Летние региональные статистические модели характеристик облачности для Западной Сибири по спутниковым данным MODIS

Одной из основных составляющих климатической системы Земли является глобальное поле облачности. При этом фиксируется зависимость его характеристик от региона и его природных условий. Существенные флуктуации значений физических параметров облаков должны учитываться при решении различных прикладных задач метеорологии и климатологии, к которым относятся, например, классификация облачности, определение радиационного баланса в системе «атмосфера ‒ подстилающая поверхность». Современный метеорологический стандарт разделяет облака на 27 разновидностей, включая 10 основных форм, их подтипы и некоторые сочетания.

Западная Сибирь охватывает одновременно несколько природных зон, включая тундру, лесотундру, болота, тайгу и лесостепь, климатические условия которых существенно отличаются, что сказывается на характеристиках и структуре облачных полей. В докладе рассматриваются статистические модели различных типов облачности в летнее время для двух регионов Западной Сибири: «север» ‒ территория выше 65° северной широты и «юг» ‒ ниже 60° северной широты. Данная работа является продолжением исследований, результаты которых приведены в [1, 2].

Характеристики различных типов облачного покрова над территорией Западной Сибири получены в летние месяцы (июнь, июль и август) для 14 типов облаков: кучево-дождевые лысые и волосатые, кучевые мощные, средние и плоские, слоисто-дождевые, слоисто-кучевые кучевообразные и волнистообразные, высококучевые кучевообразные и волнистообразные, высокослоистые, перистые волокнистые и плотные, перисто-слоистые по ежедневным данным MODIS. В работе использовались спутниковые снимки с пространственным разрешением 250 м в спектральном интервале 0,62‒0,67 мкм. Для каждого типа облачности сформированы выборки из фрагментов изображений размером 20×20 пикселей объемами от 200 до 500 в зависимости от частоты образования облачной структуры по данным за 2010 ‒ 2019 г., по которым рассчитаны значения текстурных признаков и одновременно определены соответствующие значения физических параметров с помощью тематических продуктов MOD06_l2 и MYD06_l2 с пространственным разрешением 1000 м.

В докладе представлены двухпараметрические статистические модели для 5 физических характеристик (оптическая толщина, эффективный радиус частиц, водозапас, высота верхней границы и температура верхней границы) различных типов облаков и 14 значений их текстурных признаков, вычисленных по методам Gray-Level Co-occurrences Matrix, Gray-Level Difference Vector и Sum and Difference Histogram. Предложенные модели включают в себя вид распределения, его параметры и основные статистики.

Обсуждаются результаты сравнительного анализа статистических моделей физических параметров и текстурных признаков различных типов облачности для южного и северного регионов Западной Сибири в летние месяцы. Полученные результаты можно использовать для более тонкой настройки нейросетевых классификаторов [2] при исследовании многолетних трендов характеристик структуры облачного поля.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИОА СО РАН (рег. № НИОКТР АААА-А17-117021310142-5).