Ученые придумали способ поиска вихрей в Северном полушарии | Новости науки
Российские ученые разработали надежный метод для отслеживания маленьких интенсивных погодных явлений (грозовых образований, приводящих к аномально сильным ливням, тропических циклонов, полярных мезоциклонов и др.) на примере атмосферы над Северной Атлантикой. Для этого специалисты обработали массив климатических данных почти за 40 лет.
В ходе исследований они собрали информацию о вихрях размерами от 50 км и нашли с помощью компьютерного моделирования наиболее подходящий метод для их поиска и изучения. В будущем ученые смогут отслеживать и в других районах мира вихри, о которых сейчас нет информации. Работа специалистов поможет прогнозировать возникновение разрушительных погодных явлений, что важно с точки зрения применения их результатов на практике.
Зимние снежные заряды, летние ливни, тропические циклоны и торнадо — примеры маленьких, или мезомасштабных интенсивных погодных явлений. Исследователи проводят работы по анализу их отдельных проявлений, однако общая картина мезомасштабных явлений до сих пор полностью не ясна. Например, слабо изучено, в каких районах они чаще всего возникают, как долго существуют в среднем, есть ли у них сезонные изменения и как на них сказывается современное изменение климата.
С точки зрения физики, мезомасштабные интенсивные погодные явления — это структуры, имеющие вихревые свойства. Если они более-менее стабильно сохраняются в атмосфере в течение продолжительного периода, то получаются когерентные структуры. Одна из задач климатологов — выявить их среди массива хаотичных данных, изучить с момента зарождения до исчезновения и автоматизировать весь этот процесс.
Ученые из Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН и Московского физико-технического института применили численное моделирование для изучения вихрей Северной Атлантики. Это очень важный район для климатологов, так как именно тут зарождается погода почти для всего северного полушария Земли. Для работы исследователи обработали данные за 40 лет с 1979 по 2018 гг., использовав массив данных NAAD (North Atlantic Atmospheric Downscaling). Это позволило им находить и отслеживать вихри размером от 50 км. Специалисты оценили возможности нескольких методов выделения когерентных структур для поиска вихрей Северной Атлантики и нашли один, который лучше всего позволяет изучать мезомасштабные погодные явления.
«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», — рассказала первый автор публикации Василиса Кошкина, магистр МФТИ и инженер-исследователь лаборатории морской метеорологии Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН.
По словам ученых, проделанная работа представляет фундаментальный интерес. У климатологов появляется возможность исследовать общие закономерности, характерные для целого класса малоизученных маленьких процессов в атмосфере, их динамику и вклад в формирование климата (этими вопросами до сих пор не занимался никто).
Работа имеет и практическую значимость. Пользуясь новым методом выделения когерентных структур, специалисты могут научиться предсказывать возникновение интенсивных вихрей в атмосфере значительно заранее, чем это делается сейчас. Также по математическим моделям, которые предсказывают будущий климат, можно будет понять, как станет развиваться мир мезомасштабных процессов и как много будет интенсивных (разрушительных) явлений в будущем. Это поможет, например, скорректировать требования к строительству различных сооружений или 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», — резюмировала Василиса Кошкина.
Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в журнале Oceanology.