Российские ученые создали недорогой оптический датчик, который позволяет с высокой точностью определять верхнюю границу облаков, частицы осадков и высоту границы между тропосферой и стратосферой. Статья опубликована в Journal of Atmospheric and Oceanic Technology.
Чтобы сделать прогнозы более точными, параметры атмосферы необходимо измерять различными приборами. Облачность определяет уровень радиации и процессы в атмосфере, поэтому она сильно влияет на прогнозирование. Однако такой важный параметр не может быть проверен по независимым данным, так как пока нет подходящих устройств. Большая часть данных об облачности поступает от спутников, метеорологических радаров, радиозондов и наземных метеостанций. Метеорологические радары видят только облака с осадками, а радиозонды оборудованы датчиками влажности. Но даже при одинаковой влажности облака могут быть, а могут и не быть. Данные наземных метеостанций очень неточны.
Поэтому главным источником информации становятся спутники. Они принимают излучение в разных диапазонах: микроволновом, инфракрасном и оптическом. Сначала облачность определяется по данным видимого диапазона, создается «облачная маска». После этого на нее накладывают данные об инфракрасной температуре и проводятся расчеты, чтобы определить верхнюю границу облачности. Точность измерения составляет около одного километра, для низкой облачности это сравнимо с ее толщиной. В полярных районах и зимой в средних широтах первый этап уже становится проблемой: облака теряются на фоне снега. Из-за этого точность прогноза существенно снижается (до 60%).
Ученые из МФТИ и Центральной аэрологической обсерватории создали датчик, который устанавливается на радиозонд. Поэтому основным требованием к нему кроме точности измерений была небольшая стоимость, ведь радиозонд — это одноразовый прибор. «Мы предлагаем оборудовать стандартный радиозонд оптическим датчиком для обнаружения облачного покрова и измерения высоты верхней границы облаков. Кроме того, оптический датчик позволяет измерять высоту границы между тропосферой и стратосферой. Простота использования и низкая стоимость нашего датчика являются решающими факторами для применения на метеорологической сети», — рассказал Александр Кочин, ведущий научный сотрудник лаборатории космической информатики МФТИ.
Устройство представляет из себя обыкновенный оптический датчик на базе обычного фотодиода. Его величина дисперсии сигнала резко изменяется при пересечении верхней границы облачности, что и позволяет определять ее высоту. Ученые сравнили радиозондовые данные о высоте верхней границы облачности с измерениями с борта специализированного самолета. Разность показаний оказалась менее 50 метров. Для измерений в ночное время можно использовать обычный ИК-датчик для дистанционного измерения температуры. Он также позволяет увидеть наличие облаков и измерить высоту верхней границы. Результаты этой работы можно использовать для калибровки спутниковых каналов.
Также разработанный датчик позволяет оценить качественный вид профиля затухания видимого света в атмосфере, что дает возможность измерить высоту границы между тропосферой и стратосферой, то есть высоту слоя аэрозоля в атмосфере. Кроме того, величина дисперсии сигнала зависит от наличия частиц осадков в облаках. При их отсутствии дисперсия неизменна по всей толщине облака, а при их наличии она уменьшается до нуля на расстоянии 600–800 метров от верхней границы облака. Эти результаты позволяют осуществить контроль качества работы датчика влажности радиозонда. На данный момент подобных методов еще не существует.
Результаты работы будут способствовать увеличению точности прогноза погоды и достоверности климатических исследований, отмечают разработчики.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
