектируются точнее, чем в холодный период года и ночью.

Вероятность правильного детектирования классов «слабые», «умеренные» и «сильные осадки» составляет соответственно 80, 75-80 и 60-85 % .Точность детектирования осадков слабой и умеренной интенсивности выше зимой и днём, а сильных осадков – летом и ночью.

КПМ несколько завышает размеры зон осадков и лучше всего детектирует зоны осадков интенсивности, преобладающей в данный период года, т. е. слабые и умеренные осадки в холодный период года, а сильные – в тёплый. На точность детектирования зон осадков, в т. ч. разной интенсивности, сильно влияет точность дополнительной информации (поля температуры воздуха на разных уровнях в атмосфере) и точность предварительных оценок Wmax, SW, hНГО и hВГО.

Оценки Imax являются максимальными для пиксела, однако на практике в его пределах возможны как ещё более высокие (обычно на 1 градацию), так и низкие (до 0 мм/ч) значения Imax.

Тип осадков у поверхности земли

КПМ классифицирует осадки по типам у поверхности земли. Выделяются 13 классов: «без осадков», «слабый снег» (I<0,5 мм/ч), «умеренный снег» (I=0,5-3 мм/ч), «сильный снег» (I≥3 мм/ч), «мокрый снег», «ледяной дождь», «морось» (I<0,5 мм/ч), «слабый дождь» (I=0,5-3 мм/ч), «умеренный дождь» (I=3-10 мм/ч), «сильный дождь» (I=10-20 мм/ч), «сильный ливень» (I≥20 мм/ч), «град (с дождём, снегом или без них)» и «снежная крупа». Осадки: дождь интенсивностью более 15 мм/ч и снег – более 3 мм/ч, считаются опасными (Мазин, Хргиан, 1989; Хромов, Мамонтова, 1974). Под классом «град» принимается ситуация не просто наличия града в облаках, а вероятность выпадения его на поверхность земли, т. е. отличную от 0 %, т. е. зоны «град в облаках» (при детектировании зон града и «град» (при детектировании типа осадков у поверхности земли) различаются по размерам.

Дождь обычно выпадает при Тапризем>0 °С, и чем она выше, тем выше вероятность того, что осадки выпадают в жидком виде. Снег обычно выпадает при отрицательных или небольших положительных Тапризем при низком положении нулевой изотермы в подоблачном слое. И вероятность выпадения осадков в виде снега растёт с понижением температуры. При Тапризем=-3 - +10° С в зависимости от времени года и href вероятность выпадения осадков в жидком или твёрдом виде зависит от ряда факторов, например, от температуры воздуха на высоте ВГО и в подоблачном слое, мощности и водности облака, интенсивности осадков и др. В зависимости от них осадки могут выпадать в твёрдом, жидком или смешанном виде. Так, при отрицательных приземных, но положительных в подоблачном слое, температурах воздуха может наблюдаться переохлаждённый, или ледяной, дождь, вызывающий гололёд. Наоборот, при положительных или близких к нулю приземной, но отрицательных в подоблачном слое, температурах воздуха может выпадать мокрый снег. При высоких значениях температуры воздуха в подоблачном слое, небольших размерах градин и большой интенсивности дождя град не достигает поверхности земли.