научная статья по теме ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВОДЯНОГО ПАРА В АТМОСФЕРЕ ТРОПИЧЕСКИХ ШИРОТ КАК НЕОБХОДИМОЕ УСЛОВИЕ ГЕНЕЗИСА ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВОДЯНОГО ПАРА В АТМОСФЕРЕ ТРОПИЧЕСКИХ ШИРОТ КАК НЕОБХОДИМОЕ УСЛОВИЕ ГЕНЕЗИСА ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ

ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВОДЯНОГО ПАРА В АТМОСФЕРЕ ТРОПИЧЕСКИХ ШИРОТ КАК НЕОБХОДИМОЕ УСЛОВИЕ ГЕНЕЗИСА

ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ © 2012 г. Е. А. Шарков*, Я. Н. Шрамков, И. В. Покровская

Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН, Москва

*Е-таИ: e.sharkov@mail.ru Поступила в редакцию 03.10.2011 г.

С помощью сформированной авторами базы данных БУЛ-01 (ИКИ РАН) с элементами объектно-реляционного типа выполнена проверки гипотезы о взаимосвязи интегральной концентрации водяного пара (по данным микроволновых спутниковых систем) и множественного тропического циклогенеза в циклоногенерирующих акваториях Мирового океана за 2001 г. В работе экспериментально показано, что существует критическое значение содержания интегрального водяного пара (своего рода необходимое условие), при котором формируется зрелая форма тропического циклона со временем жизни, превышающим сутки. При этом экспериментально показано, что в этот же промежуток времени существует другой массив тропических циклонов с кратким периодом жизни (менее суток), которые не обладают ярко выраженным граничным значением интенсивности водяного пара и могут формироваться в большом диапазоне его значений. Выявленные связи областей водяного пара повышенной концентрации и генезиса тропических циклонов стали очевидными только при применении объектно-реляционных компьютерных технологий.

Ключевые слова: тропические циклоны, интегральное поле водяного пара, критические геофизические параметры генезиса

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в проблеме дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) формируется своеобразное направление, цель которого заключается в детальном исследовании параметров окружающей геофизической среды по отношению к различным временным фазам эволюции природных катастроф. И в первую очередь это относится к атмосферным катастрофам, таким как тропические циклоны (ТЦ), воздействие которых приводит к значительным материальным ущербам.

Изучение геофизической среды при формировании первичных форм ТЦ всегда занимало особое место в программах дистанционного мониторинга тропических возмущений. В первую очередь надо отметить задачи прогнозирования возникновения первичных форм возмущения и последующего перехода индивидуального первичного тропического возмущения в развитую форму ТЦ, а также детального дистанционного исследования структурных, динамических и термодинамических особенностей тропического возмущения непосредственно в момент образования зрелой формы ТЦ (8Иагкоу, 2000).

Однако попытки дистанционного исследования первичных форм тропических возмущений сталкиваются с целым рядом трудностей, и,

прежде всего, с отсутствием общепризнанной физической модели этого сложного геофизического явления и соответственно необходимых геофизических параметров, подлежащих измерению. Несмотря на значительные усилия исследователей по наблюдению и регистрации отдельных (и фрагментарных) оптических и ИК-изображе-ний тропических вихревых возмущений в различных фазах, окончательных дистанционных критериев "близости" геофизической среды к генерации индивидуального тропического возмущения и к кризисному моменту перехода в развитую форму пока не существует.

С другой стороны, уже достаточно давно сложилось представление о наборе так называемых "необходимых" (и в значительной степени феноменологических) геофизических параметров, при которых должна происходить генерация мезомас-штабных вихревых устойчивых систем в тропической атмосфере (в климатологическом аспекте). Этот набор считается своего рода классическим и является непременным атрибутом большинства изданий, касающихся обсуждения вопросов генезиса ТЦ (Грей, 1985; Хаин, Сутырин, 1983). Одним из главных пунктов этого набора (и его часто называют "первым необходимым условием для возникновения тайфунов") являются высокие значения поверхностной температуры, превыша-

ющие (строго) 26°С (26.3°—26.8°С) (так называемая критическая температура, или температура "отсечки") при глубоком верхнем квазиоднородном слое океана (глубоком термоклине). На базе этого впоследствии была выработана концепция критического значения потока скрытой теплоты как количественного критерия возникновения ТЦ (Голицын, 2008) .

Однако детальный анализ (Шарков, Покровская, 2006) пространственно-временных полей генерации начальных форм и циклогенеза зрелых форм в поле поверхностной температуры по океаническим акваториям двух полушарий Земли показал наличие достаточно широкого диапазона поверхностных температур, при которых происходят процессы генерации первичных форм и их трансформации в зрелые формы, и отсутствие "критической" (пороговой) температуры и соответственно отсутствие жесткой границы при их генерации в поле поверхностной температуры океана. Как и следовало ожидать, региональные циклогенезы (Шарков, Покровская, 2010) обладают очень своеобразными диапазонами поверхностных температур, при которых происходит процессы генерации первичных форм ТЦ ("размытые" диапазоны, "экстремумы с хвостами", "дельтообразные" формы). Таким образом, широко распространенная концепция критического значения температуры поверхности океана при изучении генезиса ТЦ остается экпериментально необоснованной.

Попытки дистанционного исследования генезиса первичных форм тропических возмущений сталкиваются с целым рядом трудностей, и, в первую очередь, отсутствием общепризнанной физической модели этого сложного геофизического явления и соответственно необходимых геофизических параметров, подлежащих измерению. Несмотря на значительные усилия исследователей по наблюдению и регистрации отдельных (и фрагментарных) оптических и ИК-изображе-ний тропических вихревых возмущений в различных фазах (см., например, Шарков, 1997, 2006, 2010; 8Иагкоу, 1998, 2000), общепринятых дистанционных критериев "близости" геофизической среды к генерации индивидуального тропического возмущения и к кризисному моменту перехода в развитую форму пока не существует. Принципиально новым шагом в изучении дистанционных критериев генезиса ТЦ следует считать результаты комплексных многочастотных оптико-ИК-микроволновых спутниковых исследований эволюции оптического образа ТЦ в поле интегрального водяного пара, при анализе которых обнаружен фундаментальный вклад малоинерционного источника энергии, за счет которого происходит формирование зрелых форм тайфунов, а горизонтального переноса водяного пара глобальной циркуляцией и джетовыми потоками для

поддержания функционирования зрелых форм ТЦ (Шарков, 2010; Шарков и др., 2008, 2009; 2011а, 2011б; Ким и др., 2010). Полученный результат для проблемы генезиса ТЦ, разумеется, достаточно принципиальный. Однако он получен при исследовании трех отдельных выборочных ТЦ. Для полновесного экспериментального доказательства этого положения необходимо исследование эволюции множественного тропического циклогенеза (например, во временном интервале порядка года) в поле интенсивно мигрирующего интегрального водяного пара тропической зоны земной атмосферы.

Сложность проблемы заключается в том, что необходимо провести синхронный анализ дистанционной спутниковой информации двух стохастических процессов, обладающих принципиально различными пространственно-временными масштабными и структурными характеристиками. Первый процесс — тропический циклогенез — рассматривается как стохастический набор случайных событий (объектов), а именно, стохастический генезис ТЦ (8Иагкоу, 2000), и второй — как пространственное глобальное поле интегрального водяного пара со значительной пространственно-временной вариабельностью (Шарков и др., 2009; 2011а, 2011б). Сочленение двух указанных баз должно быть произведено на минимальном временном интервале (в данном случае — на суточном временном пикселе). В случае же увеличения временного интервала сочленения двух процессов эффективность предлагаемого метода резко падает из-за конечного времени жизни тропических возмущений и высокой пространственно-временной вариабельности поля водяного пара. Анализ методологии построения современных структур баз данных (БД) показал (Шрамков и др., 2010), что необходимое временное сочетание данных двух стохастических процессов возможно при использовании активно развивающейся в настоящее время объектно—реляционной технологии построения сложных комплексных БД.

Цель настоящей работы — на основе преимуществ объектно-реляционной базы данных сформировать усовершенствованный вариант БД ЕУЛ-01 с элементами объектно-реляционной технологии, которая включает в себя тематическую обработку дистанционной спутниковой информации о двух упомянутых выше стохастических процессах. На основе синхронного анализа этих стохастических полей удается показать, что образование множественного тропического циклогенеза в течение годового интервала (2001 г.) (и в Северном и Южном полушариях одновременно) происходит в поле повышенной концентрации интегрального водяного пара. Эта взаимосвязь становиться очевидной только при применении объектно-реляционных технологий обработки спутниковой информации. Таким образом, речь

идет о выявлении действительно критического (необходимого) параметра, а именно, значения интенсивности интегрального водяного пара, только при превышении которого возможен генезис ТЦ.

ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ И МЕТОДИКА ИХ ОБРАБОТКИ

Мультимедийная обработка спутниковых данных обычно содержат два основных этапа — корректное представление пространственно-временных данных и тематическая обработка. В нашем случае первый этап заключается в формировании анимационных видеоклипов в результате специализированной обработки последовательности спутниковых изображений с включением систематизированных данных о глобальном тропическом циклогенезе. На втором этапе информация подвергается тематической обработке специализированным программным обеспечением, сформированным на базе физических моделей исследуемых процессов. Сложность настоящей задачи заключается в том, что приложения этих созданных новых типов данных должны оперировать моделями (абстракциями), свойственными данной предметной области (эволюция ТЦ как стохастичес

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Космические исследования»