Новая возможность основана на алгоритме, разработанном учеными CIMSS Тони Виммерсом и Крисом Велденом почти десять лет назад, чтобы лучше оборудовать спутники для измерения «общего количества осаждаемой воды» (TPW), общего количества водяного пара, содержащегося в столбе влажного воздуха от Поверхность Земли до самого верха атмосферы. Этот алгоритм позволял проводить измерения только над морем, но теперь значения TPW можно измерять и над сушей.
Измеряя TPW, синоптики узнают, сколько влаги в данном столбе влажного воздуха потенциально может стать дождем или снегом. Это особенно важный показатель для прогнозирования и отслеживания тропических циклонов и других суровых погодных условий во влажных тропиках.В 2003 году Виммерс и Фельден попытались заполнить временные промежутки в данных TPW, уже собранных спутниками на полярной орбите, которые собирают массивы информации с поверхности Земли примерно каждые 18 часов.
Они хотели создать алгоритм, который применил бы существующий метод к данным TPW, но этот метод когда-либо использовался только для плоских значений, а не для объема, такого как столбец TPW.«Я не думал, что это сработает», — говорит Виммерс, ведущий разработчик проекта, назвавшего Morphed Integrated Microwave Imagery в CIMSS — Total Precipitable Water, или MIMIC-TPW. «Но, как оказалось, это дает очень точное приближение к временным промежуткам, которые мы заполняли… Я думаю, это всех удивило».Виммерс и Фельден запустили первый алгоритм MIMIC-TPW в 2007 году, и с тех пор он является неотъемлемым инструментом анализа тропической погоды. Тем не менее, есть возможности для улучшения, в частности, чтобы лучше обслуживать прибрежных синоптиков.
Некоторые полярно-орбитальные спутники сканируют Землю и собирают данные по конической схеме, поэтому, хотя они постоянно меняют положение по всему земному шару, их поиск производится с одного и того же угла сканирования. Это позволяет им проводить очень точные измерения и оставаться хорошо откалиброванными с другими коническими сканерами, объясняет Виммерс, но ограничивает сбор данных TPW однородными поверхностями, такими как океаны.
Земля была слишком неровной, особенно в местах с различным рельефом.«Это очень простой алгоритм, который дает вам очень быстрое извлечение TPW над океаническими областями, — говорит Виммерс. — Но он не генерирует извлечение над сушей».Этого было достаточно для таких пользователей, как Лаборатория военно-морских исследований США — основной источник поддержки MIMIC-TPW — и других пользователей, обычно заинтересованных в прогнозировании морской погоды и условий тропических циклонов. Но Виммерс и Велден надеялись найти альтернативное решение, которое могло бы расширить зону покрытия до более чем суши.
Затем, в прошлом году, у них появилась возможность.Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) внесло значительные улучшения в извлечение TPW со своих спутников с микроволновым сканированием, получившее название «Комплексная система поиска в микроволновом диапазоне» (MIRS). Несмотря на меньшее общее разрешение, эти спутники обеспечивают более полный охват, чем спутники с коническим сканированием.
«Поскольку это полноценная система поиска атмосферы, она работает на всех поверхностях, включая сушу», — говорит Виммерс.Он и Велден внесли изменения в алгоритм MIRS, технику, которую они называют «морфологическим композитингом».
Он использует данные TPW от каждого доступного работающего микроволнового спутникового датчика, расширяя зону покрытия MIMIC-TPW за пределы оригинальной конструкции, обеспечивая значения TPW над сушей и морем для всего земного шара.«Мы адаптировали алгоритм преобразования изображения для работы над водой и сушей и применили его к более формальной системе координат», — говорит Виммерс. «То, что мы делали раньше, было, по сути, сокращением — его нужно было применить только к тропикам.
Этот новый метод позволяет работать в глобальных координатах».В алгоритме используются данные семи микроволновых приборов со спутников США, NOAA, Японии и Европы. Затем он включает значения ветра из глобальной модели погоды Национальной службы погоды — Глобальной системы прогнозов (GFS) — и учитывает движение водяного пара.
По словам Виммерса, алгоритм может «сдвинуть» данные вперед с момента измерения примерно на 1–10 часов или сдвинуть их назад на тот же интервал времени.«Таким образом, вы можете взять одно наблюдение и применить его к длительному периоду времени», — говорит он, хотя и предупреждает, что методика требует «особого ухода».
«Вы должны убедиться, что не нарушаете слишком много предположений о том, как движется водяной пар, но это довольно простой процесс», — говорит Виммерс.Хотя новая версия MIMIC-TPW еще не полностью функционирует (она была доступна в сети всего несколько недель), команда уже получила запросы на изображения тематических исследований, некоторые из которых были сделаны еще до ее выпуска, например, последнее сильное наводнение в Южной Каролине. падение.
Данные должны быть более полезными для множества заинтересованных пользователей.«Это очень обнадеживает. Это показывает нам, что мы на правильном пути», — говорит Виммерс. «Это очень хороший знак того, что люди (прогнозисты) заинтересованы в этом, и мы можем начать двигаться в новых направлениях».
MIMIC-TPW 2.0, скорее всего, будет запущен осенью 2016 года.