XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение 

Струйные течения – мощные высотные воздушные потоки, играющие ключевую роль в формировании погодных условий и маршрутов авиации. Струйное течение (СТ) очень важно для авиационной метеорологии, как фактор, влияющий на множество параметров полета воздушных судов: от наличия сильного ветра на эшелоне зависит курс полета, расход топлива и другие параметры. Обнаружение струйных течений происходит при помощи аэрологического зондирования атмосферы, по данным получаемой скорости ветра (косвенно - по сгущению изогипс на высотах). Проблема в том, что данные интерполируются и могут не соответствовать действительному расположению оси струйного течения. В связи с этим актуальным становится разработка методов дистанционного мониторинга СТ, в частности, с использованием спутниковых данных. Цель работы: выявление взаимосвязи между пространственным распределением перистых облаков и положением оси струйного течения по спутниковым данным и данным радиозондирования атмосферы.

Субтропическое струйное течение располагается на высотах 11-16 км, прослеживается в виде почти непрерывного пояса сильных западных ветров на северной периферии субтропических областей высокого давления и является наиболее устойчивым. Положение его оси испытывает значительные сезонные изменения [1].

Экваториальное струйное течение с максимальной скоростью 40-50 м/с обычно имеет восточное направление и может наблюдаться в течение всего года на уровнях 100-10 гПа. Экваториальное СТ наблюдается над Африкой, Юго-Восточной Азией, Австралией, Атлантическим и Тихим океанами в полосе между экватором и 15 ° обоих полушарий.

На спутниковых фотографиях облачность струйных течений обычно имеет форму обширного массива или длинной широкой полосы, а иногда ряда длинных полос перистых облаков, вытянутых вдоль потока. Край облачности струйного течения на циклонической стороне резко очерчен и хорошо виден на фоне подстилающей поверхности, если в нижележащих слоях нет облаков [1].

Исходные данные и методы исследования

Спутниковые снимки позволяют получать данные об облачности в реальном времени, помогая обнаружить струйные течения. Один из наиболее удобных приборов - MODIS, установленный на спутниках Terra и Aqua, - это спектрорадиометр, работающий в 36 спектральных каналах (от видимого до инфракрасного диапазонов), что позволяет идентифицировать многослойные облака и находить их свойства по отдельности [2]. Широко используются снимки на приведенных длинах волн:

1. Видимый диапазон (645 нм): для визуализации структуры облаков.

2. Инфракрасный диапазон (11030 нм): для определения температуры верхней границы облаков.

3. Каналы в полосе поглощения водяного пара:

3.1. 6715 нм: для детектирования облаков и областей с высокой влажностью в верхней тропосфере.

3.2. 7325 нм: для детектирования облаков и областей с высокой влажностью в средней тропосфере.

Используются модельные реанализы для получения данных о поле ветра (скорость, направление) на стандартных изобарических уровнях 200-300 гПа, которые прогностические модели атмосферы. Уровни 300 гПа и 200 гПа выбраны по причине того, что именно на этих высотах располагается струйное течение в рассматриваемых широтах.

Качественный анализ совпадения положения фронтальной границы перистых облаков с осью струйного течения

Для анализа взят снимок видимого диапазона (Рис. 1а), который был сделан над Атлантическим океаном 1 сентября 2025 года в 10:15 UTC. Можно легко различить ячеистую структуру облачного массива, но более тонкая облачность, если и присутствует, неразличима на фоне более яркой.

По инфракрасному снимку (Рис. 1б) можно сделать вывод, что в представленной области находится облачность нескольких ярусов, черным цветом выделена очень холодная и высокая.

В каналах водяного пара (Рис. 1в и г) видна облачность верхней тропосферы, на приведенном снимке наблюдается полоса перистой облачности, характерная для краев струйных течений. Она протянулась над Атлантическим океаном на 990 км у юго-западного берега Африки между координатами 5º 30' ю.ш. 19º 30' з.д. 14º 04' ю.ш. 8º 50' з.д. Темная полоса хорошо различима как на снимке на длине волны 6715 нм, что означает, что облачность присутствует в верхней тропосфере, близко к тропопаузе, так и на длине волны 7325 нм, показывая наличие перистой облачности и в слое ниже тропопаузы на 2-3 км.

Рис. 1а - Облачность, снятая на длине волны 645 нм (видимый диапазон).

Рис.1б - Снимок на длине волны 11030 нм (инфракрасный диапазон) - облачность в верхней тропосфере.

Рис. 1в - Снимок на длине волны 6715 нм (диапазон поглощения водяным паром).

Рис. 1г - Снимок на длине волны 7325 нм (диапазон поглощения водяным паром) - облачность в средней тропосфере.

Для дальнейшего анализа привлекаем данные модели GFS на высоте 300 гПа (9 км) и на высоте 200 гПа (12 км) по распределению скоростей ветра с сайта Ventusky [3]. Сопоставим поле ветра со снимками облачности.

Рис. 2а Рис. 2б

Рис.2 - Реанализ скорости ветра модели GFS: а - на высоте 300 гПа (9 км); б -на высоте 200 гПа (12 км). Звездами отмечены северо-западная и юго-восточная оконечности полосы перистой облачности.

По данным реанализа можно сделать вывод, что обнаруженная перистая облачность относится к субтропическому струйному течению, расположенному на высоте около 12 км, при этом имеющему большую вертикальную протяженность, что понятно по наличию перистой облачности и в верхней, и в средней тропосфере. Скорость ветра усиливается по потоку при движении на юго-восток, облачность очерчивает поток со стороны, ориентированной к южному полюсу.

Сопоставление данных радиозондирования и реанализа со спутниковыми снимками

Сопоставим данные по распределению скоростей ветра модели GFS на высоте 300 гПа (9 км) и на высоте 200 гПа (12 км) с сайта Ventusky с результатами, полученными при радиозондировании атмосферы. Для этого возьмем аэологические станции, расположенные по пути потока, отметим их на карте (Рис.3а, Рис.3б):

1. Станция на острове Святой Елены (16º ю.ш. 6º з.д.) - удаленность от берегов Африки около 1800-1900 км;

2. Станция на острове Гоф (40º ю.ш. 10º з.д.), расположенном южнее острова Святой Елены, удаленность от Африки - 2700-2800 км;

3. Станция Порт Элизабет в городе Гцгебеха (34º ю.ш. 26º в.д.) к северо-востоку от предыдущей точки, на южной оконечности Африканского континента;

4. Станция Кинг Шака (30º ю.ш. 31º в.д.) у одноименного аэропорта, северо-восточнее Порта Элизабет.

С сайта Университета Вайоминга [4] по этим четырем станциям взяты данные радиозондирования за срок 12 UTC 01.09.2025, который является ближайшим ко времени, в которое был сделан спутниковый снимок (10:15 UTC 01.09.2025). По данным построен график вертикального распределения скоростей ветра между станциями Остров Святой Елены - Остров Гоф - Порт Элизабет - Кинг Шака (рис. 4).

Рис. 3а - Скорости ветра над станциями радиозондирования на высоте 300 гПа (9 км). Станции отмечены звездами.

Рис. 3б - Скорости ветра над станциями радиозондирования на высоте 200 гПа (12 км). Станции отмечены звездами.

Рис. 4. - График вертикального разреза скоростей ветра между станциями: St. H, OI - станция на Острове Святой Елены; GI, SA - станция на Острове Гофа; PS, SA - станция Порт Элизабет; KS, SA - станция Кинг Шака.

Анализируя построенный график можно сказать, что струйное течение расширяется при движении на юго-восток, нижняя граница становится ниже. Над Островом Святой Елены оно расположено на высоте примерно 175-170 гПа, со скоростями ветра около 30 м/с. У Острова Гофа скорости возрастают до 40 м/с, нижняя граница струйного течения (изотахи 30 м/с) опускается ниже 450 гПа, верхняя поднимается выше отметки, до которой имеются данные радиозондирования (выше изобарической поверхности 100 гПа). Над станцией Порт Элизабет наблюдаются скорости 50 м/с (выше 350 гПа) и 60 м/с (между 300 гПа и 250 гПа).

Для изобарических поверхностей 300 гПа (таблица 1а) и 200 гПа (таблица 1б) ниже для сравнения приведены данные моделирования и радиозондирования по рассмотренным станциям.

Таблица 1а - Данные о скоростях ветра, полученные при моделировании и радиозондировании на изобарической поверхности 300 гПа.

Таблица 1б - данные о скоростях ветра, полученные при моделировании и радиозондировании на изобарической поверхности 200 гПа.

Погрешность модели не превышает 5 м/с на поверхности 300 гПа и 8 м/с - на 200 гПа.

По данным таблиц видно, что потоки достигают скоростей струйного течения (30 м/с и более) только у Острова Гофа. Перистая облачность как раз располагается между островом Святой Елены и Островом Гофа.

Выводы

Данные реанализа моделей соответствуют спутниковым снимкам, струйное течение, построенное моделью GFS по расположению совпадает как с характерной облачностью, так и с данными радиозондирования. Полосы перистых облаков, видимых на снимках в канале водяного пара позволяют идентифицировать ось субтропического струйного течения.

Использование спутниковых снимков в практическом применении в службах оперативного метеорологического обеспечения очень полезно для уточнения расположения осей струйных течений, что упростит процесс составления прогнозов траектории движения циклонов и антициклонов, а также планирование полетов авиации с целью оптимизации маршрутов и экономии топлива.

Литература

1. Н.А. Дашко. Курс лекций по синоптической метеорологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 751 с.

2. Level-1 and Atmosphere Archive & Distribution System (LAADS) Distributed Active Archive Center (DAAC) : [веб-сайт]. URL: https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov (дата обращения: 20.11.2025).

3. Ventusky : [интерактивная метеокарта]. URL: https://www.ventusky.com/ru (дата обращения: 25.11.2025).

4. Wyoming Weather Web : [веб-сайт]. URL: https://weather.uwyo.edu (дата обращения: 11.12.2025).