В 2017 году ураган «Харви» остановился после того, как обрушился на побережье Техаса, вылил рекордное количество осадков, затопил населенные пункты и стал одним из самых влажных и разрушительных штормов в истории Соединенных Штатов. По словам ученых штата Пенсильвания, новый метод, использующий легкодоступные данные, уменьшает ошибки прогноза и может улучшить прогнозы траектории, интенсивности и количества осадков для будущих штормов, таких как ураган Харви.

«Наше исследование показывает, что существуют возможности для получения более точных прогнозов тропических циклонов с использованием доступных, но недостаточно используемых данных», — сказал Юнжи Чжан, доцент кафедры метеорологии и атмосферных наук в Пенсильвании. «Это может привести к улучшению предупреждений и готовности к опасностям, связанным с тропическими циклонами, в будущем».

По словам ученых, добавление микроволновых данных , собранных низкоорбитальными спутниками, к существующим моделям компьютерного прогноза погоды показало улучшения в прогнозировании траектории шторма, интенсивности и количества осадков при использовании урагана Харви в качестве примера.

«Над океаном у нас нет других видов наблюдений под верхними облаками, чтобы сказать нам, где находятся стены для глаз, где самая сильная конвекция и сколько частиц дождя или снега в этих регионах, за исключением случайных разведывательных самолетов, которые попасть в какой-нибудь ураган», — сказал Чжан. «Это очень важно для более поздних прогнозов того, насколько сильными будут штормы или сколько осадков принесут ураганы».

Исследование основано на предыдущей работе команды, которая улучшила прогнозы ураганов с помощью усвоения данных, статистического метода, который направлен на то, чтобы нарисовать наиболее точную картину текущих погодных условий. Это важно, потому что даже небольшие изменения в атмосфере могут со временем привести к большим расхождениям в прогнозах.

В предыдущей работе ученые из Центра передовых методов усвоения данных и прогнозирования штата Пенсильвания ассимилировали данные о яркостной температуре в инфракрасном диапазоне с американского геостационарного оперативного спутника окружающей среды GOES-16. Яркостные температуры показывают, сколько излучения излучают объекты на Земле и в атмосфере, и ученые использовали инфракрасные яркостные температуры на разных частотах, чтобы нарисовать более точную картину атмосферного водяного пара и образования облаков.

Но инфракрасные датчики фиксируют только то, что происходит на вершинах облаков. По словам ученых, микроволновые датчики просматривают весь вертикальный столб, предлагая новое понимание того, что происходит под облаками после образования штормов.

«Это особенно важно, когда ураган созревает на более поздних стадиях развития, когда существуют ярко выраженные и связные облачные структуры, и вы не можете видеть, что происходит под ними», — сказал Чжан. «Это время, когда ураганы наиболее опасны, потому что они очень сильные и иногда уже приближаются к берегу и угрожают людям. Именно тогда микроволновые данные предоставят наиболее ценную информацию».

Объединение ассимилированных инфракрасных и микроволновых данных уменьшило ошибки прогноза в отслеживании, быстрой интенсификации и пиковой интенсивности по сравнению с одним только инфракрасным излучением для урагана Харви, сообщили исследователи в журнале Geophysical Research Letters . Они сказали, что ассимиляция обоих наборов данных привела к 24-часовому увеличению прогнозируемой заблаговременности для быстрого усиления шторма, критического времени, когда некоторые штормы быстро набирают силу.

Усвоение микроволновых данных также привело к лучшему пониманию количества частиц воды в шторме и более точному количеству осадков для Харви, заявили ученые.

«Прогнозы осадков чрезвычайно важны для подготовки населения к опасностям и эвакуации», — сказал Чжан. «Если у нас будет лучшее понимание того, сколько частиц дождя содержится в шторме, у нас будет более высокая вероятность более точных прогнозов того, сколько осадков будет. На основе этого у нас будет более подробное руководство о том, как люди должны реагировать.»

Ученые заявили, что необходима дополнительная работа по улучшению микрофизики модели для более реалистичного моделирования частиц воды и льда.

Это исследование основано на работе бывшего заслуженного профессора штата Пенсильвания Фуцина Чжана, который руководил проектом во время своей неожиданной смерти в июле 2019 года.

«Когда умер наш дорогой друг и коллега Фуцин Чжан, нить идей, которые связывали наши продолжающиеся эксперименты по ассимиляции данных инфракрасного и микроволнового излучения, распалась», — сказал Юджин Клотио, профессор метеорологии и атмосферных наук и соавтор статьи. «Мы собирались вместе в течение длительного периода времени, чтобы восстановить нить как можно лучше».

Также из Penn State внесли свой вклад Стивен Грейбуш, доцент; Синчао Чен, доцент; и Ман-Яу Чан, Кристофер Хартман и Чжу Яо, аспиранты.

Несколько бывших докторантов Пенсильванского университета, постдоков и преподавателей также внесли свой вклад: Скотт Сирон, научный сотрудник IM Systems Group; Ингуи Лу, доцент Нанкинского университета в Китае; Роберт Нистром, постдок Национального центра атмосферных исследований; Масаси Минамиде, доцент Токийского университета; Джеймс Рупперт, доцент Университета Оклахомы; и Ацуши Окадзаки, доцент Университета Хиросаки в Японии.