,

Vzťah medzi oblakmi a atmosférickými vlnami

Vzťah medzi oblakmi a atmosférickými vlnami

Oblaky sú dôležité pre klímu našej planéty, pretože odrážajú krátkovlnné žiarenie a vyžarujú dlhovlnné žiarenie do vesmíru. Preto je skutočne dôležité pochopiť, kde sa oblaky formujú a aké typy oblakov vznikajú. Ak zoberieme priemer za dlhšie obdobie, povedzme týždeň, a pozrieme sa na Zem, niektoré vlastnosti vyniknú. Jednou z nich je stredný vzostupný pohyb na rovníku, ktorý je spojený s hlbokou konvekciou, a druhou je pomalý pokles na rovníku, ktorý je spojený s plytkou konvekciou.

Komplexnosť veľkorozmernej cirkulácie

Bežne sa predpokladá, že práve táto pomaly sa meniaca veľkorozmerná cirkulácia, známa aj ako Hadleyho bunka, riadi oblačnosť. Najnovšie merania však ukazujú, že realita je oveľa komplexnejšia ako tento jednoduchý obraz. Tieto merania vykonali moji kolegovia nad Atlantickým oceánom, kde lietali lietadlom v kruhoch s priemerom približne 180 kilometrov a zhadzovali prístroje, ktoré merali veľkorozmernú divergenciu. Táto divergencia je priamo spojená s vertikálnou rýchlosťou.

Prekvapivé zistenia o divergencii

Zistili prekvapivo veľkú variabilitu v horizontálnom aj vertikálnom smere. Amplitúdy boli štyrikrát väčšie, než by sme očakávali na základe rozpočtovej analýzy. Spočiatku si mysleli, že ide o šum, ale každý kruh preleteli dvakrát a o hodinu neskôr získali takmer rovnaké výsledky. To jasne ukázalo, že merania nezachytávali šum, ale tieto vzorce a divergencia pretrvávali viac ako hodinu. Vzhľadom na to, že hodina je pomerne dlhá v porovnaní s typickou životnosťou oblakov, domnievame sa, že tieto vzorce a divergencia sú dôležité.

Výskum a hypotézy

V našej štúdii sa snažíme o dve veci: potvrdiť tieto vzorce a divergenciu pre iné miesto a iný súbor údajov a nájsť fyzikálne vysvetlenie toho, čo túto divergenciu spôsobuje. Keď sa formujú oblaky, kondenzácia alebo zahrievanie generuje vnútorné vlny, ktoré sú známe aj ako gravitačné vlny. Tieto gravitačné vlny sú spojené s vertikálnym pohybom v širokom rozsahu priestorových mierok, od niekoľkých stoviek metrov až po viac ako tisíc kilometrov.

Testovanie hypotézy

Naša hypotéza je, že tieto vlny by mohli vysvetliť pozorované vzorce vo vertikálnej rýchlosti a divergencii. Aby sme túto hypotézu otestovali, extrahujeme z pozorovacích údajov divergenciu, ako aj informácie o vlnách. Tieto údaje boli získané počas terénnej kampane pred mnohými rokmi, ktorá sa konala neďaleko Darwinu, na severozápade Austrálie. Počas tejto kampane boli každé tri hodiny vypúšťané radiosondy z piatich miest, ktoré boli umiestnené po obvode päťuholníka s priemerom 200 kilometrov.

Význam gravitačných vĺn

Gravitačné vlny nie sú triviálnym riešením tohto problému, pretože ak by boli vysvetlením, ich periódy by museli byť v súlade s časovými autokoreláciami a divergenciou. Horizontálna vlnová dĺžka by sa musela zhodovať s priestorovou autokoreláciou a vertikálna vlnová dĺžka by musela byť rovnaká ako typická mierka variability divergencie vo vertikálnom smere. Vlna, ktorú sme extrahovali, má typickú horizontálnu vlnovú dĺžku 600 kilometrov, vertikálnu vlnovú dĺžku 4 kilometre a periódu 12 hodín. Tieto hodnoty sa veľmi dobre zhodujú s mierkami divergencie, a tak sme našli pravdepodobné vysvetlenie toho, čo spôsobuje mezoskalárnu variabilitu.

Dopad na modelovanie počasia a klímy

Oblaky a ich spojenie s cirkuláciou sú stále veľkou neistotou v klimatických projekciách. Vlny, ktoré sme zvažovali, sú veľkorozmerné a môžu sa šíriť na veľké vzdialenosti v troposfére. Vzhľadom na to, že ich zdroje, konvekcia, sú prítomné väčšinu času niekde v trópoch, môžeme očakávať, že tieto vlny budú prítomné na väčšine miest väčšinu času. Ak je naša hypotéza pravdivá, že práve tieto vlny spôsobujú silný mezoskalárny vertikálny pohyb, má to určité dôsledky, pretože to znamená, že oblaky sú zdrojom vĺn, ktoré môžu následne určovať, kde sa oblaky radi formujú. Týmto spôsobom môžu oblaky komunikovať medzi sebou.

Budúcnosť výskumu a modelovania

Toto prepojenie medzi oblačným poľom a vlnovým poľom má určité dôsledky pre modelovanie počasia a klímy. Modely s mriežkovými mierkami povedzme 100 kilometrov nie sú schopné rozlíšiť zdroje vĺn, samotné vlny ani potenciálny vplyv vĺn na konvekciu. Hoci v tomto okamihu nemôžem povedať, ako dôležitý je tento proces alebo či by výrazne zlepšil naše modely, myslím si, že stojí za to to zistiť. Väčšina analytických techník, ktoré sa zaoberajú gravitačnými vlnami, bola navrhnutá pre strednú atmosféru, kde je oveľa menej šumu ako v troposfére. Preto, aby sme mohli pokračovať v našom výskume, musíme neustále zlepšovať naše metódy.

Nové možnosti vysokorozlišovacích simulácií

Sľubným aspektom je, že sme práve vstúpili do éry globálnych simulácií s vysokým rozlíšením oblakov. Tieto simulácie otvárajú nové obzory pre modelovanie počasia a klímy, pretože vysoké rozlíšenie umožňuje simulovať viac procesov explicitne a menej ich potrebuje byť parametrizovaných. To znamená, že do modelu je potrebné vložiť menej predpokladov, čo zvyšuje jeho realistickosť.

Vysokorozlišovacie simulácie začínajú rozlišovať mnohé interakcie, ktoré nás zaujímajú. Na jednej strane ich môžeme použiť na lepšie pochopenie týchto procesov, no na druhej strane musíme kriticky hodnotiť, či modely tieto procesy správne zachytávajú. Jediným spôsobom, ako hodnotiť modely, je konfrontovať ich s pozorovaniami.

V tomto smere sme veľmi šťastní, pretože v roku 2020 sa uskutočnila veľká terénna kampaň, ktorá merala priemernú vertikálnu rýchlosť a extrahovala informácie o vlnách. Táto kampaň je kľúčovým prvkom nášho výskumu, a tak dúfam, že nám skutočne pomôže urobiť pokrok čo najskôr.

Zdroj informácii: https://lt.org

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Články o Prírode

Veda a Technika

Náš portál veda-technika.sk prešiel výraznou zmenou dizajnu a celej štruktúry. Po novom sa naša stránka stáva oveľa dynamickejšou a modernejšou. Z pôvodných statických podstránok zameraných na prácu rôznych vedeckých a vzdelávacích inštitúcií na Slovensku a v zahraničí sme sa rozhodli zamerať náš portál na aktuálne poznatky popularizačnou formou pre mládež aj laikov, ktorí obdivujú vedu. Našou ambíciou je priblížiť vedu verejnosti a prezentovať ju zábavnou formou.

Veda je to, čo nás posúva vpred.