Создание точной климатической модели, достаточно мощной, чтобы охватить всю Землю, является главной целью, к которой давно стремились учёные. Хотя современные технологии и знания по-прежнему не позволяют даже самым лучшим моделям описать всю сложность климата планеты, это остаётся конечной целью для модели энергетической системы Земли.

Осадки - один из наиболее сложных аспектов моделирования климата, поэтому точность, с которой они моделируются, часто называют барометром качества прогнозирования климата. Недостатком современных моделей климата является невозможность точного прогнозирования суточных осадков. Над сушей суточный цикл осадков интенсивный: когда Солнце нагревает землю, температура воздуха у поверхности быстро увеличивается, создавая столбы восходящего горячего воздуха, образующие конвекционные ячейки в атмосфере. Этот процесс приводит к образованию больших кучевых облаков, которые могут инициировать сильные грозы и обильные осадки. Эти штормы, как правило, происходят в конце дня, после того как конвекция имела место в самую тёплую часть дня. Между тем, океан нагревается гораздо медленнее, чем суша, поэтому суточные циклы осадков над водой намного слабее; большая часть осадков выпадает незадолго до рассвета и определяется рядом факторов.

Большинство современных моделей климата не очень хорошо отражают эти процессы суточного масштаба: над сушей выпадение осадков в моделях имеет тенденцию приходить слишком рано днём; над океаном пик осадков приходится на около 2 ч. ночи по местному времени, а не с 4 до 6 ч. В новом исследовании Се с соавторами (Xie et al.) предложили модификации модели энергетической системы Земли, которые, по-видимому, улучшают способность модели фиксировать цикличность суточных осадков. Два нововведения исследователей фокусируются на процессах, которые вызывают конвекцию в модели.

Во-первых, они решили проблему дневных осадков, возникающих слишком рано, добавив новое ограничение, называемое динамической конвективной доступной потенциальной энергией, которое контролирует, насколько легко и часто происходят осадки. В сущности, оно позволяет конвекции накапливать потенциальную энергию в течение дня, но сдерживает дождь. Это помогает исключить случаи, когда модель часто прогнозировала слишком большое количество осадков с низкой интенсивностью вместо меньшего с обильными осадками в конце дня. Значительное улучшение связано с уменьшением того, насколько сильно конвекция связана с нагревом поверхности.

Вторая модификация модели также сфокусирована на конвекции. Названная неограниченным уровнем запуска воздушного участка, корректировка ослабляет ограничение в модели, которая ранее предписывала, что конвекция всегда имеет место вблизи Земли - в пограничном слое. В этом слое, действительно, происходит бо́льшая часть атмосферной конвекции, но указанная корректировка позволяет модели улавливать атмосферную нестабильность над пограничным слоем, что может быть ключевым для прогнозирования высокогорных ночных конвективных систем. Ночные грозы распространены во многих областях, таких как Великие равнины, которые находятся ниже по течению от больших горных цепей и, по-видимому, зависят от конвекции, возникающей над пограничным слоем.

С этими двумя изменениями модель энергетической системы Земли не улучшила свои прогнозы среднего количества осадков по всему земному шару, но продемонстрировала существенные улучшения в прогнозировании сроков выпадения осадков, особенно в его способности точно фиксировать суточный цикл. Улучшение представляет собой важный шаг вперед и приближает на один шаг к важному этапу в моделировании климата.

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/one-step-closer-to-a-milestone-in-climate-modeling