В США метеорологи применили машинное обучение для обнаружения тумана

Туман и низкие слоистые облака над аэропортами могут создавать опасные условия для поездок, которые приводят к дорогостоящим задержкам и срыву планов.

Офисы Национальной метеорологической службы США отслеживают и выпускают предупреждения, когда условия благоприятны для образования тумана и низких облаков. Эти предупреждения используются авиакомпаниями для прогнозирования условий, предотвращения задержек и изменения маршрута рейсов, если это необходимо.

Теперь NWS (Национальная метеорологическая служба) использует новое программное обеспечение для обнаружения тумана, разработанное учеными из Совместного института метеорологических спутниковых исследований Университета Висконсин-Мэдисон и NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований), чтобы помочь с этими предупреждениями.

Программное обеспечение (известное как спутниковый продукт) является результатом более чем десятилетнего сотрудничества между CIMSS и NOAA. Оно использует методы машинного обучения с данными почти в реальном времени от метеорологических спутников, таких как GOES-East и GOES-West NOAA, для круглосуточного мониторинга условий и выдачи предупреждений о возможном тумане.

«По состоянию на конец 2020 года продукт GOES-R Fog and Low Stratus полностью работает в офисах NWS по всей стране. Продукт обеспечивает круглосуточный мониторинг опасных туманных условий от Уткиагвика (Аляска) до Ки-Уэста (Флорида)»

Майкл Паволонис ученый-физик Отделения передовых спутниковых продуктов NOAA

Туман возникает, когда облако формируется у земли, уменьшая видимость до менее 1 километра. Хотя может быть легко определить туман во время утренней поездки на работу или глядя в окно, определение размера пятна тумана на большой площади остается проблемой, особенно для спутниковых наблюдений.

Более ранние системы обнаружения тумана использовали сравнение спутниковых данных в видимом и инфракрасном диапазонах, но в значительной степени ограничивались условиями, когда над туманом не было других облаков. Кроме того, предыдущие методы были ограничены использованием в ночное время из-за помех, связанных с отраженным солнечным светом. И в отличие от гроз, которые содержат более крупные капли дождя и кристаллы льда, туман состоит из гораздо более мелких капель, которые не видны на радаре.

«Чтобы улучшить систему, мы включили другие атмосферные данные, используемые в алгоритмах численного прогнозирования погоды. Это помогает определить тип тумана над областью, оценивая каждый пиксель изображения и генерируя вероятность присутствия тумана и его интенсивность»

Кори Калверт ученый CIMSS

Помимо определения наличия тумана, этот продукт помогает авиакомпаниям избегать задержек, которые ежегодно обходятся в миллионы долларов. Согласно анализу Федерального авиационного управления, погода была причиной почти 70% задержек рейсов в 2008–2013 годах, что приводит к реальным затратам. Каждый час задержки обходится авиакомпаниям от $1000 до $4000 за рейс.

Продукт GOES-R Fog был разработан на основе потребностей авиационной отрасли, которая предъявляет различные требования в зависимости от самолета. Небольшие самолеты, например, полагаются на другой набор правил, когда речь заходит о погоде, поскольку им не хватает продвинутого оборудования, как на более крупных авиалайнерах. Fog определяет опасные условия для обоих типов самолетов и может использоваться для предупреждения по всей стране, избегая дорогостоящих задержек и делая авиаперевозки более безопасными.

«Люди, которые путешествуют, могут не знать происхождения этого продукта или того, что происходит за кулисами. Но это отличный пример того, как общественность выигрывает от такого сотрудничества университетов и правительства»

Майкл Паволонис ученый-физик Отделения передовых спутниковых продуктов NOAA

В то время как погода является основной причиной задержки из-за слишком большого спроса на затронутые ресурсы, объем, вызванный слишком большим спросом даже при неограниченных возможностях ресурсов, также составляет 19% задержки. Отказ оборудования составляет 1%, недоступность взлетно-посадочной полосы — 6%, а «другие» факторы — оставшиеся 5% задержки. Эти статистические данные о задержках включают авиаперевозчиков, авиатакси, авиацию общего назначения и военные классы самолетов.

Тип погоды, вызывающий задержку воздушного движения, различается в течение года, а также зависит от географического района страны. Пик погодных задержек и общих задержек приходится на май, июнь и июль (погодные задержки колеблются от почти 6700 до более чем 7800, общие задержки колеблются от 9000 до 9500), но погодные задержки также значительны в марте, апреле, октябре, ноябре и декабре (от 3500 до 5400).

NextGen Weather (программа Федерального авиационного управления) предоставляет авиационные метеорологические продукты, которые поддерживают тактическое и стратегическое управление воздушным движением во время погодных явлений, помогая свести к минимуму задержки пассажиров, а также повысить безопасность полетов.

Менеджеры транспортных потоков могут предпринимать различные шаги, например локально перенаправлять трафик в зависимости от погодных условий, направлять трафик в пути на свободный от погодных условий путь прибытия, когда он находится рядом с аэропортом назначения, и задерживать прибытие, помещая их в стопки ожидания до тех пор, пока погода не прояснится.