Выберите регион

Смотрим на

В России изобрели детектор облачности, который работает внутри облака

  • Запуск радиозонда с оптическими датчиками в ЦАО г. Долгопрудного. Слева направо: Александр Кочин, Владимир Фоменко, Федор Загуменнов.
  • Экспериментальный радиозонд перед запуском.

Российские ученые разработали высотный датчик облачности. Он может значительно улучшить качество прогнозов погоды. Что особенно приятно, его производство не требует больших затрат.

Ученые из МФТИ и Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) разработали недорогой датчик облачности, который можно запускать прямо в облака. Сенсор позволяет с высокой точностью измерять высоту верхней границы облаков, определять присутствие частиц осадков в облаках и высоту границы между тропосферой и стратосферой.

Статья об этом изобретении была опубликована в издании Journal of Atmospheric and Oceanic Technology.

Сразу отметим, что разработка чрезвычайно важна для Арктики: там надежные данные об облаках получить труднее, особенно в ходе полярной ночи.

Сейчас каждый может увидеть движение облаков с дождем на компьютерной карте осадков Яндекса. Но не всегда движение облаков на карте соответствует реальности. Потому что математическая модель движения этих облаков базируется на данных метеорологических приборов – высоте облачности, температуре, влажности в конкретном месте, то есть на параметрах атмосферы.

Один и тот же параметр атмосферы ученые измеряют сразу несколькими независимыми приборами. Только в этом случае показания приборов можно считать достоверными. Отдельно ученые проверяют точность измерений.

Однако наличие облачности в атмосфере (если речь идет не о крупных кучевых облаках) и высоту верхней границы облачности достоверно и точно измерить трудно. Нет и надежных методов проверки достоверности таких данных.

На сегодняшний день основным источником данных о наличии и высоте облачности являются спутники. Кроме них параметры облачности собирают метеорологические радары, радиозонды и наземные метеостанции.

Но. Метеорологический радар видит только облака с осадками. Радиозонд оборудован датчиками влажности, но при одной и той же влажности облачность может быть, а может и не быть. Данные наземных метеостанций отрывочны и субъективны.

Спутники принимают отраженное облаками излучение солнечного света в разных диапазонах: микроволновом, инфракрасном и видимом. На первом этапе облачность обнаруживается по данным видимого диапазона. Так делается "облачная маска". Потом на облачную маску накладываются данные об инфракрасном спектре (температуре) и рассчитывается высота верхней границы облачности. Точность такого измерения составляет порядка одного километра. Для низкой облачности это сравнимо с ее толщиной. Так себе результат.

Существует и другая проблема: в полярных регионах и зимой в средних широтах в видимом диапазоне белые облака теряются на фоне белого снега. Поэтому облачную маску построить сложно. Возникает очень много ошибок, а вероятность обнаружения облачности составляет примерно 60%. Нетрудно догадаться, что низкая надежность измерений в арктической зоне также ухудшает качество прогноза погоды для средних широт.

Для устранения ошибок нужно проводить непрерывный контроль качества спутниковых измерений, желательно методами прямого контакта с атмосферой. То есть самое надежное – посылать измерительные приборы прямо в атмосферу.

Тут в игру вступают оптические датчики (ОД). У простейшего ОД на базе обычного фотодиода величина дисперсии сигнала резко изменяется при пересечении верхней границы облачности. Природа эффекта еще полностью не объяснена, но он позволяет обнаруживать облачность и измерять высоту ее верхней границы.

Ученые из МФТИ и ЦАО предложили послать оптический датчик в атмосферу, установив его на радиозонд, сообщает пресс-релиз МФТИ. Поскольку радиозонд является одноразовым устройством, он должен быть дешевым в производстве. Совмещение радиозонда с направленными вверх и вниз двумя оптическими датчиками, а также датчиками влажности и температуры (ИК-датчик) фактически дает метеорологам новый прибор – радиозонд облачности.

"Мы предлагаем оборудовать стандартный радиозонд оптическим датчиком для обнаружения облачного покрова и измерения высоты верхней границы облаков, – говорит Александр Кочин, ведущий научный сотрудник лаборатории космической информатики МФТИ. – Оптический датчик позволяет измерять высоту границы между тропосферой и стратосферой. Простота использования и низкая стоимость нашего датчика являются решающими факторами для применения на метеорологической сети".

Ученые запустили свой новый прибор в атмосферу и сравнили полученные данные о высоте верхней границы облачности с показаниями измерений, проведенных с борта специализированного самолета. Разница в показаниях оказалась менее 50 метров.

Для дистанционных измерений температуры в ночное время можно использовать обычный ИК-датчик. Он тоже позволяет детектировать наличие облаков и измерять высоту верхней границы облаков.

Результаты этой работы можно использовать для калибровки данных спутниковых каналов и для контроля качества работы датчика влажности радиозонда. Пока, как поясняют ученые, подобных методов контроля не существует.

Новый прибор, как ожидается, увеличит точность прогнозов погоды и, что немаловажно, достоверность климатических исследований.

Ранее мы рассказывали, как прогнозируются природные катаклизмы. А еще писали, как ледяное грозовое облако ворвалось в стратосферу, и что на Солнце обнаружен источник опасных для всего живого частиц.

Больше интересных новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".

Читайте также

Видео по теме