Новая техника позволяет изучать облака в 3D

Ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли Дэвид Ромпс и Русен Октем, используя две обычные цифровые камеры, установленные на расстоянии около 1 километра друг от друга и направленные на залив Бискейн в Майами, собирают трехмерные данные о поведении облаков, которые ранее получить было невозможно.

Фотографии позволяют климатологу Ромпсу, специализирующемуся на облаках, измерять скорость их подъема. Это, в свою очередь, может пролить свет на широкий круг явлений — от частоты молний и экстремальных осадков до озоновой дыры. Возможно, самое важное, что лучшее понимание базового поведения облаков позволит ученым улучшить глобальные климатические модели. «Мы хотим ответить на очень простой вопрос: с какой скоростью облака поднимаются в атмосфере? На него очень трудно ответить с помощью любой другой технологии, кроме стереофотограмметрии», — говорит Ромпс.

В то время как стереофотограмметрия, использующая фотографии для 3D-измерений границ облаков, применялась и ранее, инновация Ромпса заключается в технике, не требующей реперной точки, такой как гора или другой наземный объект. Это позволяет изучать облака над открытым океаном. Метод был подробно описан в статье, опубликованной в прошлом году в Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. Точность техники была подтверждена с помощью лидаров и радиозондов.

Съемка каждые 10–30 секунд позволяет изучать полный жизненный цикл облаков с высоким пространственным и временным разрешением. Программа Министерства энергетики США по исследованию атмосферного излучения (ARM) профинансировала установку второй пары камер на своей площадке «Южные Великие равнины» в Оклахоме.

С помощью стереофотограмметрии Ромпс измерил скорости подъема: неглубокие облака поднимаются со скоростью 1–3 метра в секунду, а более глубокие — более 10 метров в секунду. «Скорости восходящих потоков играют важную роль в микрофизике, образовании осадков и взаимодействии с аэрозолями, что влияет на климатическое моделирование», — отметил ученый. Эти скорости также влияют на частоту молний и, если облака достаточно быстры, могут способствовать проникновению водяного пара в стратосферу, что воздействует на парниковый эффект и озоновый слой.

«Крупнейшим источником неопределенности в современных климатических моделях являются облака. Стереофотограмметрия может предоставить очень полезную информацию в поисках фундаментальной теории влажной конвекции», — подчеркнул Ромпс. Следующие шаги — объединение этих данных с другими наблюдениями на площадке ARM для прогнозирования характеристик конвективных облаков. Также разрабатываются новые алгоритмы для автоматизации реконструкции 3D-объектов, что превращает трудоемкий процесс в регулярный инструмент исследования.