Ученые разработали метод поиска вихрей в Северном полушарии
Надежный метод отслеживания маленьких интенсивных погодных явлений (вихрей), например, грозовых образований, приводящих к аномально сильным ливням, тропических циклонов, полярных мезоциклонов и т. д. в атмосфере над Северной Атлантикой разработали специалисты Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН и Московского физико-технического института (МФТИ), 20 марта пишет журнал МФТИ «За науку».
Обработав массив климатических данных почти за 40 лет, ученые собрали информацию о вихрях размерами от 50 км и с помощью компьютерного моделирования выбрали наиболее подходящий метод для их поиска и изучения. В будущем, получив информацию о таких вихрях в других районах мира, ученые смогут отслеживать и их. Проведенная работа позволит точнее прогнозировать возникновение разрушительных погодных явлений.
К маленьким или мезомасштабным интенсивным погодным явлениям относятся летние ливни, зимние снежные заряды, тропические циклоны и торнадо, и, несмотря на все успехи климатологии в последнее время, эти процессы остаются всё еще мало изученными.
Так, недостаточно изучено, где, в каких районах они возникают чаще всего, среднее время их «жизни», подвержены ли они сезонным изменениям и как на них сказывается происходящее изменение климата.
Физика изучает мезомасштабные интенсивные погодные явления как структуры с вихревыми свойствами (вихри). В случае их длительной стабильности в атмосфере формируются когерентные структуры. Климатология занимается выявлением таких структур среди массива хаотичных данных, их изучением с момента зарождения до исчезновения, а также методами автоматизации всего этого процесса.
В рамках решения таких задач ученые из Института океанологии и МФТИ использовали численное моделирование для изучения вихрей Северной Атлантики, ответственных за погоду северного полушария Земли. В своей работе они использовали массив данных NAAD (North Atlantic Atmospheric Downscaling) за 40 лет наблюдений с 1979 по 2018 год.
Среди этих данных они находили и отслеживали вихри размером от 50 км. При обработке данных исследователи для поиска вихрей Северной Атлантики использовали несколько методов выявления когерентных структур и выбрали тот, который лучше остальных подходит для изучения мезомасштабных погодных явлений.
Магистр МФТИ, инженер-исследователь лаборатории морской метеорологии Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН Василиса Кошкина рассказала о проведенном исследовании:
«Теперь у нас есть база данных, в которой можно узнать, где эти вихри „обитают“, какие они имеют характеристики (сила ветра, сила осадков, приносят ли они сильное похолодание и прочее). На данный момент мы научились выделять и отслеживать вихри, а также получать их общие характеристики. Теперь нам предстоит научиться разделять различные вихри по типам. Например, мы хотим посмотреть отдельно на тропические циклоны или отдельно на торнадо».
Результаты исследования авторы представили в статье «Методы идентификации мезомасштабных когерентных структур атмосферы над Северной Атлантикой», опубликованной в журнале Oceanology.
Проделанная ими работа представляет фундаментальный интерес — климатологи с помощью этих методов могут исследовать общие закономерности целого класса малоизученных маленьких процессов в атмосфере, их динамику и вклад в формирование климата, чего раньше никто не делал. Это позволит сформировать отдельное научное направление — климатология мезомасштабных процессов.
Однако исследование московских ученых имеет и практическое приложение. Новый метод выделения когерентных структур позволит специалистам определять вероятность возникновения интенсивных вихрей в атмосфере намного раньше, чем сейчас.
А если использовать математические модели, предсказывающие будущий климат, то можно будет, зная направление изменений мезомасштабных процессов, предсказать, сколько интенсивных (разрушительных) явлений ждет Землю в будущем, чтобы скорректировать, например, требования к строительству различных сооружений и дорог.
«В ближайшей перспективе мы планируем предоставить научному сообществу информацию об интенсивных процессах в атмосфере даже там, где их нельзя было бы заметить. Например, в центре океана или в глухом лесу», — отметила Василиса Кошкина.
