Сравнение мониторинга гроз по спутниковым, наземным метеорологическим и грозопеленгационным наблюдениям для Европейской территории России

Грозы – опасное явление погоды, так как удары молний могут вызывать пожары, повреждения линий электропередач, а сопровождающий их сильный ливень приводит к наводнениям, размытию дорог, сходу селей и др. Наземные наблюдения за погодой регистрируют грозу на метеостанции и в окрестностях с периодичностью 3 ч и временным лагом до нескольких часов, а также субъективны (наблюдатель может слышать грозу на расстоянии до 20-30 км и не расслышать единичный разряд над станцией, также существует проблема помещения наблюдения в коды погоды «в срок», «в последний час» и «между сроками»). Грозопеленгационные датчики объединённой грозопеленгационной системы (ГПС) НИЦ «Планета» и Высокогорного геофизического института регистрируют электрические разряды в облаке непрерывно на расстоянии до 750 км и имеют точность местоопределения молний в центре сети до 250 м (вероятность обнаружения до 80 %), однако на краю обзора ошибки местоопределения растут до 10-20 км, а вероятность обнаружения молний падает до 20-30 %. Спутниковые наблюдения с помощью многоканальных радиометров-имаджеров имеют большую площадь покрытия, высокую периодичность (до 15 мин) и малый лаг (несколько минут), однако детектируют грозовые облака по косвенным признакам, а при больших углах визирования могут терять небольшие по площади и интенсивности грозы или смещать локацию облака (до 20-40 км).

В ЕЦ НИЦ «Планета» разработана методика обнаружения зон гроз по спутниковым измерениям радиационной температуры в разных спектральных каналах методом порогового дешифрирования по косвенным признакам. Выделяется 4 класса гроз в зависимости от интенсивности и вероятности события. В 2021 г. запущен российский высокоэллиптический гидрометеорологический космический аппарат (КА) «Арктика-М» №1, а в феврале 2024 г. ‒ КА «Арктика-М» №2. Методика детектирования гроз была адаптирована к данным прибора МСУ-ГС-ВЭ (многозональное сканирующее устройство – геостационарное, модернизированное для высокоэллиптических орбит) КА серии «Арктика-М». В пределах Европейской территории России (ЕТР) расположено 14 грозопеленгационных датчиков в составе ГПС и несколько десятков метеостанций, ведущих наблюдение за погодой. 

Проведено сравнение 3х способов мониторинга гроз. В целом, наименее удобными для мониторинга грозовых облаков являются наземные наблюдения на метеостанциях за погодой из-за их субъективности, точечности, невозможности точно определить время грозы (отклонение от указанного срока до 3х часов) и большого временного лага. В результате, как спутниковые, так и грозопеленгационные наблюдения при сравнении с ними дают самые низкие оценки точности. При сравнении спутниковых наблюдений с грозопеленгационными совпадение намного выше. Спутниковые наблюдения несколько завышают зоны слабых гроз, показывая облака, способные переродиться в грозовые, или, наоборот, распадающиеся, а ГПС не даёт полного представления о синоптической обстановке в регионе (внутримассовая гроза или фронтальная). 

Поэтому для наиболее полного мониторинга гроз следует комбинировать разные виды наблюдений, чтобы они дополняли друг друга. Из-за большой периодичности и задержки по времени относительно срока спутниковой съёмки наземные метеонаблюдения могут использоваться только для анализа ситуаций «задним числом». При оперативном мониторинге гроз оптимально накладывать наблюдения ГПС на результаты спутниковой классификации – пользователь видит ситуацию у себя на экране через ~20 мин от указанного срока с периодичностью обновления информации 15 мин.