Długoterminowe prognozowanie pogody może ratować przed katastrofami

Udoskonalone trzytygodniowe prognozy pogody mogą uratować życie przed katastrofą

Filipiny otrzymały informację o prognozie pogody w drugim tygodniu listopada 2019 r. Prognoza opadów, która sięgała dalej w przyszłość niż zwykle, ostrzegała, że wyspy czekają ulewne deszcze za ponad trzy tygodnie. Meteorolodzy zaalarmowali władze lokalne i krajowe, które przystąpiły do ​​działania. Telefony komórkowe i alerty radiowe doradzały ludziom przygotowanie się do ewakuacji.

Do czasu, gdy tajfun Kammuri kategorii 4 uderzył Filipiny ulewnymi deszczami na początku grudnia, szkody były znacznie mniejsze, niż mogłyby być. Jak mówi Andrew Robertson, klimatolog z Międzynarodowego Instytutu Badań nad Klimatem i Społeczeństwem na Uniwersytecie Columbia w Palisades w stanie Nowy Jork, tak dużo czasu na przygotowania było kluczowe – mówi. „Ale wciąż musimy iść dalej”.

Takie działania, zwane „prognozowaniem podsezonowym”, mają na celu wypełnienie kluczowej luki w prognozowaniu pogody. Podejście to mieści się między prognozami krótkoterminowymi, które są dobre do około 10 dni w przyszłości, a prognozami sezonowymi, które przewidują miesiące do przodu.

Prognoza podsezonowa przewiduje średnie warunki pogodowe za trzy do czterech tygodni. Każdy dzień dodatkowego ostrzeżenia daje kierownikom ds. Nagłych wypadków znacznie więcej czasu na przygotowanie się na nadchodzące fale upałów, trzaski zimna, tornada lub inną dziką pogodę. Grupy takie jak Czerwony Krzyż zaczynają wykorzystywać prognozy podsezonowe, aby opracowywać strategie na wypadek katastrof pogodowych, na przykład zastanawiając się, gdzie przenieść zaopatrzenie awaryjne, gdy wygląda na to, że cyklon tropikalny może uderzyć w region. Rolnicy zwracają uwagę na prognozy okresowe, aby lepiej zaplanować, kiedy należy sadzić i nawadniać uprawy. Operatorzy tam i elektrowni wodnych mogliby wykorzystać te informacje, aby przygotować się na dodatkową wodę, która wkrótce może obciążyć systemy.

Prognozy podsezonowe poprawiają się powoli, ale systematycznie dzięki lepszym modelom komputerowym i nowym spostrzeżeniom na temat wzorców atmosferycznych i oceanicznych, które wpływają na pogodę w perspektywie długoterminowej. „To nowa granica” – mówi Frédéric Vitart, meteorolog z Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych w Reading w Anglii.

Pomiędzy

Prognozy pogody zawsze starają się działać lepiej. Wprowadzają obserwacje pogodowe z całego świata do najnowszych modeli komputerowych, a następnie czekają, aby zobaczyć, jaka pogoda będzie najbardziej prawdopodobna w nadchodzących dniach. Następnie naukowcy dostosowują model i dostarczają mu więcej danych, powtarzając cały proces, aż prognozy się poprawią.

Ale każdy, kto powie ci, że będzie 73 ° Fahrenheita i słonecznie o 15:00 cztery tygodnie od poniedziałku, kłamie. To zbyt daleko w czasie, aby było dokładne. Prognozy krótkoterminowe, takie jak te w aplikacji pogodowej na smartfonie, opierają się na obserwacjach, które do nich trafiają, np. Czy w północnej Kalifornii obecnie pada deszcz lub czy nad środkową Alaską są silne wiatry. Prognozowanie w dalszej przyszłości tego, jak deszcz lub wiatry wyglądały wiele dni temu, staje się coraz mniej istotne. Większość operacyjnych prognoz pogody jest dobra przez około 10 do 14 dni, ale nie dalej.

Kilka razy w roku prognostycy opracowują prognozy sezonowe, które opierają się na bardzo innych typach informacji niż bieżące warunki pogodowe, które są podstawą prognoz krótkoterminowych. Długoterminowe prognozy sezonowe przewidują, czy w ciągu najbliższych trzech miesięcy będzie cieplej, czy chłodniej, bardziej wilgotno lub bardziej sucho niż zwykle. Te szerokie perspektywy dotyczące przewidywanych zmian klimatu regionalnego opierają się na wolno ewoluujących wzorcach planetarnych, które wpływają na pogodę w skali miesięcy. Takie wzorce obejmują okresowe ocieplenie oceanu znane jako El Niño, zasięg lodu morskiego w Oceanie Arktycznym i ilość wilgoci w glebach na wszystkich kontynentach.

Pomiędzy prognozowaniem krótkoterminowym a sezonowym leży dziedzina przewidywania podsezonowego. Tworzenie takich prognoz jest trudne, ponieważ początkowe informacje, które kierują prognozami krótkoterminowymi, nie są już przydatne, ale długoterminowe trendy, które napędzają prognozy sezonowe, nie są jeszcze widoczne. „To jeden z powodów, dla których w tej chwili jest tak dużo pracy” – mówi Emily Becker, klimatolog z University of Miami na Florydzie. „Po prostu ignorowaliśmy to przez dziesięciolecia, ponieważ było to bardzo trudne”.

Globalny wpływ

Część wyzwania wynika z faktu, że wiele wzorców wpływa na pogodę w skali podsezonowej – a niektóre z nich nie są przewidywalne. Jednym ze schematów, do których naukowcy ostatnio celowali, mając nadzieję na poprawę jego prognoz, jest zjawisko znane jako oscylacja Maddena-Juliana lub MJO.

MJO nie jest tak znane jak El Niño, ale jest tak samo ważne w napędzaniu globalnej pogody. Pas burz, który zwykle rozpoczyna się na Oceanie Indyjskim i przemieszcza się na wschód, MJO może się zdarzyć kilka razy w roku.

Aktywny MJO wpływa na pogodę na całym świecie, w tym burze w Ameryce Północnej i Europie. Prognozy podsezonowe z większym prawdopodobieństwem będą dokładne, gdy ma miejsce MJO, ponieważ istnieje poważny globalny wzorzec pogodowy, który wpłynie na pogodę w innych miejscach w nadchodzących tygodniach.

Ale wciąż jest dużo miejsca na poprawę prognoz. Modele komputerowe, które symulują pogodę i klimat, nie są zbyt dobre w uchwyceniu wszystkich aspektów MJO. W szczególności modelom trudno jest odtworzyć to, co dzieje się z MJO, gdy uderza w mieszankę wysp i oceanów Azji Południowo-Wschodniej, znaną jako kontynent morski. Ten obszar – obejmujący Indonezję, Filipiny i Nową Gwineę – jest złożoną wzajemną zależnością lądu i morza, którą meteorolodzy mają trudności ze zrozumieniem. Modele zazwyczaj pokazują, że MJO zatrzymuje się, zamiast podróżować dalej na wschód, podczas gdy w rzeczywistości burze zwykle trwają.

Na Stony Brook University w Nowym Jorku meteorolog Hyemi Kim próbował zrozumieć, dlaczego modele zawodzą na kontynencie morskim. Stwierdziła, że ​​wiele modeli symuluje zbyt duże opady światła w tropikach. Ta lekka mżawka wysusza niższe warstwy atmosfery, przyczyniając się do nadmiernie suchych warunków preferowanych w tych modelach. W rezultacie, gdy MJO dociera do kontynentu morskiego, suchość większości modeli uniemożliwia systemowi marsz na wschód, Kim i współpracownicy poinformowali w sierpniu 2019 r. w Journal of Geophysical Research: Atmospheres. W prawdziwym życiu taki deszcz się nie zdarza. Dzięki lepszemu zrozumieniu różnic między modelami i obserwacjami w tym regionie naukowcy mają nadzieję opracować lepsze prognozy dotyczące tego, jak dany MJO może wpływać na pogodę na całym świecie.

„Jeśli możesz lepiej przewidzieć MJO, możesz lepiej przewidzieć pogodę” – mówi Becker. Na szczęście naukowcy już wprowadzają te poprawki, opracowując bardziej szczegółowe modele komputerowe, które lepiej radzą sobie z rejestrowaniem zmian atmosfery w prawdziwym życiu.

Meteorolog Victor Gensini z Northern Illinois University w DeKalb kierował niedawnym projektem wykorzystania MJO, między innymi, do prognozowania wybuchów tornada w środkowych i wschodnich Stanach Zjednoczonych z dwutygodniowym wyprzedzeniem. Gdy MJO przemieszcza się w poprzek i poza kontynent morski, wyzwala silniejsze wzorce cyrkulacji, które wypychają powietrze w kierunku wyższych szerokości geograficznych. Strumień odrzutowy wzmacnia się nad Oceanem Spokojnym, tworząc wzorce dalekiego zasięgu, które ostatecznie sprzyjają tornadom na wschód od Gór Skalistych. W czerwcowym biuletynie Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego zespół Gensiniego wykazał, że jest w stanie przewidzieć szerokie wzorce aktywności tornada w USA na dwa do trzech tygodni przed ich pojawianiem się.

Wysoko nad biegunami

Innym wzorcem pogodowym, który może pomóc poprawić prognozy podsezonowe, jest szybki wzrost temperatury w stratosferze, warstwie górnej atmosfery, nad Arktyką lub Antarktydą. Te „nagłe ocieplenie stratosfery” zdarzają się raz na kilka lat na półkuli północnej i znacznie rzadziej na półkuli południowej. Ale kiedy się pojawia, wpływa to na pogodę na całym świecie. Na przykład krótko po ociepleniu się północnej stratosfery do Stanów Zjednoczonych często przybywają ekstremalne burze.

W sierpniu 2019 roku, jeden z tych rzadkich południowych rozgrzewań, największy od 17 lat, zaczął nad biegun południowy. Temperatury wzrosły o prawie 40 stopni Celsjusza, a prędkość wiatru dramatycznie spadła. To wydarzenie spowodowało przesunięcie wiatrów z niższych poziomów wokół Antarktydy na północ, gdzie podniosły temperatury i wysuszyły części wschodniej Australii. Pomogło to w stworzeniu suchych warunków, które doprowadziły do niszczycielskich upałów i pożarów w całej Australii pod koniec 2019 i na początku 2020 roku.

Dzięki zaawansowanym modelom komputerowym prognostycy z australijskiego Biura Meteorologii w Melbourne dostrzegli ocieplenie stratosfery z prawie trzytygodniowym wyprzedzeniem. To pozwoliło im przewidzieć ciepłe i suche warunki sprzyjające pożarowi – mówi Harry Hendon, meteorolog z biura.

Stratosferyczne ocieplenia trwają kilka miesięcy. Podobnie jak w przypadku MJO, prognoza podsezonowa sporządzona w czasie, gdy jeden z nich ma miejsce, wydaje się być dokładniejsza, ponieważ ocieplenie stratosfery wpływa na pogodę w skali od tygodni do miesięcy. Meteorolodzy nazywają takie okresy „okazją prognozową”, ponieważ reprezentują one okresy, w których prognozy będą prawdopodobnie bardziej dokładne i sprawdzalne. To tak, jakby łatwiej było przewidzieć szanse Twojej ulubionej drużyny baseballowej w sezonie, jeśli wiesz, że właśnie zatrudnili najlepszego wolnego agenta w okolicy.

Jaśniejszy obraz

Teraz naukowcy robią wszystko, co w ich mocy, aby udoskonalić prognozy podsezonowe. Europejskie centrum prognoz, w którym mieści się Vitart, od 2004 roku publikuje prognozy podsezonowe, które z czasem ulegają poprawie. Amerykańska Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna zaczęła wydawać podobne prognozy w 2017 roku; nie są tak dokładne, jak prognozy europejskie, ale z czasem ulegały poprawie. W międzyczasie naukowcy podjęli dwie duże próby porównania różnych prognoz.

Vitart i Robertson prowadzą jeden z takich projektów pod auspicjami Światowej Organizacji Meteorologicznej w Genewie. Projekt, znany jako S2S, skrót meteorologiczny określający okres od „podsezonowego do sezonowego”, gromadzi prognozy podsezonowe z 11 agencji prognozowania pogody na całym świecie, w tym z centrum europejskiego i NOAA. Prognozy trafiają do olbrzymiej bazy danych, którą naukowcy mogą zbadać, aby sprawdzić, które z nich wypadły dobrze i dlaczego. Na przykład Kim wykorzystał bazę danych między innymi do zrozumienia, dlaczego modelom trudno jest uchwycić marsz MJO przez Kontynent Morski.

Drugi wysiłek, znany jako SubX, dla eksperymentu podsezonowego, wykorzystuje prognozy z siedmiu modeli opracowanych przez amerykańskie i kanadyjskie grupy badawcze. W przeciwieństwie do S2S, SubX działa niemal w czasie rzeczywistym, umożliwiając prognostom obserwację, jak ich prognozy podsezonowe sprawdzają się wraz z rozwojem pogody.

Okazało się to przydatne na początku 2019 r., kiedy prognozy SubX przewidywały, na kilka tygodni przed tym, jak to się stało, dotkliwe zimno, które nawiedziło Stany Zjednoczone pod koniec stycznia i na początku lutego. W niektórych miejscach temperatury spadły do ​​najniższego poziomu od ponad dwóch dekad, a ponad 20 osób zmarło w stanie Wisconsin i stanie Michigan.

Robertson mówi, że dodatkowy tydzień informacji o nadchodzących ekstremalnych warunkach pogodowych może być bardzo pomocny. Daje to decydentom czas, którego potrzebują, aby ocenić, co robić – czy to podlewanie upraw, przenoszenie zapasów awaryjnych na miejsce, czy przygotowanie się na wybuch epidemii.

W jednym tylko przykładzie Robertson i współpracownicy opracowali niedawno szczegółowe prognozy dotyczące opadów monsunowych w północnych Indiach. On i Nachiketa Acharya, klimatolog z Columbia University, opisali tę pracę w styczniu w Journal of Geophysical Research: Atmospheres.

W 2018 roku naukowcy skupili się na indyjskim stanie Bihar, gdzie regiony na północ od rzeki Ganges są podatne na powodzie, a regiony na południu są podatne na suszę. Co tydzień, od czerwca do września, zespół współpracował z indyjskim Departamentem Meteorologii w New Delhi, aby opracować prognozy dotyczące opadów poza sezonem dla każdego regionu Bihar. Prognozy trafiły do ​​państwowych uczelni rolniczych w celu przekazania ich lokalnym rolnikom. Aczarya mówi, że kiedy letnie deszcze monsunowe nadeszły prawie 16 dni później niż zwykle, rolnicy mogli opóźnić sadzenie ryżu i innych upraw aż do momentu wystąpienia monsunu. Takie prognozy podsezonowe mogą zaoszczędzić rolnikom zarówno czas, jak i pieniądze, ponieważ nie muszą płacić za nawadnianie, gdy nie jest to potrzebne.

Acharya współpracuje obecnie z meteorologami w Bangladeszu nad opracowaniem podobnych prognoz podsezonowych dla tego kraju. Tam deszcze monsunowe zwykle rozpoczynają się około drugiego tygodnia czerwca, ale mogą się zmieniać, co stwarza niepewność dla rolników, którzy próbują zdecydować, kiedy zasadzić. „Jeśli uda nam się przewidzieć nadejście monsunu mniej więcej w połowie lub pod koniec maja, będzie on ogromny” – mówi Acharya.

Prognozy podsezonowe mogą również pomóc rolnikom zwiększyć produktywność w regionach, takich jak Afryka Zachodnia, mówi Shraddhanand Shukla, klimatolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Kieruje nowym projektem finansowanym przez NASA, który ma pomóc rolnikom w lepszym czasie sadzenia i podlewania. Wysiłki polegają na połączeniu zdjęć satelitarnych regionów rolniczych z prognozami podsezonowymi obejmującymi 45 dni. Shukla mówi, że gdyby rolnicy w Senegalu dysponowali takimi informacjami w 2002 r., mogliby lepiej zarządzać swoimi nasadzeniami w okresie poprzedzającym suszę, która zabiła wiele upraw.

W miarę wzrostu globalnych temperatur i zmian klimatycznych meteorolodzy muszą nadal ulepszać swoje modele, aby przewidywać pogodę z możliwie jak najdokładniejszym wyprzedzeniem, mówi Vitart. Uważa, że ​​naukowcy mogą w końcu być w stanie wydawać prognozy za 45–50 dni w przyszłości, ale może to zająć dekadę lub więcej, zanim dojdzie do tego punktu. Nowe techniki, takie jak uczenie maszynowe, które pozwala szybko przejrzeć wiele prognoz i wskazać najdokładniejszą, mogą przyspieszyć tę oś czasu.

„Nie ma jednego przełomu” – mówi Becker. „Ale jest jeszcze wiele małych przełomów do zrobienia, a wszystkie one pomogą”.

Źródło: Alexandra Witze

A.W. Robertson and F. Vitart (eds). Sub-Seasonal to Seasonal Prediction. Elsevier, 2019.

V. A. Gensini et alThe Extended-Range Tornado Activity Forecast (ERTAF) ProjectBulletin of the American Meteorological Society. June 2020, p. E700. doi:10.1175/BAMS-D-19-0188.1.

A. W. Robertson et al. Subseasonal Forecasts of the 2018 Indian Summer Monsoon Over BiharJournal of Geophysical Research: Atmospheres. Vol. 124, December 27, 2019, p. 13861. doi: 10.1029/2019JD031374.

H. Kim et alMJO Propagation Processes and Mean Biases in the SubX and S2S ReforecastsJournal of Geophysical Research: Atmospheres. Vol. 124, August 27, 2019, p. 9314. doi:10.1029/2019JD031139.

Zdjęcia: NOAA, NASA, WILLIAM STRAKA III / UWM-CIMSS-SSEC

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x