ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-11-34-44

УДК: 535.36; 551.501.776

Интеграция лидарных и метеорологических данных для комплексного исследования облаков верхнего яруса

Брюханов И.Д., Кучинская О.И., Самохвалов И.В., Пустовалов К.Н., Ни Е.В., Животенюк И.В., Дорошкевич А.А.
Ссылка для цитирования:

Брюханов И.Д., Кучинская О.И., Самохвалов И.В., Пустовалов К.Н., Ни Е.В., Животенюк И.В., Дорошкевич А.А. Интеграция лидарных и метеорологических данных для комплексного исследования облаков верхнего яруса // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 11. С. 34–44. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-11-34-44

 

Bryukhanov I.D., Kuchinskaia O.I., Samokhvalov I.V., Pustovalov K.N., Ni E.V., Zhivotenyuk I.V., Doroshkevich A.A. Integration of lidar and meteorological data for a comprehensive study of high-level clouds // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 11. P. 34–44. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-11-34-44

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Оптические характеристики облаков верхнего яруса, которые, имея большую площадь покрытия земной поверхности, существенно влияют на радиационный баланс и климат Земли. Цель работы. Разработка подхода к комплексному изучению и оценке характеристик облаков верхнего яруса, а также определение условий и частоты их наблюдения на основе сопоставления спутниковых, лидарных и метеорологических данных с целью расширения геофизической применимости результатов. Метод. Используются данные поляризационного лазерного зондирования, спутникового спектрорадиометра MODIS, аэрологических наблюдений, метеостанций и атмосферных реанализов ERA5 и MERRA-2. Реанализы сформированы путем объединения численного моделирования атмосферы с разнородными наблюдениями, что обеспечивает согласованные во времени и пространстве ряды данных. Основные результаты. Описан массив лидарных данных 2009–2024 гг. и полученные на его основе распределения характеристик облаков верхнего яруса. Перечислены источники атмосферных данных, используемые для прогнозирования формирования облаков верхнего яруса и их характеристик, включая перистые с преимущественной горизонтальной ориентацией ледяных кристаллов. Практическая значимость. Результаты могут использоваться для уточнения параметров в климатических моделях и краткосрочных прогнозах облачности, а также для анализа распределения и динамики облаков в различных регионах. Интеграция локальных лидарных наблюдений с крупномасштабной метеоинформацией на основе анализа оптических характеристик облаков позволяет существенно расширить геофизическую применимость результатов.

Ключевые слова:

атмосфера, облака верхнего яруса, аномальное обратное рассеяние, поляризационный лидар, матрица обратного рассеяния света, аэрологическое зондирование, реанализ, спутниковый спектрорадиометр, метеорологические наблюдения, большие массивы данных

Благодарность:
 работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 24-72-10127.

Коды OCIS: 010.1290, 010.3640

Список источников:
  1. Рыбакова Ж.В. Облака и их трансформация / науч. ред. Кужевская И.В. Томск: Издат. дом ТГУ, 2020. 234 с.

Rybakova Zh.V. Clouds and their transformation [in Russian] / Ed. Kuzhevskaya I.V. Tomsk: Tomsk State University Publ., 2020. 234 p.

  1. Heymsfield A.J., Krämer M., Luebke A., et al. Cirrus clouds // Meteorological Monographs. 2017. V. 58. https://doi.org/10.1175/AMSMONOGRAPHS-D-16-0010.1
  2. Shanks J.G., Lynch D.K. Specular scattering in cirrus clouds // Proc. SPIE. 1995. V. 2578. P. 227–238. https://doi.org/10.1117/12.228943
  3. Тарасова Т.А. Расчет потоков солнечного излучения при перистой облачности и сравнение с экспериментами / в кн. Радиационные свойства перистых облаков. М.: Наука, 1989. C. 169–176.

Tarasova T.A. Calculation of solar radiation fluxes in cirrus clouds and comparison with experiments [in Russian] / in the bookRadiation properties of cirrus clouds. Moscow: Nauka Publ., 1989. P. 169–176.

  1. Kärcher B. Formation and radiative forcing of contrail cirrus // Nature Commun. 2018. № 9. Article № 1824. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04068-0
  2. Gierens K., Vazquez-Navarro M. Statistical analysis of contrail lifetimes from a satellite perspective // Meteorologische Zeitschrift. 2018. V. 27. № 3. P. 183–193. https://doi.org/10.1127/metz/2018/0888
  3. Кауль Б.В. Оптико-локационный метод поляризационных исследований анизотропных аэрозольных сред // Дис. докт. физ.-мат. наук. Томск, 2004. 219 с.

Kaul’ B.V. Optical-location method of polarization studies of anisotropic aerosol media [in Russian] // Dr. Sci. (Physics, Mathematics) thesis. Tomsk: V.E. Zuev Institute of Atmospheric and Oceanic Optics of the SB of the RAS, 2004. 219 p.

  1. Брюханов И.Д. Оптические свойства облаков верхнего яруса естественного и антропогенного происхождения, содержащих ориентированные кристаллы льда, по данным поляризационного лазерного зондирования // Дис. канд. физ.-мат. наук. Томск, 2022. 138 с.

Bryukhanov I.D. Optical properties of high-level clouds of natural and anthropogenic origin containing oriented ice crystals according to the data of polarization laser sensing [in Russian] // PhD (Physics, Mathematics) thesis. Tomsk: Tomsk State University, 2022. 138 p.

  1. Брюханов И.Д., Кучинская О.И., Ни Е.В. и др. Оптические и геометрические характеристики облаков верхнего яруса по данным лазерного поляризационного зондирования 2009–2023 гг. в Томске // Оптика атмосферы и океана. 2024. Т. 37. № 2. С. 105–113.

Bryukhanov I.D., Kuchinskaia O.I., Ni E.V., et al. Optical and geometrical characteristics of high-level clouds from the 2009–2023 data on laser polarization sensing in Tomsk // Atmospheric and Oceanic Optics. 2024. V. 37. № 3. P. 343–351. https://doi.org/10.1134/S1024856024700441

  1. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы / Под общ. ред. Зуева В.В. Томск: РАСКО, 2002. 352 с.

Zuev V.V., El’nikov A.V., Burlakov V.D. Laser sensing of the middle atmosphere [in Russian] / Ed. Zuev V.V.. Tomsk: RASKO Publ., 2002. 352 p.

  1. Электронный ресурс. URL: http://weather.uwyo.edu (University of Wyoming).

Electronic resource URL: http://weather.uwyo.edu (University of Wyoming).

  1. Литвинова О.С. Влияние макроциркуляционных условий на атмосферное увлажнение юга и юго-востока Западной Сибири // Географический вестник. 2020. Т. 2. № 53. С. 100–110.

Litvinova O.S. Effect of macrocirculatory conditions on atmospheric humidification in the South and South-East of Western Siberia [in Russian] // Geographical Bulletin. 2020. V. 2. № 53. P. 100–110.

  1. Электронный ресурс URL: https://cds.climate.copernicus.eu (Copernicus Climate Data Store).

Electronic resource URL: https://cds.climate.copernicus.eu (Copernicus Climate Data Store).

  1. Гордов Е.П., Богомолов В.Ю., Генина Е.Ю. и др. Анализ региональных климатических процессов Сибири: подход, данные и некоторые результаты // Вестник НГУ. Сер. Информационные технологии. 2011. Т. 9. № 1. С. 56–66.

Gordov E.P., Bogomolov V.Yu., Genina E.Yu., et al. Analysis of regional climatic processes in Siberia: Approach, data and some results [in Russian] // Bulletin of the Novosibirsk State University. Series: Information Technology. 2011. V. 9. № 1. P. 56–66.

  1. Funing Li, Chavas D.R., Reed K.A., et al. Climatology of severe local storm environments and synoptic-scale features over North America in ERA5 reanalysis and CAM6 simulation // J. Climate. 2020. V. 33. № 19. P. 8339–8365. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0986.1
  2. Tomshin O., Solovyev V. Synoptic weather patterns during fire spread events in Siberia // Sci. Total Envir. 2024. V. 921. Atricle № 171205. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171205
  3. Kuchinskaia O., Bryukhanov I., Penzin M., et al. ERA5 reanalysis for the data interpretation on polarization laser sensing of high-level clouds // Rem. Sens. 2023. V. 15. № 1. Article № 109. https://doi.org/10.3390/rs15010109
  4. Gelaro R., McCarty W., Suárez M.J., et al. The modern-era retrospective analysis for research and applications, version 2 (MERRA-2) // J. Climate. 2017. V. 30. № 14. P. 5419–5454. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0758.1
  5. Tao J., Koster R.D., Reichle R.H., et al. Permafrost variability over the Northern Hemisphere based on the MERRA-2 reanalysis // The Cryosphere Discuss. 2019. V. 13. № 8. P. 2087–2110. https://doi.org/10.5194/tc-2018-119
  6. Электронный ресурс URL: http://ladsweb.nascom.nasa.gov (LAADS Web. Level 1 and Atmosphere Archive and Distribution System. Data).

Electronic resource URL: http://ladsweb.nascom.nasa.gov (LAADS Web. Level 1 and Atmosphere Archive and Distribution System. Data).