Ответы — в облаках. Ученые СПбГУ разбираются в причинах изменения климата.

Результаты проекта “Исследование водозапаса облаков в субарктическом регионе России на основе дистанционных наземных и спутниковых измерений”, поддержанного грантом РФФИ, опубликованы в ряде научных журналов. Среди них — Atmospheric Measurement Techniques и International Journal of Remote Sensing.

Водозапас облаков — это фактор, который влияет на всю атмосферную циркуляцию, в том числе на погоду, а также на количество пресной воды в реках и озерах, величину снегового покрова и время его существования. Для точного определения водозапаса облаков в субарктическом регионе, куда входят в том числе Санкт-Петербург и Ленинградская область, исследователи СПбГУ разработали специальную методику. Ученые сопоставляют данные о водозапасе облаков, полученные дистанционно с помощью различных научных приборов, установленных на спутниках и на поверхности Земли.

— Наземные и спутниковые устройства используют разные технологии, причем каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, — рассказал руководитель проекта, ведущий научный сотрудник СПбГУ, доктор физико-математических наук Владимир Косцов. — Так, спутниковые измерения проводятся в масштабах земного шара, а измерения с помощью наземного микроволнового радиометра — только на ограниченном участке, но гораздо точнее. Сопоставив все данные, мы сможем ввести их в прогностические модели погоды и климата.

Ученые СПбГУ получают данные о водозапасе облаков от европейского метеорологического спутника, а измерения на земле проводят самостоятельно —  с помощью микроволнового радиометра RPG-HATPRO. Наземный прибор, расположенный на высоте 56 метров над уровнем моря, способен проводить измерения круглосуточно. Этим радиометр отличается от спутникового прибора SEVIRI, который использует для измерений отраженное солнечное излучение и поэтому дает информацию только днем. Наряду с водозапасом облаков радиометр позволяет определять целый комплекс параметров атмосферы: вертикальные профили температуры, давления и влажности воздуха до высоты около 10 км. Эта информация важна для изучения эволюции облачности и при анализе как наземных, так и спутниковых данных о водозапасе.

При сопоставлении данных, полученных от радиометра и спутника, возникает целый ряд трудностей из-за разницы в технологии сбора информации. К примеру, за несколько секунд так называемого времени накопления сигнала приемная антенна радиометра, направленная в небо вертикально вверх, собирает данные о водозапасе в радиусе около 50 метров. Вместе с тем спутник проделывает эту операцию на площади около 50 квадратных километров.

— Нам удалось справиться с этой разницей, фиксируя измерения радиометра в течение часа, — за это время облака, которые “увидел” спутник, успевают пролететь и над нашим прибором. Затем мы усредняем цифры, полученные наземным методом, и в результате получаем данные, приближенные к измерениям спутника, — объяснил Владимир Косцов.

Еще одна проблема, возникающая при сопоставлении данных, — особенность местоположения радиометра. Прибор находится всего в трех километрах от Финского залива, а над водой в отличие от суши образуется меньше облаков. Это связано с тем, что влага быстрее испаряется с нагретой солнцем земли и поднимается вверх конвективными потоками. Проблема заключается в том, что спутник “видит” неоднородное облачное поле, — это затрудняет процесс сопоставления наземных и спутниковых измерений.

Помимо исследовательских вызовов ученые столкнулись и с проблемой другого рода: радиометр стал излюбленным местом для пернатых. Птицы садились на радиопрозрачный купол и прокалывали его острыми клювами, что приводило к сбоям в работе. “Сначала мы повесили на радиометр чучело, но оно не помогло. Тогда мы установили по периметру специальные антиприсадные шипы — птицы издалека видят преграду для приземления и пролетают мимо”, —  отметил Владимир Косцов.

В перспективе ученые планируют создать архив данных о водозапасе облаков для всего субарктического региона. Сейчас они занимаются первичным анализом результатов измерений, устраняют сбои и ошибки, проводят предварительную классификацию.

“Уже проверенные данные позволят провести подробное исследование изменчивости водозапаса в различных временных масштабах — от нескольких минут до суточных и сезонных циклов. Работа станет важным шагом для прогнозирования климатических изменений в Субарктике с помощью компьютерного моделирования”, — отметил ведущий научный сотрудник СПбГУ Владимир Косцов.