Методика диагностики фазового состояния облаков по спутниковым данным

Тропосферные облака состоят из капель воды и кристаллов льда, которые играют важную роль в процессе осадкообразования. Отсутствие оперативной информации о концентрации и типе ядер кристаллизации является ограничивающим фактором для точного прогнозирования возникновения, развития облаков и выпадения осадков. Получение подобной информации повысит точность прогнозов погоды и оценок региональных изменений климата.
Суть предлагаемого подхода состоит в определении фазового состояния облака по значениям температуры воздуха на верхней границе облака и суммарного водо/льдозапаса. На основе спутниковых данных об отраженной солнечной радиации и рассчитанного зенитного угла Солнца нами определяется альбедо облаков, на основе которого, с помощью радиационной модели, определяются значения оптической толщины облака и значения суммарного водо/льдозапаса облака. Для расчета фазового состояния облака используются не только его оптические свойства, но и температура на верхней границе облака, определяемая по данным в длинноволновом окне прозрачности.
Для данного подхода создана методика, основанная на теории гетерогенной кристаллизации капель. В наших расчетах мы предполагаем, что значение суммы водности и ледности постоянно на всех уровнях облака. Для определения искомой зависимости интегральной доли кристаллов льда в облаке от температуры на верхней границе последовательно рассчитываются: зависимость доли кристаллов льда от температуры; зависимость вероятности замерзания капли от температуры и размера субстрата в капле; зависимость скорости гетерогенного ядрообразования от температуры. В расчетах мы предположили, что все аэрозоли являются частицами одного типа и все их поверхностные свойства, описывающие способность образовывать кристаллы льда, описываются одним значением удельной линейной энергии, а также, что вероятность кристаллизации зависит от температуры, скорости охлаждения и площади поверхности аэрозолей.
Полученная нами методика позволяет на основе данных спутниковых измерений оптической толщины облаков и температуры верхней границы облаков определять водозапас и льдозапас облака, а также долю кристаллов льда в облаке, являющуюся характеристикой фазового состояния всего облака.