Глобальные энергетические и водные биржи

Проект глобального обмена энергией и водой (сокращенно GEWEX , ранее называвшийся « Эксперимент глобального энергетического и водного цикла» с 1990 по 2012 год). ) — международный исследовательский проект и основной проект Всемирной программы исследований климата (ВПИК).

В круговороте воды количество солнечной радиации, достигающей Земли, влияет на то, сколько воды испаряется из океанов и как долго она удерживается на суше.

Первоначально проект намеревался наблюдать, понимать и моделировать на Земле круговорот воды . В ходе эксперимента также наблюдают, сколько энергии получает Земля , и изучают, какая часть этой энергии достигает поверхности Земли и как эта энергия преобразуется. солнечного света Энергия испаряет воду, образуя облака и дождь , а после дождя высушивает массы суши. Дождь, выпадающий на землю, становится водным балансом, который люди могут использовать для сельскохозяйственных и других процессов.

GEWEX – это сотрудничество исследователей со всего мира, направленное на поиск лучших способов изучения круговорота воды и того, как он преобразует энергию через атмосферу . Если бы климат Земли был одинаковым из года в год, то люди могли бы предсказать, когда, где и какие культуры сажать. Однако нестабильность, вызванная изменениями солнечной активности, погодными тенденциями и хаотичными событиями, создает погоду, непредсказуемую в сезонных масштабах. Через погодные условия, такие как засухи и обильное количество осадков, эти циклы влияют на экосистемы и деятельность человека. GEWEX предназначен для сбора гораздо большего объема данных и проверки того, смогут ли более совершенные модели этих данных прогнозировать изменение погоды и климата в будущем.

Структуры проекта

GEWEX состоит из нескольких структур. Поскольку GEWEX был задуман, проекты организовывались участвующими фракциями, теперь эту задачу выполняет Международный проектный офис GEWEX (IGPO). IGPO курирует основные инициативы и координирует национальные проекты, стремясь обеспечить общение между исследователями. IGPO утверждает, что поддерживает обмен информацией между 2000 учеными и является инструментом для публикации крупных отчетов.

Научная руководящая группа организует проекты и распределяет их по группам , которые наблюдают за ходом реализации и предоставляют критику. Проект скоординированных наблюдений за энергетическим и водным циклом (CEOP), «Гидрологический проект», является основным инструментом GEWEX. Эта группа включает в себя области географических исследований, такие как Программа прогнозирования климата для Северной и Южной Америки, которой управляет НОАА . но также рассматривает несколько типов климатических зон (например, высокогорные и полузасушливые). Другая группа, Радиационная группа GEWEX, контролирует скоординированное использование спутников и наземных наблюдений для более точной оценки потоков энергии и воды. Один из недавних результатов. Радиационная группа GEWEX оценила данные об осадках за последние 25 лет и определила, что глобальное количество осадков составляет 2,61 мм/день с небольшими статистическими отклонениями. Хотя период исследования короткий, после 25 лет измерений начинают проявляться региональные тенденции. Группа по моделированию и прогнозированию GEWEX использует текущие модели и анализирует их при возникновении явлений , оказывающих воздействие на климат (глобальное потепление как пример явления, оказывающего воздействие на климат). В настоящее время GEWEX является основным проектом ВПИК.

Цели и дизайн

Чтобы определить энергетический баланс и поток, ученым необходимо знать количество радиации, достигающей Земли.

Прогнозирование изменения погоды требует точных данных, собираемых на протяжении многих лет, и применения моделей . GEWEX был задуман как ответ на необходимость наблюдения за радиационным балансом Земли и облаками. Многие существовавшие ранее методы ограничивались наблюдениями с суши и населенных пунктов. При этом игнорировалось большое количество погодных явлений, происходящих над океанами и незаселенными регионами, при этом ключевые данные из этих областей отсутствуют. Поскольку спутники, вращающиеся вокруг Земли, покрывают большие территории за короткие промежутки времени, они могут лучше оценивать климат там, где измерения проводятся нечасто. GEWEX был инициирован Всемирной программой исследования климата (WCRP), чтобы воспользоваться преимуществами экологических спутников, таких как TRMM , но теперь использует информацию с более новых спутников, а также коллекции наземных инструментов, таких как BSRN . Эти наземные инструменты можно использовать для проверки информации, интерпретируемой со спутника. GEWEX изучает долгосрочные и региональные изменения климата с целью прогнозирования важных сезонных погодных условий и изменений климата, которые происходят в течение нескольких лет.

Радиация, влажность и аэрозоли Солнечный свет и дождь Земля состоит из материи, включая воду, которая поглощает и излучает энергию в космос. Если бы Земля не вращалась вокруг звезды, вода замерзла бы и осадков выпало бы мало, потому что скорость испарения была бы очень низкой. Если бы Земля была лишена воды, она нагревалась бы до высоких температур днем ​​и быстрее охлаждалась бы ночью. Следовательно, вода модулирует тепловую энергию, переходя между льдом, водой и паром. При воздействии тепла лед превращается в воду, а вода превращается в пар, поглощая тепловую энергию. При охлаждении пар конденсируется в воду, а вода замерзает в лед, выделяя тепло. Хотя это простые примеры, осадки являются результатом сложного набора процессов. Когда солнечный свет попадает на океаны, он переводит жидкую воду в парообразное состояние со скоростью, зависящей от температуры поверхности, влажности, ветра и давления. При уравновешивании вода достигает влажности 100%, а в течение дня температура повышается, позволяя большему количеству влаги накапливаться в воздухе. Ночью температура падает, и вода имеет тенденцию образовывать облака, что часто приводит к образованию наземного тумана в прибрежных районах. При 100% влажности любая потеря лучистой энергии воды приводит к конденсации пара в воду. Циркуляция и конвекция могут переносить влажный воздух вверх в воздушном столбе, что часто приводит к охлаждению влажного воздуха. В воздухе образуются капли воды, даже в дневную жару, создавая облака. По мере увеличения плотности капель в облаках воздух больше не может поддерживать капли, и они выпадают в виде дождя. По мере высвобождения энергии в облака может втягиваться больше влажного воздуха, что приводит к развитию сильных гроз. Преобладающие ветры являются фактором формирования штормов, особенно когда происходят изменения. Тропические волны, которые развиваются в западных потоках вокруг субтропических и тропических регионов Земли, могут образовывать горизонтальные круги над водой, создавая циклон. Циклон, показывающий поток влажного воздуха, рассеивающего энергию в тропопаузе. Циклон – это стереотипная система передачи энергии. Он собирает пар из теплой воды и быстро перемещает его вверх, выпуская энергию в пространство. Это вызывает появление характерных дождевых полос. Передаваемая энергия настолько велика, что вызывает катастрофические ветры, которые тревожат поверхностные воды, увеличивая выделение пара, а также увеличивая скорость, с которой влага втягивается в центр. Нагрев воды во время шторма падает. Циклоны демонстрируют, сколько скрытой энергии хранится в Мировом океане. Потоки, радиация и аэрозоли Влажность циклона можно определить как теплую воду под штормом. Когда циклон покидает теплую воду, его энергия быстро рассеивается. Менее мощные, долгосрочные генераторы осадков могут полагаться на влагу, приносимую теплыми водами вдали от региона с наибольшим количеством осадков. В тропиках энергия поступает из-за накопленного тепла в океанских течениях и движущихся термоклинах, которые могут стать источником энергии на больших расстояниях, как, например, в Эль-Ниньо. Влажность почвы как фактор великого наводнения 1993 г. Другим примером являются наводнения, обрушившиеся на Средний Запад США в 1993 году. Энергия, которая подняла влагу в воздух, произошла в Персидском заливе, а сильные ветры и отсутствие охлаждения в прибрежных регионах позволили влаге распространиться на 1000 миль, пока не созрели условия для дождя. Когда шел дождь, он охлаждал воздух и рассеивал тепло, а по мере поступления новой влаги процесс продолжался. Когда выглянуло солнце, оно нагрело влажную землю, что вызвало еще больше дождя. Аэрозольное загрязнение над Северной Индией и Бангладеш Аэрозоли над океаном могут вызвать отсутствие достаточного тепла в середине дня для создания достаточно влажного воздуха. Когда воздух достигает суши, которая может быть теплее, может возникнуть недостаточная конвекция и другие процессы, вызывающие дожди, и это может вызвать засуху. Чтобы лучше видеть развитие этих событий, ученым нужны данные и модели, чтобы увидеть, какие элементы данных наиболее полезны для определения количества осадков.

Цели исследования

Исследовательский интерес GEWEX заключается в изучении потоков радиации на поверхности Земли, прогнозировании сезонных уровней гидратации почв и разработке точных моделей прогнозирования энергетических и водных балансов по всему миру. Целью проекта является улучшение на порядок возможностей моделирования и, следовательно, прогнозирования закономерностей гидратации (осадки и испарение). GEWEX связан с другими проектами ВПИК, такими как проект «Стратосферные процессы и их роль в климате» (СПАРК) и проект «Климат и криосфера» через ВПИК. и, таким образом, делится информацией и целями с другими проектами ВПИК. Цель становится еще более важной с появлением нового проекта ВПИК – « Координированное наблюдение и прогнозирование системы Земли» .

Сложность эксперимента

Помимо колебаний солнечной радиации, солнечный свет, трансформируемый Землей, может сильно различаться. Некоторые, например, пришли к выводу, что ледниковые периоды самовоспроизводятся, как только в полярных регионах накопилось достаточно льда, чтобы отразить достаточно радиации на больших высотах, чтобы снизить уровень солнечной радиации. глобальную среднюю температуру, тогда как для того, чтобы обратить это состояние вспять, требуется необычно теплый период. Использование воды растениями и деятельность травоядных животных могут изменить альбедо в умеренном и тропическом поясах. Эти тенденции в размышлениях могут измениться. Некоторые предложили экстраполировать информацию, полученную до GEWEX, с использованием новой информации и измерений, проведенных с помощью технологии, существовавшей до GEWEX. Природные пожары, вулканизм и искусственные аэрозоли могут изменить количество радиации, достигающей Земли. Существуют колебания океанических течений, такие как Эль-Ниньо и Североатлантическое колебание, которые изменяют части ледяной массы Земли и наличие воды на суше. В ходе эксперимента берется выборка климата, причем некоторые тенденции сохраняются в течение миллиона лет и, как показывает палеоклиматология, могут резко меняться. Таким образом, способность использовать данные для прогнозирования изменений зависит от факторов, которые можно измерить в течение определенного периода времени, а внезапно возникающие факторы, которые могут повлиять на глобальный климат, могут заметно изменить будущее.

Дизайн

GEWEX реализуется поэтапно. Первый этап включает сбор информации, моделирование, прогнозирование и совершенствование методов наблюдения и завершен. На втором этапе рассматривается несколько научных вопросов, таких как возможности прогнозирования, изменения в водном цикле Земли и воздействие на водные ресурсы.

Первый этап (1990–2002 гг.)

Фаза I (1990–2002 гг.), Также называемая «Фаза развития», была разработана для определения гидрологического цикла и потоков энергии посредством глобальных измерений свойств атмосферы и поверхности. GEWEX также был разработан для моделирования глобального гидрологического цикла и его воздействия на атмосферу, океаны и поверхность суши. Процессы фазы I должны были развить способность прогнозировать изменения глобальных и региональных гидрологических процессов и водных ресурсов, а также их реакцию на изменения окружающей среды. Целью проекта было также способствовать развитию методов наблюдения, управления данными и систем ассимиляции для оперативного применения в долгосрочных прогнозах погоды, гидрологии и прогнозировании климата.

На первом этапе проекты GEWEX были разделены на три пересекающихся сектора.

1. Радиационная группа GEWEX ( GRP ) использовала спутниковые и наземные измерения в течение длительных периодов времени, чтобы определить границы естественных изменений и сил, изменяющих климат.
2. Группа моделирования и прогнозирования GEWEX ( GMPP ): моделирует энергетический и водный баланс Земли и определяет предсказуемость. Применяйте моделирование для определения событий, оказывающих воздействие на климат, или реагируйте на события, оказывающие воздействие на климат, путем анализа прогнозов.
3. Группа экспертов по гидрометеорологии GEWEX ( GHP ) – смоделировала и спрогнозировала изменения в явлениях водного цикла в более длительных временных масштабах (вплоть до года) с использованием интенсивных региональных исследований для определения эффективности сбора данных и прогнозов. Эксперименты континентального масштаба (CSE) в значительной степени опирались на следующие области исследований, которые в конечном итоге легли в основу Скоординированного расширенного периода наблюдений ( CEOP ):

• Канада – территория исследования бассейна реки Маккензи (MAGS) -завершенный
• США - Североамериканская область исследований или Американский проект прогнозирования GEWEX (GAPP).
• Бразилия – Крупномасштабный биосферно-атмосферный эксперимент в Амазонии (LBA)
• Скандинавия – Эксперимент Балтийского моря (БАЛТЕКС)
• Южная Африка - Проект многодисциплинарного анализа африканских муссонов (AMMA)
• Индо-Тихоокеанский регион и Азия - Азиатский муссонный эксперимент GEWEX (GAME) - завершен в 2005 г.
• Австралия - Проект водного бюджета бассейна Мюррей-Дарлинг (MDB)

Но и:

• Континентальный масштаб – Международный проект (GCIP)
• Международный проект спутниковой климатологии наземной поверхности (ISLSCP)

Проекты CEOP взаимодействовали с другими проектами, не относящимися к GEWEX, такими как CLIVAR и CLiC.

Результаты

Результаты подготовительного этапа включают 15–25 лет исследований, измерение косвенного воздействия аэрозолей , составление коррелированного набора данных, некоторое снижение неопределенности. GEWEX заявляет о следующих достижениях: набор данных по облакам , осадкам , водяному пару , приземной радиации и аэрозолям за длительный период без указания крупных глобальных тенденций, но с доказательствами региональной изменчивости, модели, показывающие увеличение количества осадков и показывающие важность региональные факторы, такие как сохранение воды и почвы при региональном изменении климата. В рамках Фазы I также утверждается, что было выпущено более 200 публикаций и 15 обзорных статей.

Водораздел Миссисипи был частью международных проектов континентального масштаба GEWEX и в результате оказался удачным для анализа Великого потопа 1993 года ( водосборы рек Миссисипи и Ред-Ривер ). Координация наземных наблюдений и спутниковой информации позволила более тщательно проанализировать события, приведшие к наводнению. Исследователи из Центра исследований океана, суши и атмосферы (COLA) обнаружили, что влага почвы вверх по течению и многократное увеличение потока влажного воздуха из Мексиканского залива в затопленные регионы были основным фактором чрезмерных осадков. Глобальное исследование системы земля/атмосфера (GLASS) дало исследователям GEWEX возможность наблюдать за влажностью почвы на большей части поверхности мира путем сопоставления наблюдений на земле с информацией, полученной со спутников. Хотя способность указывать причину важна, различные условия (влажность почвы, глобальные закономерности), которые способствовали возникновению погодных аномалий, находятся в центре внимания Фазы I, сбора информации и изучения того, как лучше использовать спутниковую информацию.

Карта аэрозолей 2006 года, показывающая увеличение количества аэрозолей, вероятных пожаров, в развивающихся странах.

Одним из самых больших результатов анализа аэрозолей стала демонстрация довольно большого воздействия антропогенных аэрозолей, структуры дыма и даже ежедневная рябь аэрозолей можно наблюдать у берегов некоторых развивающихся стран и простираться на сотни миль над окружающими океанами. Некоторые задаются вопросом, является ли это аэрозольное загрязнение отчасти причиной длительной засухи в таких местах, как африканский Сахель .

Критика

Одна из критических замечаний по поводу данных и прогнозов фазы развития заключается в том, что необходимо улучшить описание ошибок. Глобальная оценка количества осадков показывает, что доверительный диапазон велик по сравнению с возможными тенденциями . Число станций наземного зондирования (в настоящее время около 40) в БСРН довольно ограничено для глобальных наблюдений, что повлияло на измерение аэрозолей, которые являются доминирующими в регионе. Наилучшие измерения аэрозольного загрязнения получаются, когда типы облаков правильно идентифицируются с помощью спутниковых наблюдений, поэтому необходимы более эффективные стратегии и модели обнаружения облаков для получения максимально точных данных в реальном времени. Некоторые проекты, такие как GCIP, позволяют сосредоточить внимание на наблюдениях континентального масштаба и обеспечить лучший прогноз для проектных территорий; однако районы за пределами этих проектных зон могут отставать в получении улучшений прогнозов. Многие из недостатков Фазы I являются областями улучшения в рамках целей Фазы II проекта. В настоящее время ученые используют усовершенствованный микроволновый сканирующий радиометр NASA Aqua (AMSR-E) для оценки влажности почвы из космоса. Однако, за исключением целенаправленных наблюдений, данные спутников бесполезны для глобального прогнозирования погоды. Предлагаемый спутник для измерения влажности почвы и солености океана будет ежедневно предоставлять подробную информацию о влажности почвы и может предоставлять данные, необходимые для прогнозирования в реальном времени.

Второй этап (2003–2012 гг.)

Фаза II, «Полное внедрение» (2003–2012 гг.) GEWEX, направлена ​​на «использование новых возможностей», разработанных на этапе I, таких как новая спутниковая информация и, во все большей степени, новые модели. К ним относятся изменения в энергетическом балансе Земли и водном цикле, вклад процессов в обратную связь с климатом, причины естественной изменчивости, прогнозирование изменений в сезонных или годовых временных масштабах, а также то, как изменения влияют на водные ресурсы. Фаза II предназначена для активных моделей, которые могут быть использованы региональными менеджерами ресурсов в режиме реального времени. Некоторые этапы, такие как GAME (GEWEX Asia Monsoon Experiment), уже завершены. GEWEX стала зонтичной программой для координации исследований и экспериментов по всему миру. Отчеты по этапу I все еще готовятся, и пройдет некоторое время, прежде чем станут известны результаты второго этапа. Эксперимент все еще продолжается.

Панели

В GEWEX есть три группы: Проект скоординированных наблюдений за энергетическим и водным циклом (CEOP), Группа GEWEX по радиации (GRP) и Группа GEWEX по моделированию и прогнозированию (GMPP).

Проект скоординированных наблюдений за энергетическим и водным циклом

Проект скоординированных наблюдений за энергетическим и водным циклом ( CEOP ) является крупнейшим из панельных проектов. Существует несколько региональных направлений реализации проектов, большинство из которых в настоящее время охвачены CEOP.

Области

Для CEOP, который изучает гидроклимат южной части Африки (AMMA), региона Балтийского моря (BALTEX), Северной Америки (CPPA), Восточной Амазонии (LBA), бассейна Ла-Плате (LBB), Азии (MAHASRI), Австралии (MDB) и Северная Евразия (НЕЭПСИ). Кроме того, CEOP координирует изучение типов регионов, таких как холодный, высокогорный, муссонный и полузасушливый климат. а также собирает и формулирует модели в глобальном и региональном масштабе, включая моделирование поверхности суши и гидрологии поверхности. Поскольку GEWEX является международным сотрудничеством, он может использовать информацию с существующих и планируемых спутников.

Цели

Проект CEOP преследует ряд целей в области энергетического бюджета и водного цикла. Во-первых, необходимо провести более последовательное исследование с лучшим определением ошибок. Во-вторых, необходимо лучше определить, как потоки энергии и водные циклы участвуют в механизмах обратной связи. В-третьих, это предсказуемость важных переменных и улучшенный параметрический анализ для лучшего моделирования этих процессов. В-четвертых, сотрудничать с другими гидрологическими научными проектами для создания инструментов для оценки последствий прогнозов и глобального изменения климата для водной системы.

Преобразование радиации, достигающей Земли. Красная линия указывает на радиацию, достигающую внешней атмосферы, тогда как окрашенная в красный цвет область представляет собой радиацию, достигающую поверхности. Аэрозоли могут еще больше снизить это излучение.

Радиационная панель GEWEX

Радиационная группа GEWEX ( GRP ) — это совместная организация, целью которой является анализ теоретических и экспериментальных знаний о радиационных процессах в климатической системе. Шестьдесят процентов энергии, поступающей на Землю от Солнца, преобразуется Землей. Целью этого сотрудничества является определение того, как преобразуется энергия, которая неизбежно излучается обратно в космос.

Глобальный климатологический проект осадков

Задача GPCP заключалась в оценке осадков с использованием спутников, которые были глобальными, включая места, где люди не могли проводить измерения. Во-вторых, перед проектом стояла задача изучить региональные осадки в сезонном и межгодовом масштабах. Поскольку период исследования проекта увеличился за последние 25 лет, была добавлена ​​​​третья цель — анализ долгосрочных изменений, например, вызванных глобальным потеплением . Кроме того, в рамках возобновленных усилий по получению более качественных данных и увеличению количества спутников наблюдения GPCP надеется получить представление об изменении количества осадков в «погодном» масштабе или в 4-часовых периодах в дневных временных масштабах.

Группа оценки осадков

Группа по оценке осадков была назначена группой экспертов для оценки данных об осадках с особым упором на данные, содержащиеся в продукте Глобального проекта по климатологии осадков (GPCP) (проект GRP). GRP готовится ассимилировать данные суточных вариаций GPCP для лучшей оценки глобальных продуктов осадков. Результат 25-летних измерений: глобальная средняя скорость осадков составляет 2,61 мм в день (около 0,1 дюйма в день) с погрешностью около 1%. Результаты показывают, что существенных изменений в среднегодовом количестве осадков не наблюдается. Региональные вариации были отделены от суши и океана, и вариация выпадающих осадков на суше была больше, чем на океане. Спутники, используемые для обучения анализу наборов данных, имеют недостаток: они не имеют неточных измерений моросящего дождя и снега, а также не проводят измерений в изолированных местах и ​​​​над океанами. Карты осадков показывают наибольшую абсолютную ошибку количества осадков в тропических океанах в регионах с наибольшим расчетным количеством осадков. В отчете подвергаются самокритике два аспекта: отсутствие спутников, пересекающих полярные полюса, в начале исследования и неспособность сопоставить новую информацию со старой информацией (наземные измерения). Заметные тенденции в наборе данных были сочтены незначительными в отношении таких вопросов, как глобальное потепление, но были заметны некоторые выдающиеся положительные тенденции в Индо-Тихоокеанском регионе (Бенгальский залив и Индокитай) и отрицательные тенденции в Южной Центральной Африке .

Целью GEWEX является мониторинг радиации, высвобождаемой в верхних слоях атмосферы , и моделирование того, как энергия течет с поверхности Земли обратно в космос.

Проект бюджета поверхностной радиации

В рамках проекта SRB под эгидой НАСА/GEWEX были проведены глобальные измерения радиации для определения потоков радиационной энергии. Энергия, исходящая от Солнца, попадает в атмосферу и рассеивается, образуя облака и отражаясь от земли или воды, где тепло и свет излучаются обратно в атмосферу или космос. При ударе о воду нагретая поверхностная вода может испаряться, унося энергию обратно в космос посредством образования облаков и дождя. В рамках проекта SRB эти процессы измерялись путем измерения потоков коротковолнового (СВ) и длинноволнового (ДВ) излучения на поверхности Земли, в верхних слоях атмосферы.

Базовая сеть приземной радиации

На момент начала GEWEX не было достаточной информации о том, как перераспределяется радиация как по горизонтали, так и по вертикали.

БСРН — это глобальная система, состоящая из менее чем 40 широко распространенных устройств измерения радиации, предназначенных для измерения изменений радиации на поверхности Земли. Полученная информация хранится во Всемирном центре радиационного мониторинга (WRMC) в ETH (Цюрих).

Глобальный проект аэрозольной климатологии

Основана Программой радиационных наук (НАСА) и GEWEX в 1998 году для анализа спутниковых и полевых данных с целью определения распределения аэрозолей, того, как они образуются, трансформируются и транспортируются.

Проект оценки облаков GEWEX

Оценка облаков GEWEX была инициирована Радиационной комиссией GEWEX (GRP) в 2005 году для оценки надежности доступных глобальных долгосрочных облачных данных с особым упором на ISCCP.

Группа GEWEX по моделированию и прогнозированию

Группе по моделированию и прогнозированию GEWEX ( GMPP ) поручено найти более эффективные способы использования данных другими проектами и другими агентствами. Он курирует исследование пограничного слоя атмосферы GEWEX (GABLS), исследование облачной системы GEWEX (GCSS) и исследование глобальной системы земля/атмосфера (GLASS). Воздействие на климат — это процесс исследования, в ходе которого отслеживается вклад нерегулярных событий, таких как извержение вулкана, парниковое потепление, изменение солнечной активности, колебания орбиты Земли, долгосрочные изменения в циркуляции океанов. GMPP использует эти естественные возмущения для тестирования разработанных моделей, которые должны предсказать, что произойдет с глобальными энергетическими и водными бюджетами в результате возмущений.

Исследование пограничного слоя атмосферы GEWEX

Исследование пограничного слоя атмосферы GEWEX ( GABLS ) является более поздним дополнением к GEWEX. Задача исследования - понять физические свойства пограничных слоев атмосферы для создания лучших моделей, которые включают представление пограничных слоев.

Исследование облачной системы GEWEX

Задача GEWEX Cloud System Study ( GCSS ) — индивидуализировать моделирование для разных типов облачных систем. GCSS выделяет 5 типов облачных систем: пограничный слой, перистые облака, внетропический слой, выпадающие конвекции и полярные. Эти облачные системы, как правило, слишком малы, чтобы их можно было рационализировать при крупномасштабном моделировании климата, что приводит к неадекватной разработке уравнений, что приводит к большей статистической неопределенности результатов. Чтобы рационализировать эти процессы, в исследовании наблюдаются облачные системы в отдельных фиксированных точках на Земле, чтобы лучше оценить их параметры. Этими четырьмя областями являются: Азорские острова и Мадейра, Барбадос, экваториальная западная часть Тихого океана и атлантические тропики. Первоначальный сбор данных завершен, методы, разработанные для наземных и авиационных наблюдений, можно сравнить со спутниковыми наблюдениями, чтобы можно было создать более совершенные модели идентификации облачных систем в меньших масштабах.

Исследование глобальной системы земля/атмосфера

Глобальное исследование системы земля/атмосфера ( GLASS ) пытается понять влияние параметров поверхности суши на атмосферу. Изменения земель в результате естественной и антропогенной деятельности приводят к изменению местного климата и влияют на формирование ветра и облаков.

Критика

Период Североатлантического колебания длится в несколько раз дольше, чем предполагаемые временные рамки исследования GEWEX.

Проект GEWEX существует уже более 30 лет, и хотя некоторые климатические колебания кратковременны, например Эль-Ниньо, некоторые климатические колебания длятся десятилетиями, например Североатлантическое колебание. Некоторые предложили экстраполировать информацию, полученную до GEWEX, с использованием новой информации и измерений, проведенных с помощью технологии, существовавшей до GEWEX. Проект MAGS, расположенный на северо-западе Канады, использовал традиционный опыт коренных народов. Кроме того, в других частях исследования GEWEX эти колебания являются аспектом воздействия на климат, который позволяет проверять прогнозы и модели. Это моделирование может быть осложнено тем фактом, что Североатлантическое колебание находится в переключающемся состоянии (см. график), поскольку эффекты глобального потепления становятся все более заметными. Например, в 2006 и 2007 годах наблюдалось одно из самых резких сокращений арктического морского льда, сокращение, которое было в значительной степени непредсказуемым и может изменить альбедо в конце лета в северном полушарии. В 2008 году сокращение площади морского льда отступило от тенденции предыдущих лет, и исследователи прогнозировали сильное явление Ла-Нинья на конец 2007 и 2008 годов. Однако неожиданно температура поверхности в восточной части Тихого океана уже начала повышаться до температурного диапазона Эль-Ниньо, что указывает на то, что явление Ла-Нинья может неожиданно закончиться. При этом потеря северного полярного морского льда начала ускоряться, возвращаясь к прежней тенденции. Такие быстрые и неожиданные изменения в явлениях, влияющих на климат, в конечном итоге предполагают, что разработчики моделей должны включать такие параметры, как термоклины температуры океана, накопление энергии в тропических океанах, протяженность морского льда в полярных регионах, сокращение наземных ледниковых льдов в Гренландии, а также покровный лед и реконструкция шельфового льда Антарктиды. Когда одновременно действуют многочисленные воздействия, оказывающие воздействие на климат, и одно из событий в конечном итоге возьмет на себя доминирование, отсутствие прецедентов из прошлых исследований подобных слияний событий, а также знание неопределенности чувствительных «переключателей» в океанических/атмосферных Переключения могут повлиять на способность предоставлять точные модели и прогнозы. Кроме того, точки выборки могут быть распределены для мониторинга опережающих индикаторов в одном распространенном сценарии, который может оказаться бесполезным во время колебаний, когда запас энергии смещается в неконтролируемую область, так что величина сдвига позволяет избежать вычислений.

Аномалии в апреле 2008 г. Обратите внимание, что в то время как тропики центральной части Тихого океана находятся под Ла-Ниной, восточная часть Тихого океана нагревается.

Пример аномалий, влияющих на климат, можно использовать для описания событий 1998–2002 годов – сильного цикла Эль-Ниньо/Ла-Нинья. На начало цикла может повлиять глобальное потепление, которое способствовало большему увеличению теплой воды в тропиках, достаточно быстрому, чтобы термоклин стал устойчивым. Термоклин — резкий перепад температуры на глубине; он меняется в течение года, в зависимости от местоположения и в течение длительных периодов времени. По мере увеличения глубины термоклина вероятность событий Эль-Ниньо увеличивается; однако во время пика события энергия рассеивается, и термоклин уменьшает глубину, возможно, до уровня ниже нормального, что может привести к сильному событию Ла-Нинья. Считается, что Мировой океан, особенно глубины Атлантического океана, являются поглотителем CO ₂ , который адсорбируется в полярных регионах, поскольку он накапливается в Тихом океане, подъем и потепление воды могут привести к тому, что воды, богатые CO _2, попадут в ловушку холодным давлением нижних слоев на поверхность. Происходит локальное увеличение содержания CO ₂ , что способствует большему удержанию тепла; Ла-Нинья может быть легкой или прерванной на ранних стадиях процесса. Однако, если возвращение термоклина будет иметь достаточный импульс, оно может спровоцировать сильное событие Ла-Нинья, которое продлится несколько лет. Однако быстрое похолодание в Арктике может привести к увеличению выбросов CO. ₂ улавливание и компенсация выброса CO ₂ во время Ла-Нинья в конкретном районе. Тихоокеанская десятилетняя аномалия (см. изображение PDA) может влиять на источник, направление или импульс подъема компонента холодной воды термоклина. Масштабы и продолжительность ПДА пока непредсказуемы, и о его модулирующем воздействии на модели Эль-Ниньо/Ла-Нинья можно только предполагать. Эти неизвестные влияют на способность разработчиков климатических моделей прогнозировать и указывают на то, что модели, влияющие на климат, должны корректировать более широкую выборку данных, чтобы быть прогнозирующими.

Учёные до сих пор не знают, какой из этих циклов определяет начало ледниковых периодов и межледниковья, вступит ли мы в ледниковый период или через 50 000 лет, см. Циклы Миланковича .

Существуют и более долгосрочные циклы: мини-ледниковый период , предшествовавший средневековому теплому периоду , возможно, был переходом к ледниковому периоду, последний ледниковый период длился примерно 130 000 лет назад до начала голоцена. Этот ледниковый период мог быть прерван другими факторами, включая глобальное потепление. Считается, что такая остановка долгосрочных циклов является одним из факторов дриасского периода: потепление, прерванное поверхностными воздействиями внеземного происхождения, могло происходить в течение сотен лет. Но антропогенные парниковые эффекты и изменение режима инсоляции могут иметь непредсказуемые долгосрочные последствия. Сокращение ледникового льда на суше может вызвать изостатические отскоки и может повлиять на землетрясения и вулканизм в широком диапазоне. Повышение уровня моря также может повлиять на закономерности, и это было замечено в Индонезии: простое бурение газовой скважины в неправильном месте могло привести к образованию грязевого вулкана, и есть некоторые признаки того, что это может предшествовать образованию новой кальдеры вулкана. В очень долгосрочной перспективе изменение температуры земной коры под воздействием геотермических и вулканических процессов неизвестно. Как это влияет на климатические явления непредсказуемой величины, неизвестно.

Критика на GEWEX может быть направлена ​​только на текущие результаты, которые добавили гораздо больше информации о моделировании климата, что вызвало критику. Первоначально предполагалось, что основная направленность моделирования станет частью фазы II, которая через 4 года даст свои результаты. . Одной из основных критических замечаний по поводу первого этапа GEWEX были наземные измерения, число которых сейчас растет. Другой серьезной критикой является неспособность фиксировать выпадение осадков за десятилетие, события, которые часто происходят в течение нескольких часов. Таким образом, большее количество измерений, документирующих более короткие временные рамки, может предоставить важные данные для почти непрерывного набора данных. Таким образом, Фаза II в основном представляет собой моделирование с добавлением большего количества данных, которых не хватает на Фазе I. Многие из приведенных выше критических замечаний могут быть компенсированы более качественными данными, требующими более качественных моделей, включая инсоляцию и изменения отражения. Проблема с изменением океанских течений, особенно в отношении глубины термоклина, требует дополнительных океанографических исследований в рамках проекта, как и проблема потери льда и изменений климата на кромках льда.

Внешние ссылки

• Официальный сайт
• Азиатские муссонные годы 2007–2012. Архивировано 14 мая 2008 г. в Wayback Machine.
• Эксперимент по исследованию и прогнозированию системы наблюдений полушария
• Прогнозы в неизмеренных бассейнах
• Комплексные региональные исследования муссонов
• Проект GEWEX по влажности почвы 2
• Международный проект спутниковой облачной климатологии ( ISCCP )
• Гидрометеорологический массив для автомониторинга ISV-муссонов
• Проект глобальной водной системы
• Глобальный эксперимент по энергетическому и водному циклу (GEWEX) Международный проект континентального масштаба: обзор прогресса и возможностей - бесплатная онлайн-книга