Как спутники помогают изучать климат над водоёмами?

В гидрофизическом комплексе ИПФ РАН провели три уникальных эксперимента. Исследования проходили на уникальной научной установке - ветроволновом большом опытовом термостатифицированном бассейне. Руководителем одного из проектов является Ольга Ермакова, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной физики природных процессов ИПФ РАН.

Тема проекта: Оценка климатически значимых параметров пограничных слоев атмосферы и гидросферы для условий крупных водохранилищ Волжского каскада и Каспийского моря на основе новых комплексных методов дистанционной диагностики

Какие параметры пограничных слоёв атмосферы и гидросферы считаются климатически значимыми?

В первую очередь это скорость ветра и скорость трения ветра – параметр, связанный как с ветром, так и с шероховатостью водной поверхности, в том числе с поверхностными волнами. Именно эти характеристики используются в климатических моделях и прогнозах погоды, поэтому важно уметь определять их максимально точно.

Какими способами можно измерять эти параметры?

Есть два основных подхода. Первый – натурные наблюдения: метеостанции, гидропосты и прямые измерения. Но такие данные часто бывают неполными и не всегда отражают ситуацию непосредственно над акваторией.

Второй подход – спутниковые измерения. Спутник регистрирует отражённый от поверхности воды сигнал, а наша задача – установить связь между характеристиками этого сигнала и параметрами ветра, волнения и шероховатости поверхности. Именно этим мы и занимаемся.

Какую роль в этой работе играет лабораторный бассейн?

В лаборатории мы можем проводить эксперименты в контролируемых и повторяемых условиях: создавать ветер определенной силы и моделировать обрушающиеся волны, а затем наблюдать, как меняется рассеянный на водной поверхности сигнал. Это позволяет исследовать процессы, которые в натурных условиях измерить зачастую невозможно, особенно при штормовых и ураганных условиях. Полученные зависимости затем можно использовать для интерпретации спутниковых данных.

Почему для исследования выбраны водохранилища Волжского каскада и Каспийское море?

Потому что это очень разные водоёмы. Волжские водохранилища отличаются по размерам и форме, что влияет на характеристики поверхностных волн. Каспийское море имеет уже совершенно другие масштабы и демонстрирует иной режим ветро-волнового взаимодействия. Такая выборка позволяет исследовать широкий спектр природных ситуаций. Кроме того, у нас всегда есть возможность провести натурные измерения для одного из таких водохранилищ – Горьковского.

Какие процессы на границе атмосферы и воды особенно важно учитывать?

Прежде всего энергообмен, а также теплообмен и влагообмен. Ветер играет здесь ключевую роль: он влияет и на перенос тепла и влаги, и на формирование волнения. Все эти процессы тесно связаны между собой.

Чем лабораторные эксперименты помогают дополнить спутниковые наблюдения?

Один из наиболее интересных объектов исследования – обрушивающиеся волны с пенными гребнями. Они особым образом рассеивают радиолокационный сигнал, при этом процесс этот пока изучен недостаточно хорошо.

В лаборатории мы можем воспроизводить обрушение поверхностных волн в контролируемых условиях, исследовать характеристики пенного покрытия и анализировать, как именно оно влияет на рассеянный микроволновый сигнал. В природных условиях такие измерения проводить очень затруднительно, а зачастую невозможно.

Какой результат вы рассчитываете получить по итогам проекта?

Основная цель – получить зависимости между характеристиками рассеянного микроволнового сигнала и климатически значимыми параметрами, такими как скорость ветра и скорость трения ветра в широком диапазоне метеоусловий. Это позволит точнее определять состояние атмосферы и водной поверхности по спутниковым данным и улучшать существующие климатические модели.