ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2015, № 3, с. 89-91
РЕЦЕНЗИИ
В.Г. БОНДУР, В.Ф. КРАПИВИН. КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ. М.: НАУЧНЫЙ МИР, 2014. 506 с.: ИЛ. ISBN 978-91522-356-0
DOI: 10.7868/S0205961415030112
Монография В.Г. Бондура и В.Ф. Крапивина посвящена систематическому изложению достижений в области космического мониторинга таких опасных и разрушительных природных процессов в системе атмосфера—океан, как тропические циклоны. Влиянию тропических циклонов подвержены территории более 50 стран, в которых проживает более половины человечества.
История развития методов дистанционного обнаружения тропических циклонов относится к периоду Второй мировой войны, когда самолеты американских военно-воздушных сил по различным обстоятельствам попадали в зону ураганов в Мексиканском заливе. До этого обнаружение тропических циклонов осуществлялось береговыми метеорологическими станциями или по сообщениям с кораблей, находящихся в океане. Такая отрывочная информация не способствовала своевременному обнаружению и тем более — сопровождению тропических ураганов. С развитием спутниковой метеорологии появилась возможность успешнее решать эти задачи. Были запущены серии метеорологических спутников, а вдоль экватора создана система буйковых метеорологических станций, ориентированных на детальную диагностику тропического сектора системы атмосфера—океан и способствующих получению более полной информации об этих катастрофических природных процессах.
Многочисленные публикации, посвященные проблеме анализа причин зарождения и развития тропических циклонов, выдвинули множество гипотез и моделей, которые не столько смогли дать конструктивные механизмы решения задач тропического циклогенеза, сколько расширили зону дискуссий и научных споров. Ясно, что знание законов функционирования мезомасштабно-го конвективного комплекса, которым, по мнению большинства исследователей, является тропический циклон, позволило бы ответить на многие вопросы. Однако механизмы формирования тропических возмущений и их переход в зрелую, циклоническую систему, а также механизмы диссипации развитого тропического циклона остаются до конца не объясненными.
Одной из популярных гипотез зарождения тропических циклонов является гипотеза их раз-
вития, основанная на механизме условной неустойчивости второго рода в различных ее вариантах, которая связывает основной источник энергии возмущений с теплотой конденсации водяного пара в мощных конвективных облаках и конвергенцией в атмосферном пограничном слое. Факторы, взаимодействующие на различных пространственных масштабах и играющие важную роль в генезисе глубоких тропических конвекций, описаны многими авторами. Среди этих факторов в первую очередь выделяются температура верхнего слоя океана и поле ветра. Однако имеется множество других не менее важных факторов, которые вносят вклад в дестабилиза-ционную трансформацию тропической атмосферы. При этом необходимо учитывать особенности реакции океана на изменения температуры атмосферы. Известно, что океан сильнее и дольше реагирует на похолодание, чем на потепление, изменяя пространственное распределение процесса формирования неустойчивой стратификации.
Вопрос стоит о корректном учете пространственно-временной изменчивости двух стохастических процессов, отражающих поле температуры океана и глобального тропического циклогенеза. К тому же, эти процессы обладают существенно различной временной изменчивостью. Используемая многими авторами статистика этих процессов не вполне корректна по причине их нестационарности. Но тем не менее из-за отсутствия других подходов и алгоритмов анализа используемые статистические распределения позволяют увидеть некоторые закономерности. Например, количество зародившихся при различных температурах поверхности океана тропических циклонов характеризуется достаточно устойчивым распределением.
Монография В.Г. Бондура и В.Ф. Крапивина впервые в отечественной литературе систематически и последовательно излагает наиболее значимые достижения в области мониторинга зон тропического циклогенеза с использованием космических методов и средств. Особое внимание в книге уделено наиболее трудно решаемой задаче раннего обнаружения моментов зарождения тропических циклонов и их последующей эволюции с упреждающим прогнозом.
90
ШАРКОВ
Монография состоит из восьми глав.
Предметом первой главы является изложение накопленной информации о тропических циклонах с анализом механизмов их зарождения и взаимосвязи с глобальными изменениями климата. Дается характеристика базовым процессам в системе океан—атмосфера, обеспечивающим смену фазовых состояний этой системой, и указываются корреляции между статистическими показателями циклогенеза и глобальным климатом. Механизмы генерации тропических циклонов связываются с особенностями радиотеплового поля земли и излагаются методы его регистрации. Обсуждается термическая гипотеза зарождения тропических циклонов как одна из ранних гипотез, выдвинутых на основе наблюдений за температурой поверхности океана. Характеризуются модели различных атмосферных процессов, которые так или иначе связаны с зарождением тропических циклонов. Обращено внимание на то, что последние, как крупномасштабные гидродинамические процессы в атмосфере, неустойчивы, и для их параметризации может быть использована феноменологическая модель неустойчивости второго рода. Рассмотрены и другие модели, такие как модели потенциального вихря и спиральной турбулентности.
Вторая глава связывает проблемы тропического циклогенеза и изменения климата, представляя тропический циклон в качестве интерактивного элемента глобальной климатической системы. Такой подход к изучению условий формирования тропических циклонов открывает новые возможности для повышения достоверности прогнозов зарождения возмущений в системе атмосфера—океан с учетом имеющихся источников оперативных потоков данных наблюдений за климатической системой.
В третьей главе монографии изложены сведения о методах, технологиях и технических средствах сбора данных о параметрах системы океан-атмосфера. Рассматриваются возможности существующих спутниковых систем глобального мониторинга, а также метеорологических станций, включая систему буйковых станций, заякоренных в экваториальной зоне. Отмечается, что одной из нерешенных проблем современного мониторинга является наличие неопределенности в структуре использования технических средств сбора данных о состоянии различных подсистем окружающей среды. Обсуждаются технические и информационные ресурсы, использующиеся для контроля чрезвычайных явлений в системе океан—атмосфера. Дается оценка возможностей спутниковых средств мониторинга тропической зоны Мирового океана.
В четвертой главе основное внимание уделено возможностям методов аэрокосмического мони-
торинга зон зарождения тропических циклонов. Описаны детали методов аэрокосмического мониторинга пространственно-временной структуры тропических циклонов и способов накопления информации об их зрелых формах. Рассматриваются также методы анализа взаимодействия опасных мезомасштабных процессов с различными геофизическими средами, анализируются энергетические особенности тропических циклонов с учетом их кинетических, энергетических и термодинамических параметров.
В пятой главе анализируются генерации и эволюции тропических циклонов. Рассматривается множество алгоритмов, моделей, критериев и нетрадиционных подходов к основной задаче тропического циклогенеза, состоящей в достоверном описании механизмов зарождения этих катастрофических природных процессов и поиске технологий диагностики системы океан—атмосфера для получения надежных прогнозов начала тропических возмущений с их переходом в различные стадии циклонической циркуляции. При этом основное внимание уделено новым подходам к диагностике тропических секторов системы океан—атмосфера с целью обнаружения начальных моментов зарождения тропических циклонов. Проведенный анализ различных подходов к решению этой задачи позволил сделать вывод о том, что наиболее информативным может быть подход, основанный на поиске интегральных индикаторов фазового состояния системы океан-атмосфера, описывающих в реальном времени эволюцию этой системы и отражающих состояние уровня ее стабильности.
Предложенный в указанной главе подход к диагностике системы океан—атмосфера состоит в построении индикатора ее состояния по шкале Saffir— Simpson, отражающего интегральный образ пространства метеорологических и геофизических характеристик окружающей среды, поставляемых системой TAO/TRITON/PIRATA/RAMA и метеорологическими спутниками. Исследования этого информационного пространства с помощью методов кластерного анализа и теории перколяции показали, что такие индикаторы существуют. Ими являются:
1. Показатель нестабильности временных рядов метеорологических и геофизических характеристик;
2. Параметр перколяционного перехода метеорологической и геофизической обстановки;
3. Биологическая сложность вновь образовавшейся апвеллинговой зоны.
Такой подход является новым, а предложенные индикаторы позволяют установить однозначное соответствие между уровнями шкалы Saffir—Simpson или другой шкалы градации тропических циклонов и значением индикатора.
В.Г. БОНДУР, В.Ф. КРАПИВИН. КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
91
Проведенный в главе анализ причин зарождения тропических циклонов и возможностей их раннего обнаружения позволил сделать вывод о необходимости совместного использования различных источников данных о состоянии системы океан—атмосфера в качестве входной информации глобальной модели системы биосфера-климат. Показано, что схема поиска и обнаружения момента зарождения тропических циклонов сводится к регулярной реконструкции пространственных распределений одного из индикаторов, рассчитываемого по данным нерегулярной сети различных источников. В этом случае регулярный контроль элементов окружающей среды с целью сбора данных об их состоянии в режиме, допускаемом используемыми техническими средствами, позволяет фиксировать подозрительные элементы окружающей среды, значение индикатора которых соот
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.