Радиозондирование является одним из важнейших инструментов для вертикального зондирования атмосферы. Радиозонды — это устройства, поднимаемые в атмосферу с помощью воздушных шаров. Они измеряют профиль давления, температуры, влажности и скорости ветра с высоты поверхности до стратосферы, передавая данные по радиоканалу в режиме реального времени.
Ключевые параметры, регистрируемые радиозондами:
Метод радиозондирования позволяет получать детальные вертикальные профили, что критично при анализе устойчивости атмосферы, расчёте индексов конвекции и прогнозировании развития циклонов.
Лидары (LIght Detection And Ranging) используются для зондирования атмосферы лазерными лучами. Они позволяют определять концентрации аэрозолей, водяного пара, облачности, а также профили температуры и ветра.
Типы лидаров:
Радары (RAdio Detection And Ranging) используют радиоволны. Метеорологические радары регистрируют осадки, фронтальные структуры и конвективные ячейки. С помощью доплеровского сдвига измеряется скорость движения гидрометеоров, что позволяет анализировать поле ветра в облаках.
Ключевые параметры радаров:
Современные орбитальные платформы оснащены пассивными и активными сенсорами для глобального мониторинга атмосферы.
Пассивные спутниковые методы основаны на регистрации излучения в инфракрасном, видимом и микроволновом диапазонах. Они позволяют измерять:
Активные спутниковые методы используют собственные источники излучения:
Ключевое преимущество спутников — глобальное покрытие, включая труднодоступные регионы океанов и полярных областей. Однако точность измерений ниже по сравнению с радиозондами, а вертикальное разрешение ограничено.
Содары (SOnic Detection And Ranging) измеряют вертикальные профили ветра в приземном слое атмосферы, излучая акустические волны вверх и анализируя отражённый сигнал от неоднородностей температуры и плотности.
Характеристики содаров:
Содары особенно эффективны в ночное время, когда радиозондирование ограничено, а турбулентность слаба, что увеличивает эффективность отражения акустических волн.
Наземные станции обеспечивают непрерывное наблюдение за основными метеорологическими параметрами:
На основе этих данных строятся климатические ряды, определяются аномалии, рассчитываются индексы погоды и климатические тренды. Поверхностные сети (например, сеть Глобальной системы наблюдений ВМО) являются основой для верификации численных моделей.
Также используются актинометры, пирометры, анемометры, гигрометры, барометры, которые обеспечивают высокоточную регистрацию параметров микроклимата.
Аэрологические исследования включают в себя использование аэростатов, пилотируемых воздушных судов, зондов, а также самолётов-лабораторий, оснащённых датчиками.
Самолёты-лаборатории позволяют выполнять детальные измерения на заданной высоте и в определённом районе. Они особенно полезны при изучении гроз, фронтов, аэрозолей и загрязнителей воздуха.
Аэрологические данные применяются для:
Современные дроны всё активнее используются для исследований нижней атмосферы. Их преимущества:
БПЛА оснащаются миниатюрными датчиками температуры, влажности, давления, концентраций загрязнителей и аэрозолей. Используются при исследовании урбанизированных территорий, сельскохозяйственных районов, лесных массивов.
Для изучения физических процессов атмосферы в контролируемых условиях применяются климатические камеры, аэродинамические трубы, турбулентные резервуары.
На лабораторных установках исследуются:
Лабораторные методы позволяют тестировать гипотезы, формировать эмпирические зависимости и верифицировать численные модели.
Компьютерные модели атмосферы — важнейший инструмент современной атмосферной физики. Моделирование включает:
Для анализа данных используются методы спутниковой деривации, алгоритмы машинного обучения, статистические методы реконструкции и синтеза наблюдений (data assimilation).
Современные исследования атмосферы требуют комплексного подхода. Использование синергии методов — радиозондов, лидаров, спутников и моделей — позволяет:
Разработка новых методов и совершенствование существующих направлены на улучшение пространственно-временного разрешения наблюдений, снижение погрешностей и расширение зоны охвата.