Глобальные энергетические и водные обмены - Global Energy and Water Exchanges

В Глобальные биржи энергии и водного цикла проект (сокращенно GEWEX, ранее называвшаяся Эксперимент по глобальному циклу энергии и воды с 1990 по 2012 год[1]) является международным исследование проект и основной проект Всемирная программа исследования климата (ВПИК).

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

Вначале проект был направлен на наблюдение, понимание и модель Земли круговорот воды. Эксперимент также наблюдает, сколько энергии Земля получает, изучает, сколько этой энергии достигает поверхности Земли и как эта энергия преобразуется. Солнечный лучик энергия испаряется вода для производства облака и дождь, и сушит сушу после дождя. Дождь, который выпадает на землю, становится водным бюджетом, который люди могут использовать для сельскохозяйственный и другие процессы.

GEWEX - это сотрудничество исследователей со всего мира, целью которых является поиск лучших способов изучения круговорота воды и того, как он преобразует энергию через атмосфера.[2] Если бы климат Земли был одинаковым из года в год, то люди могли бы предсказывать, когда, где и какие культуры сажать. Однако нестабильность, создаваемая солнечными колебаниями, погодными тенденциями и хаотическими явлениями, создает погоду, непредсказуемую в сезонных масштабах. Через погодные условия, такие как засухи и более высокие осадки влияют на эти циклы экосистемы и человеческая деятельность. GEWEX предназначен для сбора гораздо большего объема данных и проверки того, могут ли более совершенные модели этих данных прогнозировать погоду и изменение климата в будущем.

Структуры проекта

GEWEX состоит из нескольких структур. Поскольку проект был задуман GEWEX, проекты были организованы участвующими фракциями, теперь эту задачу выполняет Международный проектный офис GEWEX (IGPO). IGPO наблюдает за крупными инициативами и координирует национальные проекты, стремясь установить связь между исследователями.[3] IGPO утверждает, что поддерживает обмен информацией между 2000 учеными и является инструментом для публикации крупных отчетов.[4]

Научная руководящая группа организует проекты и поручает их панели, которые следят за прогрессом и критикуют. Проект координированных наблюдений за энергетическим и водным циклом (CEOP) «Гидрологический проект» является основным инструментом GEWEX.[5] Эта панель включает географические области исследования, такие как Программа прогнозирования климата для Северной и Южной Америки управляется NOAA,[6] но также исследует несколько типов климатических зон (например, высокогорные и полузасушливые).[5] Другая группа, группа GEWEX Radiation Panel, наблюдает за скоординированным использованием спутников и наземных наблюдений для более точной оценки потоков энергии и воды. Один из недавних результатов Радиационная группа GEWEX провела оценку данных об осадках за последние 25 лет и определила, что глобальное количество осадков составляет 2,61 мм / день с небольшим статистический вариация. Хотя период исследования короткий, после 25 лет измерений начинают проявляться региональные тенденции.[7] Панель моделирования и прогнозирования GEWEX принимает текущие модели и анализирует их, когда климатическое воздействие происходят явления (глобальное потепление как пример «климатического воздействия»). GEWEX теперь является основным проектом ВПИК.[2]

Цели и дизайн

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

Для прогнозирования изменения погоды требуется точный данные, которые собираются в течение многих лет, и применение модели. GEWEX был задуман для удовлетворения потребности в наблюдениях за земными радиация бюджет и облака. Многие ранее существовавшие методы ограничивались наблюдениями, проводимыми с суши и населенных пунктов.[8] При этом игнорировалось большое количество погодных явлений, возникающих над океанами и ненаселенными регионами, при этом ключевые данные по этим районам отсутствовали. Поскольку спутники, вращающиеся вокруг Земли, покрывают большие территории в короткие сроки, они могут лучше оценить климат там, где измерения проводятся нечасто. GEWEX был инициирован Всемирная программа исследования климата (ВПИК), чтобы воспользоваться такими спутниками окружающей среды, как TRMM, но теперь использует информацию с более новых спутников, а также коллекции наземных инструментов, таких как БСРН.[2] Эти наземные инструменты могут использоваться для проверки информации, интерпретируемой со спутников. GEWEX изучает долгосрочные и региональные изменения климата с целью прогнозирования важных сезонный погодные условия и изменения климата, происходящие 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 выпадало бы мало осадков, потому что скорость испарения была бы очень низкой. Если бы на Земле не было воды, она бы нагревалась до высоких температур днем ​​и быстрее остывала бы ночью. Следовательно, вода модулирует тепловую энергию, переходя между льдом, водой и паром. При подаче тепла лед становится водой, а вода - паром, поглощающим тепловую энергию. При охлаждении пар конденсируется в воду, а вода замерзает, превращаясь в лед, выделяя тепло. Хотя это простые примеры, дожди являются результатом сложного набора процессов. Когда Солнечный лучик попадая в океаны, он переводит жидкую воду в состояние пара со скоростью, зависящей от температуры поверхности, влажности, ветра и давления. При уравновешивании вода достигает 100% влажности, 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 появлению тумана в прибрежных районах.

При 100% влажности любая потеря лучистой энергии из воды вызывает конденсацию пара в воду. Циркуляция и конвекция могут переносить влажный воздух вверх в столбе воздуха, что часто охлаждает влажный воздух. Воздух образует капли воды даже в жару днем, создавая облака. По мере увеличения плотности капель в облаках воздух больше не может удерживать капли, и они падают, как дождь. Более влажный воздух может втягиваться в облака по мере высвобождения энергии, что приводит к возникновению сильных гроз. Преобладающие ветры являются фактором формирования шторма, особенно когда происходят изменения. Тропические волны, которые развиваются в западных потоках вокруг полутропических и тропических регионов Земли, могут образовывать горизонтальные круги над водой, создавая циклон.

Циклон, показывающий поток влажного воздуха, рассеивающий энергию в тропопаузу.

Циклон - это стереотипная система передачи энергии. Он собирает пар из теплой воды и быстро перемещает его вверх, высвобождая энергию в космос. Это вызывает характерные полосы дождя. Передаваемая энергия настолько велика, что порождает катастрофические ветры, которые нарушают поверхностные воды, увеличивая выделение пара, а также увеличивают скорость, с которой влага втягивается в центр. Тепло воды под грозой спадает. Циклоны демонстрируют, сколько скрытой энергии хранится в Мировом океане.

Потоки, радиация и аэрозоли
Влага для циклона может быть определена как теплая вода ниже шторма. Когда циклон выходит из теплой воды, его энергия быстро рассеивается. Менее мощные генераторы долговременных осадков могут полагаться на влажность, поступающую из теплых вод вдали от регионов с наибольшим количеством осадков. В тропиках энергия исходит из накопленного тепла в океанских течениях и движущихся термоклинах, которые могут быть источниками далеко, как это видно в Эль-Ниньо.
Влажность почвы как фактор большого наводнения 1993 г.

Другой пример - наводнение, обрушившееся на Средний Запад США в 1993 году. Энергия, которая подняла влагу в воздух, возникла в Персидском заливе, а сильные ветры и отсутствие охлаждения в прибрежных регионах позволили влаге перемещаться на 1000 миль, пока условия не созрели для дождя. По мере того, как шел дождь, он охлаждал воздух и рассеивал тепло, а по мере поступления новой влаги процесс продолжался. Когда солнце все-таки вышло, оно нагрело влажную землю, что вызвало еще больше дождя.[9]

Загрязнение аэрозолями над Северной Индией и Бангладеш

Аэрозоли над океаном могут вызвать недостаток тепла в середине дня для создания достаточно влажного воздуха. Когда воздух достигает земли, которая может быть теплее, может происходить 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 при определении количества осадков.

Цели исследования

Исследовательский интерес GEWEX заключается в изучении потоки радиации на поверхности Земли, прогнозировать сезонные уровни гидратации почв и разрабатывать точные модели прогнозирования энергетического и водного баланса во всем мире. Цель проекта - на порядок улучшить способность моделировать и, следовательно, прогнозировать закономерности гидратации (осадки и испарения).[2] GEWEX связан с другими проектами ВПИК, такими как Проект «Стратосферные процессы и их роль в климате» (SPARC) и Проект «Климат и криосфера» через ВПИК.[10][11] и таким образом делится информацией и целями с другими проектами ВПИК. Цель становится более важной с новым проектом ВПИК, Скоординированные наблюдения и прогнозирование системы Земля.[12]

Сложность эксперимента

Помимо колебаний солнечной радиации, солнечный свет, который преобразуется Землей, может сильно различаться; некоторые пришли к выводу, например, что ледниковые периоды самовоспроизводятся, когда в полярных регионах накапливается достаточно льда, чтобы отражать достаточно радиации на больших высотах, чтобы снизить глобальная средняя температура, тогда как для изменения этого состояния требуется необычно теплый период. Использование воды растениями, деятельность травоядных может изменить альбедо в умеренных и тропических зонах. Эти тенденции в отражении могут измениться. Некоторые предложили экстраполировать информацию до GEWEX с использованием новой информации и измерений, выполненных с помощью технологии до GEWEX.[13] Природные пожары, вулканизм и искусственные аэрозоли могут изменить количество радиации, достигающей Земли. В океанических течениях есть колебания, такие как Эль-Ниньо и Североатлантическое колебание, которые изменяют части ледяной массы Земли и доступность воды на суше. В эксперименте берется образец климата, некоторые тенденции которого сохраняются в течение миллиона лет и, как показывает палеоклиматология, могут резко измениться.[14][15][16] Таким образом, способность использовать данные для прогнозирования изменений зависит от факторов, которые можно измерить в течение определенного периода времени, а факторы, которые могут повлиять на глобальный климат, которые появляются внезапно, могут заметно изменить будущее.

дизайн

GEWEX реализуется поэтапно. Первый этап включает в себя сбор информации, моделирование, прогнозы и развитие методов наблюдения и завершается. На втором этапе рассматривается несколько научных вопросов, таких как способность прогнозирования, изменения в круговороте воды на Земле и влияние на водные ресурсы.

Первый этап (1990–2002 гг.)

Фаза I (1990–2002 гг.), Также называемая «Фаза наращивания», 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 предсказывать вариации глобальных и региональных гидрологических процессов и водных ресурсов, а также их реакцию на изменение окружающей среды. Он также должен был способствовать развитию методов наблюдений, управления данными и систем ассимиляции для оперативного применения в долгосрочных прогнозах погоды, гидрологии и предсказаниях климата.

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

  1. Радиационная панель GEWEX (GRP) использовали спутниковое и наземное зондирование в течение длительных периодов времени для определения границ естественных изменений и сил изменения климата.
  2. Панель моделирования и прогнозирования GEWEX (GMPP): Смоделируйте энергетический и водный баланс Земли и определите предсказуемость. Применяйте моделирование для определения событий, влияющих на климат, или реагируйте на события, влияющие на климат, путем анализа прогнозов.
  3. Группа экспертов GEWEX по гидрометеорологии (GHP) - Смоделированные и спрогнозированные изменения в явлениях круговорота воды 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 Скоординированный период расширенных наблюдений (CEOP):
  • Канада - район исследования бассейна реки Маккензи (MAGS)[17] -завершено
  • США - Североамериканский исследовательский район или Американский прогнозный проект GEWEX (GAPP).
  • Бразилия - крупномасштабный эксперимент по биосферной атмосфере в Амазонии (LBA)
  • Скандинавия - Эксперимент на Балтийском море (BALTEX)
  • Южная Африка - Проект мультидисциплинарного анализа африканских муссонов (AMMA)
  • Индопейская зона и Азия - Азиатский муссонный эксперимент GEWEX (GAME) - завершен в 2005 г.
  • Австралия - Проект водного бюджета бассейна Мюррей-Дарлинг (MDB)
Но также:
  • Континентального масштаба - Международный проект (GCIP)
  • Международный спутниковый проект по климатологии суши и поверхности (ISLSCP)

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

Результаты

Результаты фазы наращивания включают 15-25 лет исследований, измеряющих косвенные эффекты аэрозоли, составили набор коррелированных данных, некоторое снижение неопределенности[18] GEWEX заявляет о следующих достижениях: Набор данных за длительный период облака, дождь падает, водяной пар, поверхностная радиация и аэрозоли без указания крупных глобальных тенденций, но с доказательствами региональной изменчивости, модели, показывающие увеличение количества осадков и показывающие важность региональных факторов, таких как сохранение воды и почвы, в региональном изменении климата. Фаза I также утверждает, что подготовила более 200 публикаций и 15 обзорных статей.

Водораздел Миссисипи был частью международных проектов континентального масштаба GEWEX и в результате был хорошо расположен для анализа Великого Потопа 1993 г.Река Миссисипи и Красная река водоразделы). Координация наземных наблюдений и спутниковой информации позволила более тщательно проанализировать события, которые привели к наводнению. Исследователи из Центр исследований океана-суши-атмосферы (COLA) обнаружил, что влажность почвы и многократное увеличение влажный воздушный поток из Мексиканский залив для затопленных регионов было основным фактором чрезмерного количества осадков. Глобальное исследование системы Земля / Атмосфера (GLASS) дало исследователям GEWEX возможность наблюдать влажность почвы на большей части земной поверхности путем сопоставления наблюдений на земле с информацией, полученной со спутников. Хотя способность указать причину важна, различные условия (влажность почвы, глобальные закономерности), которые допускали погодные аномалии, находятся в центре внимания Фазы I, сбора информации и обучения тому, как лучше использовать спутниковую информацию.

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

Одним из самых значительных результатов анализа аэрозолей стала демонстрация довольно большого воздействия антропогенных аэрозолей, структуры дыма, даже ежедневные колебания аэрозолей, которые можно наблюдать у берегов некоторых развивающихся стран и простираются на сотни миль над окружающими океанами. Некоторые сомневаются, что это аэрозольное загрязнение частично является причиной длительной засухи в таких местах, как африканский регион. Сахель.

Критика

Одна из критических замечаний по поводу данных и прогнозов фазы наращивания заключается в том, что необходимо более точное описание ошибок. Глобальная оценка количества осадков показывает, что диапазон уверенности велик относительно возможного тенденции. Количество наземных станций зондирования (в настоящее время около 40) в БСРН довольно ограничен для глобального наблюдения, это повлияло на измерение аэрозолей, которые являются доминирующими в регионе. Наилучшие измерения аэрозольного загрязнения получаются, когда типы облаков правильно определены с помощью спутниковых наблюдений, поэтому для получения наиболее четких данных в реальном времени необходимы более совершенные стратегии и модели обнаружения облаков. Некоторые проекты, такие как GCIP, сосредоточены на наблюдениях в континентальном масштабе и обеспечивают лучший прогноз для проектных территорий; однако районы за пределами этих проектных областей могут отставать в улучшении прогнозов. Многие из недостатков Фазы I - это области улучшения в рамках целей Фазы II проекта.[18] В настоящее время ученые используют усовершенствованный микроволновый сканирующий радиометр (AMSR-E) NASA Aqua для оценки влажности почвы из космоса.[19] Однако, за исключением сфокусированных наблюдений, данные спутников бесполезны для глобального прогноза погоды. Предлагаемый Спутник по влажности почвы и солености океана будет предоставлять подробную информацию о влажности почвы на ежедневной основе, может предоставить данные, необходимые для прогнозирования в реальном времени.[20]

Второй этап (2003–2012 гг.)

Фаза II, «Полное внедрение» (2003–2012 гг.) GEWEX заключается в «использовании 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 круговороте воды, вклад процессов в обратную связь климата, причины естественной изменчивости, прогнозирование изменений в сезонных или годовых временных масштабах и то, как эти изменения влияют на водные ресурсы. Фаза II разработана как активные модели, которые могут использоваться региональными менеджерами ресурсов в режиме реального времени. Некоторые этапы, такие как GAME (GEWEX Asia Monsoon Experiment), уже завершены.[21] GEWEX стал зонтичной программой для координации исследований и экспериментов по всему миру. Отчеты по этапу I все еще готовятся, и результаты второго этапа будут доступны через некоторое время. Эксперимент все еще продолжается.

Третий этап (2013 г. - продолжается)

Панели

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

Проект координированных наблюдений за энергетическим и водным циклом

Проект координированных наблюдений за энергетическим и водным циклом (CEOP) - самый крупный из панельных проектов. Есть несколько региональных проектных областей, большинство из которых в настоящее время охвачены CEOP.

Области

Для CEOP, который исследует гидроклимат южной части Африки (AMMA), региона Балтийского моря (BALTEX), Северной Америки (CPPA), Восточной Амазонии (LBA), бассейна Ла-Плейт (LBB), Азии (MAHASRI), Австралии (MDB) и Северная Евразия (NEEPSI).[5] Кроме того, CEOP координирует изучение типов регионов, таких как холодный, высокогорный, муссонный и полузасушливый климат.[5] и собирает и формулирует моделирование в глобальном, региональном масштабе, включая моделирование поверхности суши и гидрологии поверхности.[22] Поскольку GEWEX - это международное сотрудничество, оно может использовать информацию с существующих и планируемых спутников.

Цели

Проект CEOP имеет ряд целей в области энергетического бюджета и водного цикла. Во-первых, проводить более последовательные исследования с более точными определениями ошибок. Во-вторых, лучше определить, как поток энергии и водные циклы участвуют в механизмах обратной связи. В-третьих, предсказуемость важных переменных и улучшенный параметрический анализ для лучшего моделирования этих процессов. В-четвертых, сотрудничать с другими проектами гидрологической науки для создания инструментов для оценки последствий прогнозов и глобального изменения климата для водной системы.[23]

Преобразование излучения, которое достигает Земли, красная линия указывает на излучение, которое достигает внешней атмосферы, тогда как окрашенная красным область - это излучение, достигающее поверхности, аэрозоли могут снизить это еще больше

Радиационная панель GEWEX

Панель GEWEX Radiation (GRP) является совместной организацией, целью которой является обзор теоретических и экспериментальных знаний о радиационных процессах в климатической системе.[24] Шестьдесят процентов энергии, поступающей на Землю от Солнца, преобразуется Землей.[25][26] Цели этого сотрудничества - определить, как энергия трансформируется, поскольку она неизбежно излучается обратно в космос.

Глобальный проект климатологии осадков

Задача GPCP заключалась в оценке количества осадков с использованием спутников, которые были глобальными, включая места, где люди не присутствовали для проведения измерений. Во-вторых, перед проектом была поставлена ​​задача изучить региональные осадки в сезонных и межгодовых временных масштабах. По мере того как период исследования проекта увеличился до 25 лет, была добавлена ​​третья цель: анализ долгосрочных изменений, например, вызванных глобальное потепление. Кроме того, в обновленных усилиях по получению более точных данных и с большим количеством спутников наблюдения GPCP надеется получить представление об изменении количества осадков в «погодном» масштабе или 4-часовых периодах в суточных временных масштабах.[7]

Группа оценки осадков

Группа по оценке осадков была назначена комиссией для оценки данных по осадкам, уделяя особое внимание данным в продукте Глобального проекта климатологии осадков (GPCP) (проект GRP). GRP готовится к ассимиляции данных из данных о суточных вариациях GPCP для лучшей оценки глобальных продуктов по выпадению осадков.[7] Результат 25-летних измерений: средняя глобальная норма осадков составляет 2,61 мм в день (около 0,1 дюйма в день) с погрешностью около 1%. Полученные данные свидетельствуют о том, что среднегодовое количество осадков не меняется.[7] Региональные вариации были отделены от суши и океана, и вариации полученных осадков на суше были больше, чем для океана. Спутники, используемые для обучения анализу наборов данных, имеют недостаток, заключающийся в отсутствии неточных измерений мороси и снега, а также в отсутствии измерений в изолированных местах и ​​над океанами. Карты осадков показывают наибольшую абсолютную ошибку количества осадков над тропическими океанами в регионах с наибольшим расчетным количеством осадков. В отчете самокритичны два аспекта: отсутствие спутников, пересекающих полярный полюс, в начале исследования и неспособность соотнести новую информацию с более старой информацией (наземные измерения). Заметные тенденции в наборе данных были сочтены несущественными в отношении таких вопросов, как глобальное потепление, но были заметны некоторые ярко выраженные положительные тенденции в Индо-Тихоокеанском регионе (Бенгальский залив и Индокитай) и отрицательные тенденции в Южно-Центральном регионе. Африка.

Целью GEWEX является мониторинг радиации, которая выделяется на верх атмосферы и смоделируйте, как энергия течет с поверхности земли обратно в космос.

Проект бюджета на поверхностное излучение

В рамках проекта SRB в рамках NASA / GEWEX были проведены глобальные измерения радиации для определения потоков энергии излучения. Энергия, исходящая от солнца, ударяет в атмосферу и рассеивается облаками и отражается от земли или воды, где тепло и свет излучаются обратно в атмосферу или космос. Когда вода попадает в нагретую поверхность, вода может испаряться, унося энергию обратно в космос через образование облаков и дождь. В рамках проекта SRB эти процессы измерялись путем измерения потоков на поверхности Земли, в верхней части атмосферы с помощью коротковолнового (SW) и длинноволнового (LW) излучения.

Базовая сеть поверхностного излучения

В начале GEWEX не было адекватной информации о том, как радиация перераспределяется как по горизонтали, так и по вертикали.

БСРН представляет собой глобальную систему, состоящую из менее чем 40 широко распространенных устройств для измерения радиации, предназначенных для измерения изменений радиации на поверхности Земли. Полученная информация хранится во Всемирном центре радиационного мониторинга (WRMC) в ETH (Цюрих).[27]

Глобальный проект по аэрозольной климатологии

Создан Программой радиационных наук (НАСА) и GEWEX в 1998 году для анализа спутниковых и полевых данных с целью определения распределения аэрозолей, их образования, преобразования и переноса.[28]

Проект оценки облака GEWEX

Оценка облаков GEWEX была инициирована Радиационной комиссией (GRP) GEWEX в 2005 году для оценки надежности доступных глобальных долгосрочных облачных продуктов данных, с особым акцентом на ISCCP. [29]

Панель моделирования и прогнозирования GEWEX

Панель моделирования и прогнозирования GEWEX (GMPP) поручено найти лучшие способы использования данных другими проектами и другими агентствами. Он курирует исследование граничного слоя атмосферы GEWEX (GABLS), исследование облачной системы GEWEX (GCSS) и исследование глобальной системы суши / атмосферы (GLASS). Воздействие климата - это процесс исследования, в ходе которого фиксируется вклад нерегулярных явлений, таких как извержение вулкана, парниковое потепление, солнечные колебания, колебания орбиты Земли, долгосрочные колебания циркуляции океанов. GMPP использует эти естественные возмущения для тестирования разработанных моделей, которые должны предсказать, что произойдет с глобальными энергетическими и водными балансами в связи с возмущениями.

Исследование пограничного слоя атмосферы GEWEX

Исследование граничного слоя атмосферы GEWEX (GABLS) является более поздним дополнением к GEWEX. Задача исследования заключается в понимании физических свойств пограничных слоев атмосферы для улучшения моделей, которые включают представление пограничных слоев.

Исследование облачной системы GEWEX

Исследование облачной системы GEWEX (GCSS) задача - индивидуализировать моделирование для разных типов облачных систем. GCSS выделяет 5 типов облачных систем: пограничный слой, перистые облака, внетропический слой, конвективные осадки 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. Эти четыре области: Азорские острова и острова Мадейра, Барбадос, Экваториальная западная часть Тихого океана и Атлантические тропики. Сбор исходных данных завершен, методы, разработанные для наземных и авиационных наблюдений, можно сравнить со спутниковыми наблюдениями, чтобы можно было создать более совершенные модели идентификации облачной системы в меньших масштабах.

Глобальное исследование системы Земля / Атмосфера

Глобальное исследование системы Земля / Атмосфера (СТЕКЛО) пытается понять влияние параметров земной поверхности на атмосферу. Изменения на суше в результате естественной и антропогенной деятельности приводят к способности изменять местный климат и влиять на ветер и формирование облаков.

Критика

Период Североатлантического колебания длится в несколько раз дольше, чем продолжительность, предложенная в исследовании GEWEX.

Проект GEWEX существует более 30 лет, и хотя некоторые колебания климата непродолжительны, такие как Эль-Ниньо, некоторые колебания климата длятся десятилетиями, например Североатлантическое колебание.[30] Некоторые предложили экстраполировать информацию до GEWEX с использованием новой информации и измерений, выполненных с помощью технологии до GEWEX.[13][31] В проекте MAGS, расположенном на северо-западе Канады, использовался традиционный опыт коренных народов.[32] Кроме того, в других частях исследования GEWEX эти колебания являются одним из аспектов воздействия климата, что позволяет проверять прогнозы и модели. Это моделирование может быть осложнено тем фактом, что Североатлантическое колебание в состоянии переключения (см. График), поскольку эффекты глобального потепления становятся все более заметными. Например, в 2006 и 2007 годах произошло одно из самых резких сокращений ледяного покрова в Арктике, сокращение, которое в значительной степени было непредсказуемым и может изменить альбедо в конце лета в северном полушарии. В 2008 году уменьшение площади морского льда отступило от тенденции предыдущих лет, и исследователи прогнозировали сильное явление Ла-Нинья на конец 2007 и 2008 годов.[33] Однако неожиданно температура поверхности в восточной части Тихого океана уже начала повышаться до температур Эль-Ниньо, что указывает на то, что событие Ла-Ниньо может неожиданно закончиться.При этом потеря морского льда в северных полярных регионах начала ускоряться в сторону более ранней тенденции. Такие быстрые и неожиданные изменения в явлениях, влияющих на климат, в конечном итоге предполагают, что разработчикам моделей необходимо включить такие параметры, как термоклины температуры океана, накопление энергии в тропических океанах, протяженность морского льда в полярных регионах, сокращение наземного ледникового льда в Гренландии, а также листового льда и т. Д. реконструкция шельфового льда в Антарктиде. Когда одновременно действуют несколько влияющих на климат воздействий, при которых одно из событий в конечном итоге возьмет верх, отсутствие прецедентов из прошлого исследования аналогичных сочетаний событий, а также знание неопределенности чувствительных `` переключателей '' в океанической / атмосферной переключатели могут повлиять на способность предоставлять точные модели и прогнозы. Кроме того, точки выборки могут быть распределены для отслеживания опережающих индикаторов в одном общем сценарии, которые могут оказаться бесполезными во время колебаний, когда совокупность энергии смещается в неконтролируемую область, так что величина сдвига позволяет избежать вычисления.

Аномалии в апреле 2008 года. Обратите внимание, что в то время как центральные тропики 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-Ниньо. На начало цикла может повлиять глобальное потепление, которое способствовало большему увеличению теплой воды в тропиках, достаточно быстро, чтобы термоклин был терпимым. Термоклин - это резкое падение температуры на глубине; он меняется в течение года, в зависимости от местоположения и в течение длительных периодов времени. По мере увеличения глубины термоклина более вероятны события Эль-Ниньо; однако во время пика события энергия рассеивается, и глубина термоклина уменьшается, возможно, до уровня ниже нормального, так что может возникнуть сильное событие Ла-Нинь. Мировой океан, особенно глубины Атлантики, считаются стоком для CO
2 который адсорбируется в полярных регионах, поскольку это встраивается в Тихий океан, апвеллинг и потепление воды могут принести CO
2-богатые воды, задержанные в холодных придонных слоях под давлением к поверхности. Местное увеличение CO
2 возникают, которые позволяют лучше удерживать тепло; Ла-Нина может быть легкой или прерванной на ранних этапах процесса. Однако, если возврат термоклина будет иметь достаточный импульс, это может спровоцировать сильное событие Ла-Ниньо, которое продлится несколько лет. Однако быстрое похолодание в Арктике может позволить CO
2 захват и смещение выпуска CO
2 во время Ла-Нины в определенной области. Тихоокеанская декадная аномалия (см. Изображение на КПК) может влиять на источник, направление или импульс подъема компонента холодной воды термоклина.[34] Степень и продолжительность ОАП еще непредсказуемы, и его модулирующее влияние на паттерны Эль-Ниньо / Ла-Ниньо можно только предполагать. Эти неизвестные влияют на способность разработчиков климатических моделей прогнозировать и указывать, что модели воздействия на климат должны обеспечивать точность более широкой выборки данных для прогнозирования.

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

Есть и более долгосрочные циклы, мини-ледниковый период что предшествовало средневековый теплый период Возможно, это был переход к ледниковому периоду, последний ледниковый период длился от ~ 130 000 лет назад до наступления голоцена. Этот ледниковый период мог быть прерван другими факторами, включая глобальное потепление. Такое замедление долгосрочных циклов считается фактором периода дриаса, потепление, прерванное поверхностными ударами внеземного происхождения, могло происходить в течение сотен лет. Но антропогенные парниковые эффекты и изменение режима инсоляции могут иметь непредсказуемые долгосрочные последствия. Уменьшение ледникового льда на суше может вызвать изотатические 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, когда простое бурение газовой скважины в неправильном месте могло вызвать грязевой вулкан, и есть некоторые признаки того, что это может предшествовать формированию новой кальдеры для вулкана. В долгосрочной перспективе изменение температуры земной коры в результате геотермальных и вулканических процессов неизвестно. Как это влияет на климатические явления с непредсказуемыми масштабами, неизвестно.

Критика в GEWEX может быть направлена ​​только на текущие результаты, которые добавили гораздо больше информации о моделировании климата, что вызвало критику, основная направленность моделирования изначально планировалась как часть фазы II, которая через 4 года принесет свои результаты. . Одной из основных критических замечаний фазы I GEWEX были наземные измерения, число которых сейчас увеличивается. Другой серьезной критикой является неспособность зафиксировать десятилетние ливни, события, которые часто происходят в течение нескольких часов. Следовательно, большее количество измерений, документирующих более короткие временные рамки, может предоставить важные данные для почти непрерывного набора данных. Таким образом, Фаза II в основном моделирует с добавлением большего количества данных, которых не хватает на Фазе I. Многие из приведенных выше критических замечаний могут быть компенсированы лучшими данными, требующими лучших моделей, включая инсоляцию и изменения отражения. Проблема с изменением океанических течений, особенно в отношении глубин термоклина, требует дополнительной океанографии в рамках проекта, как и в случае потери льда и изменений климата на кромках льда.

использованная литература

  1. ^ GEWEX News Vol. 22, No. 3, август 2012 г.
  2. ^ а б c d О GEWEX, Эксперимент по глобальному энергетическому и водному циклу, Всемирная программа исследований климата, дата обращения 22.06.2008
  3. ^ НАСА является основным спонсором IGPO
  4. ^ Международный проектный офис GEWEX (IGPO) GEWEX WCRP
  5. ^ а б c d Проект координированных наблюдений за энергетическим и водным циклом
  6. ^ (CPPA объединяет то, что формально было американским прогнозным проектом GEWEX - GAPP, а также изменчивость и предсказуемость климата, US CLIVAR.) Офис климатической программы, Национальное управление океанических и атмосферных исследований
  7. ^ а б c d Грубер А. и Левиццани В. Оценка глобальных продуктов выпадения осадков В архиве 2008-07-18 на Wayback Machine Проект Всемирная программа исследования климата Эксперимент по глобальному энергетическому и водному циклу (GEWEX) по радиации, WCRP-128, WMO / TD-No. 1430, май 2008 г.
  8. ^ Кандел Р.С. (Февраль 1990 г.). «Спутниковое наблюдение радиационного баланса Земли и облаков». Обзоры космической науки. 52 (1–2): 1–32. Bibcode:1990ССРв ... 52 .... 1К. Дои:10.1007 / BF00704238.
  9. ^ Dirmeyer, P.A .; Брубейкер, К. (1999). «Противопоставление источников испарительной влаги во время засухи 1988 г. и наводнения 1993 г.». J. Geophys. Res. 104 (D16): 19383–19397. Bibcode:1999JGR ... 10419383D. Дои:10.1029 / 1999jd900222.
  10. ^ Стратосферные процессы и их роль в климате
  11. ^ Климат и криосфера (CliC) Всемирная программа исследований климата и Научный комитет по антарктическим исследованиям
  12. ^ СТРАТЕГИЧЕСКИЕ РАМКИ ВПИК на 2005-2015 гг. Всемирная программа исследований климата, Группа стратегической поддержки ВПИК, Институт Пьера Симона Лапласа (IPSL)
  13. ^ а б Кинтер III JL и Шукла J (1990). «Глобальные гидрологические и энергетические циклы: предложения для исследований в период до GEWEX» (PDF). Бык. Амер. Метеор. Soc. 71 (2): 181–189. Bibcode:1990БАМС ... 71..181К. Дои:10.1175 / 1520-0477 (1990) 071 <0181: TGHAEC> 2.0.CO; 2.
  14. ^ "Палео-перспектива резкого изменения климата".
  15. ^ Аллея РБ (2000). «Холодный период молодого дриаса, вид из центральной Гренландии». Четвертичные научные обзоры. 19 (1–5): 213–226. Bibcode:2000QSRv ... 19..213A. Дои:10.1016 / S0277-3791 (99) 00062-1.
  16. ^ Далтон, Рекс (17 мая 2007 г.). «Археология: взрыв в прошлом?». Природа. 447 (7142): 256–257. Bibcode:2007Натура.447..256D. Дои:10.1038 / 447256a. PMID  17507957. Новостная статья в Природа
  17. ^ "Специальный выпуск об исследованиях глобального энергетического и водного цикла Маккензи в 1994/95 водном году". Атмосфера-Океан. 40 (2– (Специальный выпуск)): 91–278. 2002 г.
  18. ^ а б Обзор фазы I GEWEX GEWEX, ВПИК
  19. ^ Разборки ученых с почвенной влажностью в ОК. загон Центр космических полетов Годдарда, НАСА, 30 июля 2004 г.
  20. ^ Мекленбург С., Керр Ю., Фонт Дж. И Хане А. Миссия по изучению влажности почвы и солености океана (SMOS) - Обзор. Тезисы геофизических исследований, Vol. 10, 2008,
  21. ^ GEWEX Asia Monsoon Experiment
  22. ^ Международный спутниковый проект климатологии суши
  23. ^ См. Цели CEOP / GEWEX
  24. ^ Цели В архиве 2008-07-05 на Wayback Machine Радиационная панель Gewex
  25. ^ Задний план В архиве 2008-05-15 на Wayback Machine Базовая сеть поверхностного излучения
  26. ^ Киль, Дж. Т. и К. Э. Тренберт, 1997: Годовой глобальный средний энергетический бюджет Земли В архиве 2008-08-29 на Wayback Machine. Бык. Амер. Встретил. Soc., 78, 197-208
  27. ^ Базовая сеть поверхностного излучения В архиве 2008-05-15 на Wayback Machine
  28. ^ Глобальный проект по аэрозольной климатологии Институт космических исследований имени Годдарда, НАСА
  29. ^ Штубенраух, Клаудиа; Группа оценки облаков GEWEX (2013 г.). «Оценка наборов данных по глобальным облакам со спутников: проект и база данных, инициированные Радиационной комиссией GEWEX» (PDF). Бык. Амер. Метеор. Soc. 94 (7): 1031–1049. Bibcode:2013БАМС ... 94.1031С. Дои:10.1175 / bams-d-12-00117.1.
  30. ^ Значимость климата и воздействие на окружающую среду североатлантического колебания, Дж. Харрелл, Ю. Кушнир, Г. Оттерсен и М. Висбек (редакторы), Серия геофизических монографий, 134, 2003 г.
  31. ^ Производство глобальных долгосрочных данных по воде. Годовой отчет
  32. ^ Woo M; Modeste P; Блондин (2007). «Наука встречает традиционные знания: вода и климат в регионе Сахту (Большое Медвежье озеро), Северо-Западные территории, Канада» (PDF). Арктический. 60 (1): 37–46. Дои:10.14430 / arctic263. HDL:10535/3143.
  33. ^ Прогноз температуры на 2008 год Климат на Эколога. Эколог
  34. ^ Ла Нина и Тихоокеанское десятилетие колебания охлаждают Тихий океан В архиве 2008-06-02 на Wayback Machine Отдел новостей обсерватории Земли, НАСА

внешние ссылки