Обзор возможностей радиометра VIIRS для исследования облачности в ночное время суток

Глобальное поле облачности является одним из основных составляющих климатической системы Земли. Облака могут отражать приходящее солнечное излучение назад в космическое пространство, поглощать его и рассеивать. Кроме этого, они препятствуют выхолаживанию подстилающей поверхности в зимнее время суток, а также удерживают длинноволновую радиацию в тропосфере. При этом степень воздействия облачности на климат зависит от их высоты, количества, микроструктуры, однородности и много другого. В настоящее время активно развиваются математические модели климатической системы Земли с целью ее диагностики и прогнозирования будущих изменений. Однако ни в одной из них роль облаков адекватно не определена. С одной стороны усиление парникового эффекта может привести к уменьшению относительной влажности воздуха. А с другой глобальное потепление способствует увеличению испаряемости, а впоследствии к сокращению общей облачности. Основным недостатком существующих моделей климата являются их низкое пространственное и временное разрешение. Для их улучшения необходимы детальные параметризации различных процессов и явлений подсеточного масштаба с горизонтальным разрешением 1 км и выше. Одной из актуальных проблем в данной области является отсутствие подробных сведений об изменчивости структуры облачности и ее характеристик над отдельно взятыми регионами планеты.
В настоящее время основным источником информации о глобальном поле облачности являются результаты дистанционного зондирования Земли из космоса. При этом используются как геостационарные спутники, так и полярно-орбитальные. Первые позволяют получать изображения всего земного диска с достаточно высокой периодичностью. Это дает возможность исследовать процессы образования и модификации облаков. Однако при приближении к полюсам пространственное разрешение снимков сильно ухудшается. Системы второго типа обладают большим набором спектральных диапазонов съемки и сканируют земную поверхность с лучшим пространственным разрешением. Количество же полярно-орбитальных спутников, находящихся на орбите, позволяет покрывать снимками практически любые регионы планеты каждый час. При этом для обоих типов систем актуальной остается проблема анализа данных, полученных в ночное время суток. Так, например, различные типы облачности имеют сходные характеристики в инфракрасном диапазоне спектра, что существенно затрудняет их анализ. Однако с 2012 года на орбите Земли функционирует спутник Suomi-NPP с установленным на его борту радиометром VIIRS. Данный прибор оборудован датчиками низкого уровня освещенности, позволяющими получать изображения в видимом диапазоне спектра. При этом источниками света выступают звезды, атмосфера Земли, луна и города.
В докладе представлен обзор возможностей радиометра VIIRS для анализа облачности в ночное время суток. Приведены результаты сопоставления архивных данных сети наземных метеостанций со спутниковой съемкой. Показаны результаты текстурного анализа различных типов облачности, а также их сравнения с аналогичными данными, полученными в дневное время суток. Обсуждаются перспективы использования указанного прибора для создания детальных параметризаций облаков с учетом уже функционирующих и будущих спутников серии JPSS.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ в рамках научного проекта № 19-71-00049.