Десятки тысяч гроз могут греметь по всему миру каждый день, но точное предсказание времени и места их возникновения остается грандиозной задачей компьютерного моделирования погоды. Новая методика, объединяющая недостаточно используемые спутниковые и радиолокационные данные в моделях погоды, может улучшить эти прогнозы, считает группа ученых из Пенсильванского университета.

"Грозы настолько вездесущи, что трудно сосчитать, сколько их бывает в Пенсильвании, США или во всем мире каждый день", - говорит Кинан Юр, докторант кафедры метеорологии и атмосферных наук Университета Пенсильвании. "Многие наши проблемы даже сегодня заключаются в том, чтобы понять, как правильно предсказать время и место возникновения гроз".

Ученые обнаружили, что, объединив данные с геостационарного метеорологического спутника GOES-16 и наземного доплеровского радара, они могут получить более точную картину начальных условий в пограничном слое, самой низкой части атмосферы, где формируются грозы.

"Мы показали, что они не только могут быть использованы для улучшения прогнозов, но и их совместное использование дает много преимуществ", - сказал Эур, ведущий автор исследования. "Сумма больше, чем отдельные части".

Методика показала перспективность в улучшении прогнозов зарождения конвекции, условий, порождающих грозы, за несколько часов до их возникновения в примере, проведенном в мае 2018 года в техасском Панхандле. О своих выводах ученые сообщили в журнале Monthly Weather Review.

"Кинан сосредоточился на использовании спутниковых наблюдений для лучшего определения среды, в которой впоследствии сформируются грозы, и на использовании радиолокационных наблюдений для улучшения полей низкоуровневого ветра, которые в конечном итоге помогли создать грозы", - сказал Дэвид Стенсруд, профессор метеорологии в Пенсильванском университете, советник и соавтор Эура в исследовании. "Эта комбинация наблюдений ранее не изучалась, и в итоге она значительно улучшила прогнозы модели в этот день".

Ученые использовали ассимиляцию данных - статистический метод, который позволяет составить максимально точную картину текущих погодных условий в модели погоды, что важно, поскольку даже небольшие изменения в атмосфере могут привести к большим расхождениям в прогнозах с течением времени.

Понимание условий в пограничном слое особенно важно, поскольку он сильно влияет на составляющие конвекции - приповерхностную влажность, подъемную силу и неустойчивость - процесс, который заставляет теплый воздух у поверхности Земли подниматься и формировать облака.

"Мы, конечно, не можем смоделировать каждую молекулу в атмосфере, но мы хотим подойти к этому как можно ближе, - сказал Эвр. Мы действительно считаем, что эта работа добавляет много ценной информации, которой в настоящее время нет у моделей, и что мы можем помочь в изображении самой нижней части атмосферы".

Команда ассимилировала спутниковые и радиолокационные данные отдельно и одновременно и обнаружила, что наилучшие результаты дает сочетание инфракрасных наблюдений яркостной температуры со спутника и радиальной скорости ветра и высоты границы с радара.

В работе используется ассимиляция спутниковых данных по всему небу, разработанная в Центре передовых методов ассимиляции данных и прогнозирования штата Пенсильвания, которая ассимилирует спутниковые данные по всем погодным условиям, включая облачное и ясное небо. По словам ученых, ранее прогнозирование основывалось на наблюдениях за ясным небом из-за проблем с диагностикой сложных физических процессов в облаках.

Хотя необходимо изучить больше случаев, эти наблюдения доступны в настоящее время и могут быть использованы для улучшения прогнозирования гроз в ближайшее десятилетие, поскольку NOAA продолжает развивать парадигму "Предупреждение о прогнозе", в которой прогнозы компьютерных моделей помогают сделать предупреждения о суровой погоде более точными и своевременными", - сказал Стенсруд.