О чем расскажут облака?

За последние десятилетия дистанционные методы зондирования атмосферы заняли ведущие позиции в системах наблюдений за опасными явлениями погоды. Они в значительной мере удовлетворяют практические запросы синоптиков по дистанционному и непрерывному получению информации о состоянии атмосферы, ее изменениях и являются передовой технологией оперативной метеорологии.

Волны информации

Основным объектом радиолокационных метеорологических наблюдений являются облака вертикального развития – кучево-дождевые, формирующиеся из мощно-кучевых при условии проникновения их вершин в слои отрицательных температур воздуха. При этом наблюдаются обледенение вершин облаков и выпадение из них ливневых осадков различной интенсивности. Наиболее развитые по вертикали и горизонтали кучево-дождевые облака сопровождаются градом, смерчем, сдвигом ветра и грозами.

Метод радиолокационных метеорологических наблюдений основан на облучении метеорологической цели (облачности) электромагнитными волнами, которое порождает вторичное излучение от этой цели. Полезную физическую и метеорологическую информацию об облачности несут все характеристики отраженных электромагнитных волн: амплитуда, фаза, частота и поляризация. Мощность сигнала, отраженного в направлении радиолокатора, является функцией концентрации, размера и фазового состояния частиц гидрометеоров, образующих метеорологическую цель.

Для автоматизированной обработки отраженных сигналов аналоговую информацию переводят в цифровую. Для этого весь сканируемый метеорологическим радиолокатором (МРЛ) объем пространства делят на элементарные ячейки, и далее обработка отраженных сигналов производится с их осреднением по времени и пространству.

От облачности – к потребителям

Современное программное обеспечение позволяет управлять работой МРЛ, проводить интерпретацию полученных результатов измерений и передавать данные потребителям в необходимом объеме. Сейчас автоматизированный метеорологический радиолокационный комплекс (АМРК) – это высокоэффективная система для обеспечения потребителей необходимой информацией оперативно и в наиболее удобном для них виде.

Функциональные возможности АМРК:

• Передача первичных радиолокационных данных.
• Создание радиолокационных архивов по типам данных (отражаемость, радиальная скорость, ширина спектра, дифференциальная отражаемость и др.).
• Создание декартовых полей радиолокационных данных для последующей обработки.
• Обработка полученной информации для получения дополнительных радиолокационных характеристик (метеоявлений, восстановленных скоростей, сумм осадков, сдвига ветра, фазового состояния гидрометеоров и др.).
• Расчет скорости и направления перемещения облачной системы после каждого цикла наблюдений.
• Визуализация диагностики о состоянии метеорологического радиолокатора.
•  Представление данных наблюдений на экране компьютера в виде следующих карт:

– метеоявлений;

– высот верхней границы поля радиоэха;

– опасных явлений погоды;

– отражаемости в 15 слоях;

– интенсивности осадков;

– количества осадков за любой период времени;

– контуров опасных явлений погоды;

– скорости шквалов;

– видимости в осадках;

– вертикального сечения по любому азимуту и любой авиатрассе;

– обледенения по любому азимуту и любой авиатрассе;

– радиальных скоростей;

– восстановленных скоростей;

– ширины спектра;

– дифференциальной отражаемости;

– дифференциальной фазы;

– удельной дифференциальной фазы;

– коэффициента взаимной корреляции;

– фазового состояния гидрометеоров на различных уровнях.

• Расчет сдвига ветра для каждой глиссады.
• Возможность предоставления и передачи данных потребителям в различных форматах: BUFR, RADOB, BMP, T4 и др.
• Возможность печати карт.
• Возможность построения композитных карт МРЛ.

Для оперативного анализа радиолокационной метеорологической информации используется цветовой код, характеризующий определенную отражаемость, а ее градации соответствуют конкретному метеорологическому явлению. Метеоявления описываются по 16 градациям и зависят от сезона наблюдений и вида осадков. Радиолокационные данные, обладающие высоким пространственно-временным разрешением, используются для обнаружения и слежения за полями осадков и опасных явлений погоды, связанными с кучево-дождевой облачностью. Эта информация позволяет выпускать предупреждения об опасных метеорологических явлениях с необходимой заблаговременностью, что повышает эффективность гидрометеорологического обеспечения.

Радиоволны сантиметрового диапазона распространяются в атмосфере в пределах прямой видимости по криволинейным траекториям из-за рефракции (преломления. – Прим. ред.), обусловленной диэлектрической неоднородностью атмосферы. Поэтому траектория любой радиоволны, первоначально горизонтальная, по мере удаления от источника загибается вниз, к поверхности Земли.

У радиолокационного метода наблюдений есть свои недостатки и ограничения:

– МРЛ может принимать отраженные сигналы от облаков, вершины которых находятся выше линии радиогоризонта. Если же они расположены ниже (в области радиотени), информацию на МРЛ получить невозможно.

– Наличие высоких строений, объектов вокруг МРЛ создает углы закрытия, превышающие нулевой. В связи с этим увеличивается минимальная высота обнаружения облачности, расположенной в азимуте высоких местных объектов, и возрастает высота верхней границы радиотени.

– С удалением от МРЛ увеличивается минимальное значение отражаемости, которое при заданном потенциале может фиксироваться его приемным устройством. По этой причине облака, отражаемость которых меньше минимального значения, не будут обнаружены.

– МРЛ могут не обнаруживать и облака, находящиеся за зоной интенсивных и протяженных осадков.

– С увеличением расстояния от метеорологического радиолокатора увеличивается ширина диаграммы направленности его антенны и, следовательно, уменьшается разрешающая способность по угловым координатам. Отсюда следует зависимость информации МРЛ о высоте и площади облаков и осадков от расстояния.

– Экологические ограничения.

Все эти ограничения должны учитываться при разработке методов наблюдений и метеорологической интерпретации радиолокационной информации, чтобы минимизировать влияние на результат технических и расчетных погрешностей.

Метод радиолокационных метеорологических наблюдений базируется на новейших достижениях радиолокационной и вычислительной техники, техники связи и информационных технологий. Полученные режимные данные используются прежде всего для разработки критериев и алгоритмов распознавания опасных явлений. Но изучая опыт применения радиолокационных данных других стран, можно выделить еще два основных направления развития режимных обобщений – это радиолокационная климатология опасных явлений погоды и радиолокационная климатология осадков.

Радиолокационный метод в настоящее время удовлетворяет основные потребности прогностических служб и позволяет дополнить информацию, полученную другими методами дистанционного зондирования атмосферы. А это, в свою очередь, положительно сказывается на решении прикладных задач в области гидрометеорологии.

Ирина ДУДНИК,

начальник отдела организационной и методической работы службы авиационно-метеорологического обеспечения Белгидромета