Инновационные технологии космического мониторинга интенсивности ураганов

После мощнейшей атаки на побережье США серии ураганов высшей 5-ой категории (Катрина, Рита, Вилма) в августе-октябре 2005 г., приведшим к катастрофическим последствиям, Природа, как бы собравшись с силами, вновь обрушивает свою мощь на страны Карибского бассейна. Ураганы Густав и Айк в августе-сентябре 2008 г. - яркое тому подтверждение. Нанесенный ураганами в 2008 г. ущерб велик, но он во много раз меньше потерь 2005 г., и в этом определяющая заслуга средств космического мониторинга и прогнозирования эволюции ураганов, продемонстрировавших большой технологический прогресс за прошедшие три года. Сейчас ясно, что пока разрушительные последствия ураганов будут столь значительными, а прогноз будущей динамики потенциальной интенсивности вихрей, обусловленной глобальным потеплением, будет весьма неутешительным, актуальность решения задачи космического мониторинга интенсивности ураганов с помощью новейших инновационных технологий будет несомненна.
При расчете экономических рисков повышение информативности и достоверности количественных оценок характеристик тропических ураганов (тайфунов) имеет определяющее значение. Запуск в апреле 2006 г. спутника CloudSat, дополнившего группировку «А-поезда» (Aqua, CALIPSO, PARASOL, Aura), открыл новые возможности получения уникальной информации для понимания физики ураганов. На КА CloudSat впервые был установлен радар CPR (Сloud profiling radar) для получения трёхмерных изображений облаков, работающий на частоте 94 ГГц. Данные CPR после предварительной обработки распространяются в формате уровня 2B-geoprof и доступны всему научному сообществу. Совместное использование информации CPR с данными спектрорадиометра MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), установленного на КА Aqua из той же группировки «А-поезда», впервые дает возможность прямой оценки интенсивности ураганов на основе данных только космических наблюдений. В докладе рассматриваются особенности использования новой методологии для оценки интенсивности вихрей на основе конкретных примеров космического мониторинга ураганов с помощью данных «А-поезда».
Принципиально новые возможности дистанционного зондирования ураганов открывает прототип первой оперативной системы затменного зондирования COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate), состоящей из шести низкоорбитальных спутников. Появление систем GPS-RO (RO – Radio Ocultation) кардинально меняет ситуацию в информационном обеспечении данными космических наблюдений. Информационная мощь данных GPS-RO заключается в комбинации экстремально высокой точности и вертикального разрешения при объективной абсолютности измерений (отсутствии каких-либо значимых систематических смещений) и полной всепогодности функционирования, поставляющих информацию даже тогда, когда другие датчики этого сделать не в состоянии. Все эти преимущества особенно ярко реализуются при зондировании ураганов, позволяя определять критически важные параметры: температуру, давление, влажность. В докладе приводятся примеры радикального уточнения прогноза выхода ураганов на сушу при использовании данных GPS-RO.
В настоящее время обсуждается вопрос создания более совершенной системы зондирования COSMIC-2. И, если COSMIC с помощью только GPS (28 КА), позволяет получить 8-10 профилей ежедневно в области урагана (на пространственных масштабах ~ 1000 км), а при дополнительном использовании системы GALILEO (30 КА) - удвоенное число (16-20 в день), то COSMIC-2 будет поставлять около 100 ежедневных «разрезов» урагана. При этом плотность наблюдений может быть еще больше увеличена при дополнительном использовании системы ГЛОНАСС (24 КА). Этого количества данных уже будет достаточно для полноценной томографической реконструкции термической, влажностной и барической структуры урагана. В докладе обсуждается также разработка принципиально новой системы затменного зондирования ACCURATE (Atmospheric Climate and Chemistry in the UTLS Region And climate Trends Explorer) , использующей все преимущества оптимизированной геометрии наблюдений и многоспектральности измерений (Profiling greenhouse gases, isotopes, wind and thermodynamic variables by MW radio+IR laser occultation: the ACCURATE concept).
Особое внимание в докладе уделено анализу механизмов интенсификации ураганов. Детально рассматриваются процессы формирования «тепловых башен» (экзотермических глубоко конвективных облаков) в стене глаза урагана и являющихся предвестниками интенсификации ветра. Существует большая разность скоростей ветра в пространстве между бушующей стеной глаза и относительно спокойной областью внутри глаза. Эти резкие изменения в скорости ветра являются причиной возмущений, которые могут спровоцировать закручивание сильных вихрей внутри стены глаза урагана. Воздушные потоки, ориентированные около поверхности по спирали к центру, сталкиваясь с этими вихрями, вынуждены перенаправляться вверх, формируя восходящий поток. Такой очень сильный восходящий поток в стене глаза несет значительно большее количество влаги, чем обычно, создавая тем самым «тепловую башню». «Тепловые башни» работают как скоростные лифты, ускоряющие перенос энергии. Этот приток энергии интенсифицирует ураган.
После доклада будет продемонстрирован научный фильм «Тепловые башни в ураганах».
Работа поддержана грантом РФФИ № 07-01-00507а.