Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиВКонтактеИгрыЗнакомстваНовостиПоискОблакоVK ComboВсе проекты

Российские ученые изобрели устройство для точных прогнозов погоды

Современные метеорологи для определения точных прогнозов погоды собирают большой объем данных. Насколько полученные значения достоверны, дает понять контроль точности измерений. Однако у одной из самых важных характеристик — облачность в атмосфере и ее верхняя граница — таких методов контроля нет. Российские ученые разработали недорогое и эффективное решение.

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.

Зонд перед запуском / Фото: Журнал «За науку»
Зонд перед запуском / Фото: Журнал «За науку»

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.

Запуск радиозонда с оптическими датчиками в Центральной аэрологической обсерватории г. Долгопрудного / Фото: Журнал «За науку»
Запуск радиозонда с оптическими датчиками в Центральной аэрологической обсерватории г. Долгопрудного / Фото: Журнал «За науку»

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.

Wikimedia / Метеорологический спутник «Метеор-М» № 1
Wikimedia / Метеорологический спутник «Метеор-М» № 1

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:

Автор: Виолетта Ворчихина

Подпишитесь на нас
Новости Hi-Tech Mail.ru
Нажимая «Подписаться» вы соглашаетесь с условиями использования