По мере того, как сила ураганов растет по мере изменения климата, точное моделирование взаимодействия между атмосферой и океаном становится все более важным для подготовки людей к эвакуации. Однако многочисленные механизмы системы атмосфера-океан, известные как потоки воздуха и моря, чрезвычайно усложняют моделирование.
Ци Ши, научный сотрудник Исследовательского центра Великих озер Мичиганского технологического университета, провела первый подробный анализ реакции океана и атмосферы на течения, волны и ветер. В статье «Связь океанских течений и волн с ветровой нагрузкой над Гольфстримом», опубликованной этим летом в журнале Remote Sensing, Ши утверждает, что современные численные модели просто не учитывают воздействие волн, течений и ветра вместе взятых. Эта взаимосвязь имеет решающее значение, потому что без нее модели не точно представляют процессы в пограничном слое морской атмосферы.
«Мы количественно оценили влияние этой связи, чтобы повысить точность потоков воздуха и моря, потому что без моделирования течений в моделях будет постоянное смещение», - сказал Ши. «Что вызывает эту предвзятость? Отсутствие полного спектра механизмов обратной связи».
Проще говоря: лучшее моделирование дает синоптикам и климатологам более точную картину того, что происходит там, где встречаются атмосфера и океан.
Механизмы обратной связи
Часть того, что делает моделирование потока воздух-море таким сложным, - это огромное количество механизмов обратной связи в системе: для моделирования волн необходимо учитывать шероховатость поверхности и ветер; для моделирования температуры поверхности моря необходимо учитывать разницу температур воздуха и моря, водяной пар, влажность, испарение и многое другое. Моделирование ветра и поверхностных течений одинаково сложно.
Численные модели решают уравнения, описывающие атмосферу, океан и поверхность суши, чтобы предсказать будущую погоду и климат. Взаимодействия между каждым компонентом модели, такие как теплообмен между атмосферой и океаном, играют важную роль в управлении как океанической, так и атмосферной циркуляцией.
Ураганы и климат
Ураганы подпитываются теплом и влагой океана. Океанские течения и волны изменяют сдвиг ветра и шероховатость поверхности, которые являются ключевыми переменными для расчета потоков тепла и импульса между воздухом и морем. Используя трехкомпонентную систему моделирования океан-волна-атмосфера с высоким разрешением, Ши определил роль сопряжения океанских течений, волн и ветровой нагрузки в уменьшении систематической ошибки модели в воздушно-морских потоках над Гольфстримом.
Работа Ши является первым подробным исследованием механизма в процессе сопряжения течения, волны и напряжения, которое может быть применено для повышения точности прогнозов интенсивности ураганов и предсказания климата, а также для лучшего использования спутниковых наблюдений в численных расчетах. модели.
«Мы предоставляем доказательства того, что наблюдение за течениями важно и оказывает значительное влияние на модели», - сказал Ши.
Ши сказала, что надеется увидеть возможный запуск спутника, который наблюдает за океанскими течениями для подтверждения наземных наблюдений.