Самые сильные тропические ливни вдоль экватора Земли происходят в тысячах миль от Соединенных Штатов. Но ученые-атмосферники знают, что тропическая погода, подобно ряби в пруду, создает в атмосфере мощные волны, которые распространяются вплоть до Северной Америки и оказывают серьезное влияние на погоду в США.
Эти обширные взаимосвязанные погодные процессы имеют решающее значение для создания более качественных и долгосрочных прогнозов погоды, чем это возможно в настоящее время. Ученые-атмосферщики Университета штата Колорадо под руководством профессоров Либби Барнс и Эрика Мэлони усердно работают над решением этих проблем долгосрочного прогнозирования.
В новой статье в npj Climate and Atmospheric Science исследователи CSU описывают прорыв в точном прогнозировании погоды на несколько недель вперед. Они создали эмпирическую модель, основанную на тщательном анализе исторических данных о погоде за 37 лет. Их модель основана на взаимосвязи между двумя хорошо известными глобальными погодными условиями: колебанием Мэддена-Джулиана и квазидвухлетним колебанием.
Согласно исследованию, проведенному под руководством бывшего аспиранта Брайана Мундхенка, модель, использующая оба этих явления, позволяет умело предсказывать поведение крупных ливней, называемых атмосферными реками, на три-пять недель вперед.
Это впечатляет, учитывая, что нынешние современные численные модели погоды, такие как Глобальная система прогнозов NOA или операционная модель Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды, имеют точность только до одного до двух недель», - говорит соавтор статьи Кори Бэггетт, исследователь с докторской степенью в лабораториях Барнса и Мэлони.
Главной целью исследователей является улучшение возможностей прогнозирования в сложной нейтральной зоне временных масштабов от «субсезонного до сезонного»: примерно от трех недель до трех месяцев. Возможности прогнозирования, которые заблаговременно могут спасти жизни и средства к существованию, от подачи сигналов тревоги о наводнениях и оползнях до подготовки фермеров к длительным засушливым сезонам. Барнс также возглавляет федеральную рабочую группу NOAA по улучшению субсезонного и сезонного прогнозирования с целью уточнения прогнозов ураганов, тепловых волн, полярного вихря и многого другого.
Атмосферные реки - это не настоящие водные пути, а «реки в небе», по словам исследователей. Это интенсивные шлейфы водяного пара, которые вызывают сильные осадки, шлейфы настолько большие, что напоминают реки на спутниковых снимках. На эти «реки» приходится более половины осадков на западе США.
Колебание Мэддена-Джулиана - это скопление ливней, которые перемещаются на восток вдоль экватора в течение 30-60 дней. Местоположение колебаний определяет, где будут формироваться атмосферные волны, и их возможное влияние, скажем, на Калифорнию. В предыдущей работе исследователи выявили ключевые этапы осцилляции Мэддена-Джулиана, влияющие на отдаленную погоду, в том числе на атмосферные реки.
Над колебанием Мэддена-Джулиана находится очень предсказуемый ветровой режим, называемый квазидвухлетним колебанием. В течение двух-трех лет ветры смещаются на восток, запад и снова обратно на восток и почти никогда не отклоняются. Эта закономерность напрямую влияет на колебание Мэддена-Джулиана и, таким образом, косвенно влияет на погоду вплоть до Калифорнии и за ее пределами.
Исследователи CSU создали модель, которая может точно предсказать атмосферную активность рек в западной части США через три недели. Его входные данные включают текущее состояние осцилляции Мэддена-Джулиана и квазидвухгодичное колебание. Используя информацию о том, как атмосферные реки ранее реагировали на эти колебания, они обнаружили, что квазидвухлетние колебания имеют большое значение.
Вооружившись своей моделью, исследователи хотят выявить и понять недостатки современных численных моделей погоды, которые не позволяют им предсказывать погоду в этих субсезонных временных масштабах.
«Было бы полезно лучше понять физическую взаимосвязь между колебанием Мэддена-Джулиана и квазидвухлетним колебанием, а также посмотреть, что можно сделать для улучшения моделирования этой взаимосвязи», - сказал Мундхенк..
Другим логическим продолжением их работы было бы проверить, насколько хорошо их модель может прогнозировать фактические осадки и ветер или другие суровые погодные условия, такие как торнадо и град.