Специалисты получают информацию об облачности из нескольких источников. Основной из них – спутники. Они передают информацию на наземные радары, и метеорологи видят облака вместе с осадками. Данные о влажности передают радиозонды.
Однако облачность при одинаковой влажности может как присутствовать, так и отсутствовать. В зимнее время в средних широтах, как и в полярных районах, на спутниковых снимках белые облака незаметны на фоне снега. В связи с этим у метеорологов возникла необходимость в приборе для более детального изучения облаков, а соответственно, более точных прогнозов погоды.
Ученые Московского физико-технического института предложили установить на радиозонды простой и недорогой оптический датчик, основанный на обычном фотодиоде. Датчик может с высокой точностью измерять верхнюю границу облаков, высоту границы между тропосферой и стратосферой, обнаруживать наличие частиц осадков в облаках. Ученые предполагают, что данная разработка будет крайне важна для Арктики: местные данные об облаках ненадежны, особенно в условиях полярной ночи. Статья об этом обнародована в Journal of Atmospheric and Oceanic Technology.
Как это работает
Для определения погоды излучение на спутниках рассматривается в нескольких диапазонах: микроволновом, инфракрасном и оптическом. Первый микроволновой этап обнаруживает облачность по видимому диапазону и составляет «облачную маску». Затем к маске применяют данные об инфракрасной температуре и рассчитывают высоты верхней границы облачности. Точность измерений — около 1 километра.
Когда облака теряются на фоне белого снега, а облачную маску построить сложно, накапливаются ошибки. К тому же, в микроволновом диапазоне безоблачная атмосфера отличается от облачной среды только оптически. Возможность обнаружить облачность составляет всего 60%. Кроме того, приборы, позволяющие проводить оптические измерения, очень дорогие.
Самый простой оптический датчик, база которого — фотодиод, меняет значение дисперсии сигнала, пересекаясь с верхней границей облачности. Природа эффекта еще полностью не изучена, но датчик облачности от ученых МФТИ из Центральной аэрологической обсерватории позволит обнаружить облачность и выяснить высоту верхней ее границы, чем увеличит объем данных, которые собирают радиозонды. Больше данных - больше информации для обработки, меньше погрешность.
Датчик представляет собой инфракрасный сканер, определитель аэрозоля и оптический датчик, направленный наверх. Устройство одноразовое и простое в работе — то что нужно метеорологам для массового использования.
В ходе экспериментов с верхней границей облачности специалисты сопоставили данные радиозондов с измерениями, проведенными с борта специализированного самолета. Отличие показаний составляло не более 50 метров, что является очень хорошим результатом. При этом новый датчик будет гораздо дешевле в производстве, обслуживании и запуске при сохранении высокой точности измерений. Результаты проделанной работы помогут в калибровке спутниковых каналов.
Еще одно преимущество датчика в том, что можно проводить наблюдения за величиной дисперсии сигнала, которая зависит от присутствия частиц осадков в облаках. Если их там нет – дисперсия не меняется по всей толщине облака. Если частицы есть – дисперсия уменьшится до нуля при расстоянии от 600-800 метров от верхней границы облака. С помощью данных результатов можно контролировать качество работы радиозонда, конкретно — датчика влажности.
До сих пор таких методов не существовало. Результат проделанной российскими учеными работы даст возможность сделать прогнозы более точными, а данные климатических исследований достоверными.
Это тоже интересно:
