Проект РНФ 'Мониторинг конвективных процессов сигналами приемников спутниковых навигационных систем'

Сведения о конкретных научных результатах за 2023 г.

За отчетный период достигнуты следующие результаты

• Для оценки конвективных процессов получены длинные ряды физико-статистических параметров неустойчивости, рассчитанные по метеопараметрам, представленным в виде данных реанализа ERA5 за 2009-2021 гг. Для сопоставления им по данным мониторинга сети станций ГНСС в г. Казани и Республике Татарстан рассчитаны зенитная тропосферная задержка, ее градиентные параметры и интегральное влагосодержание тропосферы с временным разрешением 5 минут.
• Рассчитаны и проанализированы спектры когерентности флуктуаций интегрального влагосодержания и конвективных индексов, полученные для событий конвекции. Получены характерные значения уровня корреляции зенитной тропосферной задержки спутниковых радиосигналов, интегрального влагосодержания атмосферы и характеристик конвекции, их временные характеристики, интенсивности вариаций, соответствующие каждому конвективному индексу.
  • Показано, что когерентность вариаций интегрального влагосодержания атмосферы с вариациями всех исследуемых конвективных параметров наиболее часто обнаруживается на временных масштабах от 1 до 4 часов. Уровень вейвлет корреляции превышает 0,8.
  • Обнаружено, что максимум интегрального влагосодержания достигается на 30-60 минут раньше, чем максимум вариации конвективных индексов для характерных временных масштабов вариаций 1-4 часа. Учитывая то, что исходное временное разрешения ERA5 составляет 1 час, полученные распределения показывают, что вариации интегрального влагосодержания либо опережают вариации других конвективных индексов на час, либо происходят одновременно. Аналогичные результаты были получены и для вариаций зенитной тропосферной задержки, которые абсолютно синхронны с вариациями интегрального влагосодержания атмосферы.
• Показано, что статистические характеристики интегрального влагосодержания атмосферы существенно изменяются в зависимости от индексов CAPE (доступная потенциальная энергия неустойчивости), WMAXSHEAR (показатель глубокой конвекции), восходящей вертикальной скорости и параметра генерации вихря. В условиях сильной конвекции более чем на 10 мм осажденной воды увеличивается интегральное влагосодержание.
• Показано значимое различие статистических свойств интегрального влагосодержания атмосферы и градиентных параметров тропосферной задержки в сильной конвекции. Конвективные процессы формируют мезомасштабные неоднородности, что отражается в возрастании величины градиента зенитной тропосферной задержки на 20%, росте его среднеквадратического отклонения на 25 %. Флуктуации направления градиента тропосферной задержки радиосигналов ГНСС также увеличиваются.
• Продолжен ряд ежесекундного мониторинга атмосферы в г. Казани с помощью приемников ГНСС за 2023 г.
• Результаты докладывались на научных конференциях

Наши исследования подтверждают, что использование глобальных навигационных спутниковых систем для дистанционного зондирования тропосферы может применяться для подспутникового мониторинга конвективных процессов. Быстрое развитие атмосферных неоднородностей, которые могут привести к опасным погодным явлениям, таким как сильные осадки, грозы и смерчи, отражается в значениях интегрального влагосодержания атмосферы и градиентных параметрах задержки ГНСС радиосигналов в тропосфере. Это означает, что можно получать актуальные данные о состоянии атмосферы с высоким временным разрешением и реагировать на возможные опасности.

Список основных публикаций по проекту 

• О.Г. Хуторова, М.В. Маслова, В.Е. Хуторов Проявление конвективных процессов в рядах интегрального влагосодержания атмосферы по многолетним данным мониторинга тропосферы сигналами спутниковых навигационных систем в г. Казани // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 3. С. 271-281 
• Olga G. Khutorova, Maria V. Maslova, and Vladislav E. Khutorov «Evaluation of the atmospheric integral water vapor variability during strong convection«, Proc. SPIE 12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 127805H (17 October 2023); https://doi.org/10.1117/12.2690385 
  127805_.pdf
• Khutorova O.G, Maslova M.V, Khutorov V.E., Convective processes manifestation in integral water vapor series of the atmosphere based on long-term data of tropospheric monitoring by satellite navigation systems signals in Kazan«//Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. - 2023. - Vol.20, Is.3. - P.271-281. 
• Хуторова О.Г., Маслова М.В., Хуторов В.Е. ВАРИАЦИИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ АТМОСФЕРЫ В ПЕРИОДЫ СИЛЬНОЙ КОНВЕКЦИИ// МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ «АТМОСФЕРНАЯ РАДИАЦИЯ и ДИНАМИКА» (МСАРД – 2023) Тезисы.- С.Пб.: 2023.-С. 75-78. 
• Хуторова О.Г., Маслова М.В., Хуторов В.Е., Корчагин Г.Е. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОЛЯ ЗЕНИТНОЙ ТРОПОСФЕРНОЙ ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛОВ ГНСС ПРИ УСИЛЕНИИ КОНВЕКЦИИ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРЫ В Г. КАЗАНИ // Сборник докладов XXVIII всероссийской конференции «Распространение радиоволн», Изд-во ПГТУ.- Йошкар-Ола: 2023.- С.467-470. 
• Хуторова О.Г., Маслова М.В., Хуторов В.Е. ОЦЕНКА ИЗМЕНЧИВОСТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ АТМОСФЕРЫ В ПЕРИОДЫ СИЛЬНОЙ КОНВЕКЦИИ // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXIX Международного симпозиума. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2023. – Конференция D. Физика тропосферы С.D-25-D-30.