Разработан алгоритм измерения ветра с помощью водяного пара
В исследовании, опубликованном исследователями Университета Аризоны в журнале Geophysical Research Letters, впервые представлены данные о вертикальном распределении горизонтальных ветров над тропиками и средними широтами. Исследователи получили данные о движении водяного пара с помощью двух действующих спутников Национального управления океанических и атмосферных исследований, или NOAA, федерального агентства по прогнозированию погоды.
Скорость и направление ветра дают подсказки для прогнозирования погодных условий. На самом деле ветер влияет на образование облаков, объединяя водяной пар. Ученые-атмосферники теперь нашли новый способ измерения ветра, разработав алгоритм, использующий данные о движении водяного пара. Это может помочь предсказать экстремальные явления, такие как ураганы и штормы.
В исследовании, опубликованном исследователями Университета Аризоны в журнале Geophysical Research Letters, впервые представлены данные о вертикальном распределении горизонтальных ветров над тропиками и средними широтами. Исследователи получили данные о движении водяного пара с помощью двух действующих спутников Национального управления океанических и атмосферных исследований, или NOAA, федерального агентства по прогнозированию погоды.
Ветер объединяет все остальное в атмосфере, включая облака, аэрозоли, водяной пар, осадки и радиацию, сказал Сюбинь Цзэн, соавтор исследования и директор Совместной группы по динамике климата и гидрометеорологии в Университете штата Аризона. Но это осталось несколько неуловимым.
«Мы никогда не знали ветра очень хорошо. Я имею в виду, что это последний рубеж. Вот почему я взволнован», — сказал Цзэн.
По словам Цзэна, благодаря более продвинутым алгоритмам исследователи смогли оценить горизонтальные ветры не только на одной высоте, но и на разных высотах в одном и том же месте.
«Десять лет назад это было невозможно», — сказал Цзэн.
По словам Цзэна, измерение ветра обычно выполняется тремя различными способами. Во-первых, с помощью радиозонда, приборного комплекса, подвешенного под шаром шириной 6 футов. Датчики радиозонда измеряют скорость и направление ветра, а также измеряют атмосферное давление, температуру и относительную влажность. По словам Цзэна, недостатком аэростатов-радиозондов является их стоимость. Каждый запуск может стоить от 400 до 500 долларов, а в некоторых регионах, таких как Африка и тропические леса Амазонки, количество радиозондовых станций ограничено. Другое ограничение заключается в том, что радиозонды недоступны над океанами, сказал Цзэн.
По словам Цзэна, еще одним способом измерения ветра является использование верхней границы облаков, то есть высоты, на которой расположена верхняя видимая часть облака. Отслеживая движение верхней части облаков с помощью геостационарных спутниковых данных, специалисты по погоде отслеживают скорость и направление ветра на одной высоте. Но Цзэн сказал, что вершины облаков большую часть времени существуют ниже 2 миль или выше 4,5 миль над поверхностью Земли, в зависимости от того, низкие облака или высокие. Это означает, что информация о ветре обычно недоступна в середине, между 2 и 4,5 милями.
По словам Цзэна, лидар, что означает обнаружение света и определение дальности, — это метод, который точно измеряет движение ветра на разных высотах и обеспечивает очень хорошие данные. Но с помощью лидара измерения можно получить только в одной вертикальной «занавеске» с измеренным ветром, как правило, в направлении восток-запад, добавил он.
В настоящее время, по словам Цзэна, для изучения таких тем, как качество воздуха и рассеивание вулканического пепла, на которые непосредственно влияет ветер, эксперты используют модели прогнозирования погоды для сбора данных из разных источников, а не используют прямые измерения ветра. Но результаты модели недостаточно хороши, когда идут дожди, сказал Цзэн.
В своем исследовании Цзэн и его команда избегали использования данных моделей. Вместо этого они использовали данные о движении водяного пара, зарегистрированные двумя спутниками NOAA. Спутники двигались в одном направлении, разделенном 50-минутным интервалом, и обнаруживали движение водяного пара с помощью инфракрасного излучения.
В то время как наши глаза не могут обнаружить мельчайшие движения водяного пара в атмосфере, ведущий автор исследования Амир Оуйед, член исследовательской группы Цзэна, использовал алгоритмы машинного обучения, которые лучше обрабатывают изображения для отслеживания водяного пара.
«В течение десятилетий люди говорили: «Вы должны сдвинуть вершину облака или водяной пар настолько, чтобы увидеть разницу в узоре». Но теперь нам не нужно этого делать», — сказал Цзэн.
«Разрешение данных грубое, с размером пикселя 100 километров. Это демонстрация возможности нашей будущей спутниковой миссии, которую мы преследуем, где мы надеемся обеспечить разрешение 10 километров», — сказал Цзэн.
Цзэн и его сотрудники в других учреждениях планируют провести новую спутниковую миссию по ветру, в которой они предполагают объединить данные о движении водяного пара и измерения ветрового лидара, чтобы обеспечить более точные измерения ветра в целом.
