Каждую зиму массы холодного и сухого арктического воздуха скользят на юг через североамериканский континент, прежде чем столкнуться с бурной рекой тепла из субтропиков - Гольфстримом. Возникшее в результате столкновение, как правило, создает одни из самых драматических погодных условий в Новой Англии и является предметом исследования профессора Университета штата Мэн..
Хуйцзе Сюэ, доцент Школы морских наук штата Мэн, получила грант Национального научного фонда в размере 330 000 долларов на продолжение своих исследований взаимодействия Гольфстрима и атмосферы. Грант называется «Совместное исследование: совместное исследование модели атмосферы и океана взаимодействия воздуха и моря в зимнее время у восточного побережья Северной Америки».
Проект может помочь улучшить прогнозы погоды, хотя это и не является прямой целью исследования, говорит Сюэ.
Сюэ опубликовала отчеты о своей предыдущей работе по этой теме в Журнале физической океанографии. Она начала изучать эти явления, когда была аспиранткой Принстонского университета, где работала с исследователями, создавшими Принстонскую модель океана, одну из лучших в мире моделей циркуляции океана. Позже, будучи исследователем с докторской степенью в Университете Северной Каролины, она работала с учеными, которые применяли эту модель для изучения Гольфстрима.
Ученым давно известно, что частые и иногда сильные взаимодействия между арктическим воздухом и Гольфстримом вызывают штормы. Действительно, самая большая в мире передача тепла из океана в атмосферу была измерена над Гольфстримом, говорит Сюэ.
Все мы знаем, что вдоль северо-восточного побережья Соединенных Штатов проходит штормовой путь. Что происходит, так это то, что зимой, когда из Канады приходит полярный воздух - сухой и очень холодный - когда он попадает в океан, он генерирует много тепла и влаги», - объясняет она. «Тепло и влага добавляют топливо для система атмосферного цикла и создают очень сильное циклоническое развитие. Вот почему мы всегда видим, как низины развиваются вдоль срединно-атлантического побережья к югу от Новой Англии. Это область, где мы обнаруживаем так называемый «взрывной циклон развития».
Мы довольно хорошо знаем структуру Гольфстрима и то, почему он извивается с севера на юг. Что касается его климатической роли, мы еще многого не знаем. Мы знаем, что он переносит тепло на север, но насколько и как оно меняется со временем, плохо изучено», - говорит она. Большинство других исследований взаимодействия между воздухом и океаном сосредоточены на огромных территориях, таких как бассейн Тихого океана, где периодические явления Эль-Ниньо связаны со значительными сдвигами погодных условий вокруг Глобус. Сюэ и ее коллеги являются первыми учеными, которые применили усилия по моделированию воздуха и моря в мезомасштабной географической области, термин, который относится к областям площадью от нескольких до сотен квадратных миль. Для своих целей они используют математическую модель, разработанную в Университете Оклахомы для изучения торнадо.
Среди основных препятствий, с которыми сталкивается Сюэ и ее коллега, является отсутствие прямых наблюдений за погодой над открытым океаном. Два крупных научных проекта за последнее десятилетие позволили получить данные о температуре воздуха и моря, влажности, скорости ветра, облачном покрове и других деталях, но у моделистов ненасытный аппетит к такой информации. Чтобы откалибровать и улучшить свои расчеты, Сюэ и другим ученым нужен постоянный поток надежных данных о погоде над Гольфстримом.
«Когда у нас есть финансирование, мы широко используем самолеты», - говорит Сюэ. «На борту много датчиков, и мы также используем камеры, чтобы фотографировать состояние моря и облака».
Во время исследовательских круизов ученые иногда видят, как вода поднимается, как дымоходы, в облака. «То, что вы видите, это дымоходы пара, поднимающиеся в воздух. Большую часть времени граница между воздухом и водой четко очерчена, но во время этих событий происходит быстрый обмен воды. Это очень странно. поверхности океана до нижней части облаков, и вы видите их много», - объясняет она.
В дополнение к своим исследованиям Сюэ преподает курсы в UMaine по использованию математических моделей для понимания циркуляции течений в океане. Она также проводит исследования циркуляции воды в заливе Пенобскот и в Южно-Китайском море вместе с китайскими и другими учеными UMaine.
Следующей осенью Сюэ планирует провести международную встречу в Бар-Харборе, чтобы обсудить усовершенствования современного моделирования циркуляции океана. Встреча пользователей модели Sigma Coordinate Ocean состоится в отеле Regency/Holiday Inn Resort 20-22 сентября.