Εκτίμηση κινδύνου ατμοσφαιρικών αναταράξεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων

Abstract

Developing a satellite-based methodology for assessing the risk of upper-level aviation scale turbulence remains challenging because hazardous events affecting flight safety are both rare and driven by complex, multifactorial atmospheric processes that occur under all-sky conditions. This complexity poses major difficulties for the creation of a comprehensive satellite-based turbulence nowcasting product and for its operational utilization. Analysis of aircraft observations over Europe for the period 2008-2018 enabled the identification of the atmospheric mechanisms that trigger turbulence in situ. The jet stream, as the dominant driver in the upper troposphere, modulates through its meandering flow both the conditions that trigger turbulence and the morphology of satellite-observed cloud and humidity patterns. Under its influence, aviation turbulence is frequently accompanied by distinct structural features that can be used as satellite alert indicators. Multispectral SEVIRI/MSG RGB composite products are utilized, as they provide enhanced chromatic distinction of the upper-tropospheric patterns of interest. A methodology is developed to standardize the processes of automated detection, visualization, and probabilistic evaluation of the satellite-derived patterns and their multi-pattern complexes, enabling the selection of the configuration that yields the highest probabilistic skill for all-sky aviation scale turbulence detection. A satellite nowcasting product for the spatial estimation of upper-level turbulence is introduced, in which the concept of spatial persistence is integrated to emphasize atmospheric conditions that are strongly associated with in situ turbulence events.

Η ανάπτυξη μεθοδολογίας εκτίμησης κινδύνου αναταράξεων αεροναυτικής κλίμακας με μέσα δορυφορικής τηλεπισκόπησης, εγείρει σημαντικές προκλήσεις, καθώς πρόκειται για φαινόμενο το οποίο, στις ισχυρές του εκδηλώσεις που επηρεάζουν την ασφάλεια των πτήσεων, χαρακτηρίζεται τόσο από τη σπανιότητά του όσο και από την πολυπαραγοντική φύση των ατμοσφαιρικών διεργασιών που το προκαλούν, καθώς μπορεί να εκδηλωθεί σε όλες τις συνθήκες νεφοκάλυψης. Το γεγονός αυτό δημιουργεί σημαντικές προκλήσεις τόσο για την ανάπτυξη ενός ολιστικού δορυφορικού προϊόντος αναταράξεων όσο και για την επιχειρησιακή του αξιοποίηση. Η μελέτη των καταγραφών αεροσκαφών στην Ευρώπη για την περίοδο 2008 έως 2018 επέτρεψε τον εντοπισμό των ατμοσφαιρικών διεργασιών που διέπουν τις αναταράξεις στο πεδίο. Ο αεροχείμαρρος ως ο κυρίαρχος μηχανισμός της ανώτερης τροπόσφαιρας καθορίζει, κατά την μαιανδρική ροή του, τόσο τις συνθήκες που ευνοούν την εκδήλωση των αναταράξεων όσο και την μορφολογία των δομών δορυφορικής απεικόνισης. Υπό την επίδρασή του, οι αεροναυτικές αναταράξεις στο πεδίο εκδηλώνονται παρουσία διακριτών χαρακτηριστικών δομών νεφώσεων και υγρασίας οι οποίες αποτελούν αξιόπιστοι δορυφορικοί δείκτες («alert cloud/pattern). Δεδομένου ότι το φαινόμενο δύναται να εκδηλωθεί σε όλες τις συνθήκες νεφοκάλυψης, επιλέχθηκε η χρήση πολυφασματικών RGB προϊόντων του SEVIRI-MSG, καθώς επιτρέπουν τον σαφή χρωματικό διαχωρισμό των δομών ενδιαφέροντος της ανώτερης τροπόσφαιρας. Αναπτύχθηκε μεθοδολογία που περιλαμβάνει την τυποποίηση των διαδικασιών αυτοματοποιημένου εντοπισμού, απεικόνισης καθώς και της πιθανολογικής αξιολόγησης των δορυφορικών δομών και συμπλεγμάτων τους, για την επιλογή εκείνης με τη βέλτιστη πιθανολογική απόδοση των αναταράξεων αεροναυτικής κλίμακας σε κάθε συνθήκη νεφοκάλυψης. Εκδίδεται δορυφορικό προϊόν χωρικής εκτίμησης ανώτερων αναταράξεων στο οποίο εισάγεται η έννοια της χωρικής εμμονής, μέσω της οποίας αναδεικνύονται περαιτέρω οι ατμοσφαιρικές συνθήκες που βρέθηκαν ότι συνδέονται ισχυρά με την καταγραφή των αεροναυτικών αναταράξεων στο πεδίο.