Изменчивость высоты нижней границы облачности над Западной Сибирью по данным дистанционного зондирования

Информация о характеристиках облачности (в частности, о высоте её нижней границы), особенно облаков вертикального развития, необходима для создания надежных моделей климата, уточнения численных прогнозов погоды и обеспечения безопасности полетов воздушных судов [1]. Восстановление информации о нижней границе облачности по спутниковым данным является весьма сложным процессом, который сопряжен с существенными погрешностями. В связи с этим, на практике основными методами получения информации о высоте нижней границы облачности, по-прежнему, остаются дистанционные измерения с поверхности земли. Наиболее точные измерения с высоким временным разрешением высоты нижней границы облачности проводятся на авиационных метеорологических станциях гражданских (АМСГ) с помощью лазерных облакомеров (лидаров), что обусловлено важностью этой информации для авиации [2].
Целью работы является анализ изменчивости высоты основания нижней облачности и кучево-дождевых облаков над Западной Сибирью по данным дистанционного (лазерного) зондирования.

В качестве исходных данных была использована информация о высоте нижней границы облачности и атмосферных явлениях с временным разрешением 30 мин на АМСГ Западной Сибири и сопредельных регионов, распространяемая в составе сводок METAR и полученная с сервера Iowa State University [3]. Высота нижней границы облачности на АМСГ измеряется с помощью лазерного облакомера CL31 (Vaisala). Он предоставляет информацию сразу в трёх слоях облачности в диапазоне высот 5–7500 м с разрешением 5 или 10 м (в сводках METAR разрешение данных составляет около 30 м). Основным элементом облакомера CL31 является лазер (InGaAs, 910 нм), который посылает короткие мощные импульсы в вертикальном направлении. На основе вертикального профиля обратного рассеяния, вызванного облачностью и осадками, определяется нижний край облачности, а на основе времени задержки между отправкой и приёмом лазерного импульса – его высота [4]. Наличие атмосферных явлений на АМСГ оценивается визуально наблюдателями-метеорологами. Всего в исследовании были использованы данные 27 АМСГ, расположенных на территории России и Казахстана, за период 2010–2021 гг.

Была проведена обработка и анализ данных высоты основания нижней облачности в целом и кучево-дождевых облаков над территорией Западной Сибири. Получены оценки средних значений и типичного диапазона изменения высоты нижней границы облачности для различных АМСГ Западной Сибири. Проведён анализ сезонного хода средней высоты нижней границы облачности, а также её пространственного изменения в пределах территории исследования. На территории исследования, в целом, отмечается повышение средней высоты нижней границы облачности с севера на юг и от зимы к лету, а также при повышение абсолютной высоты местности.

Исследования поддержаны Российским научным фондом (грант № 21-71-10076, https://rscf.ru/project/21-71-10076).