LES модели полей конвективной облачности в решении задачи восстановления оптико-микрофизических характеристик облаков по данным дистанционного зондирования Земли из космоса

Поля конвективных облаков разной вертикальной и горизонтальной протяженности оказывают существенное влияние на погоду и климат Земли. Для восстановления оптических и микрофизических характеристик (оптической толщины, эффективного радиуса капель) пространственно неоднородной облачности существуют различные методы, основанные на использовании данных спутниковых измерений рассеянной радиации в солнечном диапазоне спектра (G. Plass and G. Kattawar, 1968; M. King, 1987). Недавно был предложен новый подход (T. Faure et al., 2001; C. Cornet et al., 2004; R. Okamura et al., 2017), состоящий в использовании реалистичных моделей облачных полей и результатов 3D моделирования переноса солнечной радиации в облачной атмосфере для построения соответствующей нейронной сети. Согласно проведенным численным исследованиям результаты восстановления оптико-микрофизических параметров облаков с использованием предложенного подхода оказались более точными по сравнению с результатами, полученными в рамках действующего в настоящее время LUT (Look-Up-Table) подхода, реализованного в предположении однородной плоскопараллельной облачности. Новый подход успешно апробирован на примере экспериментальных данных MODIS (Cornet et al., 2005). Развитие измерительных и вычислительных возможностей, а также высокая потребность в разработке отечественных методов обработки данных спутникового зондирования аэрозолей и облаков диктуют о необходимости создания оригинального алгоритмического аппарата, за основу которого может быть взят рассмотренный подход.
В настоящей работе представлены результаты обзора существующих LES (Large Eddy Simulation – метод больших вихрей) моделей облачных полей, учитывающих турбулентную динамику и стохастичность облачности, что не позволяют учесть используемые до сих пор стандартные математические модели. Концепция LES моделирования предоставляет возможность гибко управлять вычислительным экспериментом, воспроизводить в расчетах желаемые условия с изменением только тех параметров, влияние которых исследуется, что практически недостижимо в натурном эксперименте. Приводятся примеры LES моделирования полей пространственно неоднородной облачности.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант № 21-71-10076).