Улучшение прогнозирования множества суровых погодных явлений может стать возможным благодаря более комплексному методу измерения глубины пограничного слоя Земли, разработанному исследователями штата Пенсильвания.
Пограничный слой - это ближайший к Земле слой атмосферы, находящийся менее чем в одной миле от поверхности. Поскольку именно этот слой больше всего подвержен влиянию конвективного тепла с поверхности Земли, он отвечает за внезапные изменения погоды, такие как грозы.
Пограничный слой получил свое название, потому что он улавливает такие вещества, как загрязнение, смог, дым от лесных пожаров и другие переносимые по воздуху частицы, поднимающиеся выше в атмосфере. Поскольку солнце нагревает поверхность Земли, оно также нагревает воздух. Этот теплый воздух поднимается вверх, углубляя пограничный слой.
В исследовании, опубликованном в Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, исследователи продемонстрировали, как 159 работающих в настоящее время метеорологических радаров могут в режиме реального времени отслеживать глубину пограничного слоя, который постоянно меняется. Это важно, потому что в настоящее время глубина пограничного слоя измеряется два раза в день путем запуска метеозондов из примерно 100 мест по всей стране.
Радиолокационные измерения не только собираются в режиме реального времени, но и дают более полный анализ пограничного слоя, отправляя вертикальные и горизонтальные импульсы для регистрации наличия снега, дождя или насекомых.
Неточности в оценке пограничного слоя приводят к значительным ошибкам в прогнозах, сказал Джон Бэнгхофф, аспирант в области метеорологии, штат Пенсильвания. Бангхофф сказал, что эти неточности приводят к плохим результатам прогнозирования.
«Если мы сможем повысить точность исходной информации, это позволит получить более точный прогноз в будущем», - сказал Бангхофф.«Оценки пограничного слоя в большинстве моделей отличаются в два раза, что очень важно. Если ваша модель имеет 200-процентную ошибку, она не будет работать очень хорошо».
В дополнение к моделированию суровой погоды понимание глубины пограничного слоя может улучшить модели загрязнения воздуха и прогнозирования лесных пожаров. В отчете Национального исследовательского совета за 2009 год ограничения мониторинга глубины пограничного слоя отмечены как серьезная проблема, отметив, что следует изучить другие методы мониторинга.
Исследователи использовали доплеровский радар Weather Surveillance Radar-1988 (WSR-88D) в Центральной Оклахоме, чтобы проверить способность радаров оценивать глубину пограничного слоя. Бангхофф сказал, что радары обеспечивают лучшее пространственное разрешение, чем метеозонды, и столь же точно предсказывают глубину пограничного слоя, основываясь на результатах этого исследования. Эти методы также были протестированы в восьми различных регионах страны, в таких местах, как Миннесота в феврале и Аризона в августе, что продемонстрировало сезонную надежность этого метода.
"Мы показали, что метеозонды, которые являются базовой линией, довольно хорошо сравниваются с радиолокационными наблюдениями. Как только мы обнаружили, что радар дает точную информацию, мы начали использовать данные радара для отслеживания глубины пограничного слоя в течение дня."
Исследователи планируют использовать эти недавно полученные радиолокационные данные, чтобы вписать их в модели, чтобы увидеть, улучшат ли модели данные в реальном времени. Они будут использовать архивные данные более чем за четыре года для дальнейшего изучения и уточнения моделей.
Теплый воздух создает шапку в атмосфере, задерживая более холодный воздух внизу. По словам Бангхоффа, во время суровых погодных явлений воздух внизу нагревается и пробивает эту шапку, создавая массивные кучево-дождевые грозовые облака.
Бангхофф сказал, что подобное явление можно наблюдать на поверхности Земли во время тумана, когда капли прохладного влажного воздуха задерживаются более теплым воздухом сверху.
«Это довольно неясная вещь», - сказал Бангхофф. «Люди не знают, что такое пограничный слой, но когда вы помещаете его в контекст лесных пожаров, загрязнения воздуха и прогнозирования сильных штормов, он становится очень важным».