Люди всегда пугались и восхищались молнией. В этом месяце НАСА планирует запустить новый спутник, который обеспечит первое непрерывное высокотехнологичное наблюдение за молниями над североамериканской частью планеты.
Исследователи Вашингтонского университета уже более десяти лет отслеживают глобальные молнии с земли. Молнии связаны не только с общественной безопасностью: данные о ударах молний недавно были использованы для прогнозирования погоды, а новое исследование Университета Вашингтона показывает способы их применения в прогнозах гроз.
«Когда вы видите много молний, вы знаете, где конвекция, или восходящее движение, вызванное теплом, самая сильная, и где шторм самый сильный», - сказал соавтор Роберт Хольцворт, профессор UW. наук о Земле и космосе.«Почти все молнии возникают в облаках, покрытых льдом, и там, где есть сильный восходящий поток».
Недавняя статья, опубликованная в журнале Американского метеорологического общества по атмосферным и океаническим технологиям, представляет новый способ преобразования ударов молнии в информацию о погоде. Национальная метеорологическая служба США начала использовать молнию в своих самых сложных прогнозах. Однако этот метод является более общим и может использоваться в самых разных системах прогнозирования в любой точке мира. Авторы проверили свой метод на двух случаях: грозовая система дерехо летом 2012 года, прокатившаяся по США, и торнадо 2013 года, унесшее жизни нескольких человек на Среднем Западе. «Использования данных о молниях для изменения влажности воздуха было достаточно, чтобы значительно улучшить краткосрочный прогноз сильного дождя, ветра и шторма», - сказал первый автор Кен Диксон, бывший аспирант UW, который сейчас работает в The Weather Company. Его простой метод мог бы также улучшить среднесрочные прогнозы, рассчитанные более чем на несколько дней, в тех частях мира, где мало или совсем нет наземных наблюдений.
В исследовании использовались данные сети WorldWide Lightning Location Network, базирующейся в Вашингтоне, которая ведет глобальный учет ударов молнии, начиная с 2004 года. атмосфера. Но сеть также продает свои данные коммерческим и государственным агентствам и работает с учеными из Университета Вашингтона и других стран.
Несколько лет назад Хольцворт объединил усилия с коллегами из Департамента атмосферных наук Университета Вашингтона, чтобы использовать молнии для улучшения прогнозов конвективных штормов, сильных штормов, которые вызывают грозы и торнадо.
Помимо наземных станций, прогнозы погоды в значительной степени зависят от метеорологических спутников для получения информации для запуска или «инициализации» моделей численного прогнозирования погоды, которые являются основой современного прогнозирования погоды.
Чего не хватает, так это точной информации в режиме реального времени о влажности воздуха, температуре и скорости ветра в местах, где нет наземных станций.
«У нас меньше знаний о грозах, чем почти о любом другом метеорологическом явлении», - сказал соавтор Клифф Масс, профессор атмосферных наук из Университета Вашингтона. «Эта статья показывает многообещающую информацию о молниях. Результаты показывают, что данные о молниях могут улучшить прогнозы гроз и конвекции с высоким разрешением».
Новый метод может быть полезен при прогнозировании штормов над океаном, где нет наземных приборов. По словам Масса, лучшее знание тропических океанских штормов с сильными молниями может улучшить прогнозы погоды вдали от экватора, поскольку многие глобальные погодные системы берут свое начало в тропиках.
Исследование финансировалось НАСА и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований. Грег Хаким, профессор атмосферных наук Университета Вашингтона, является другим соавтором. Всемирная сеть обнаружения молний началась в 2003 году с 25 мест обнаружения. В настоящее время он включает около 80 хост-сайтов в университетах или государственных учреждениях по всему миру, от Финляндии до Антарктиды.
Последнее мнение о том, как возникает молния, состоит в том, что частицы льда в облаках разделяются на более легкие и тяжелые части, и это создает заряженные области внутри облака. Если сильные восходящие потоки ветра делают это расстояние по высоте достаточно большим, протекает электрический ток, чтобы нейтрализовать разницу в заряде.
Вспышка молнии создает электромагнитный импульс, который может пройти четверть оборота вокруг планеты за долю секунды. На каждом участке сети Lightning установлена антенна длиной от 8 до 12 футов, которая регистрирует частоты в диапазоне 10 кГц и отправляет эту информацию на звуковую карту подключенного к Интернету ноутбука. Когда хотя бы пять станций записывают импульс, компьютеры на UW регистрируют удар молнии, а затем триангулируют время прибытия на разные станции, чтобы точно определить местоположение.
На онлайн-карте сети показаны удары молнии за последние 30 минут в Google Планета Земля. Альтернативный дисплей показывает последние 40 минут молний в разных частях мира поверх карт облаков НАСА, которые обновляются со спутников каждые 30 минут. Программа является самой продолжительной глобальной сетью определения местоположения молний в режиме реального времени, и она управляется исследовательским сообществом в рамках глобального сотрудничества.
Молния уже убивает сотни людей каждый год. Эта угроза может расти - недавнее исследование прогнозирует, что молнии станут более частыми с изменением климата.
«Присяжные все еще не могут принимать долгосрочные изменения, пока у нас не будет больше данных», - сказал Хольцворт. «Но есть неподтвержденные данные о том, что мы наблюдаем удары молнии в местах, где люди этого не ожидают, что делает их более смертоносными».
На 19 ноября НАСА запустит новый спутник GOES-R, который станет первым геостационарным спутником с прибором для непрерывного наблюдения за импульсами молнии. Хольцворт поможет откалибровать новый прибор, который использует яркость для определения молнии, по сетевым данным. НАСА также профинансировало недавнее исследование как одно из потенциальных приложений для наблюдения за молниями.
«GOES-R предложит более точные и полные наблюдения за молниями над Северной и Южной Америкой, которые дополнят наши глобальные данные», - сказал Хольцворт. «Этот запуск давно ожидался в сообществе исследователей молний. Он может улучшить наше понимание молнии, как опасности, так и инструмента прогнозирования».