Тропические циклоны обрушиваются на побережья разных стран мира сотни раз в год. До сих пор у метеорологов нет методов прогнозирования того, как поведет себя ураган, перейдя с гладкой поверхности моря на неровную сушу. Ученый разработал компьютерную модель, предсказывающую параметры приземных ветров во время выхода ураганов на берег — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Автор Hi-Tech Mail
Доктор Сяоминь Чен, исследователь из Университета Алабамы в Хантсвилле, опубликовал статью в журнале Geophysical Research Letters, в которой предлагается новая модель, учитывающая турбулентность и вихри внутри ураганов при их переходе с морского или океанского простора на сушу. Это нововведение впервые позволяет учесть неопределенности сильного ветра над поверхностью земли для определения силы, опасности и траектории урагана.
Оценки имеют решающее значение для классификации ураганов на основе шкалы Саффира-Симпсона — системы оценок от 1 до 5 баллов, которая основана на постоянной скорости ветра в течение 1 минуты и используется для оценки потенциального ущерба имуществу и опасности для жизни людей на подверженных разгулу стихии территориях.
Проведение измерений ветра на суше в условиях урагана является рискованным и сложным делом. В таких экстремальных условиях могут выйти из строя либо приборы наблюдения, либо системы питания. В новом исследовании используется система прогностического моделирования, позволяющая обойтись без рискованных измерений в прибрежных районах.
Основное исследование Чена направлено на понимание процессов в пограничном слое, которые влияют на интенсивность и структурные изменения ураганов на различных стадиях, в том числе во время и после выхода на сушу. В его работе используется комбинация наблюдений с пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов и моделирования крупных вихрей и воздушной турбулентности в условиях урагана. Ураганы питаются восходящими тепловыми потоками в пограничном слое и рассеиваются за счет трения слоев с разными аэродинамическими характеристиками. Одним из ключевых процессов во время ураганов на суше является образование так называемого внутреннего пограничного слоя (internal boundary layer, по-русски ВПС).
ВПС — это область, где атмосферный поток адаптируется к изменениям поверхностных условий, например, к прибрежной зоне между сушей и океаном. Эта адаптация приводит к изменению характера ветра. Понимание закономерностей ВПС жизненно важно для точного моделирования и прогнозирования интенсивности ураганов и опасных приземных ветров. Из-за относительно редких измерений ветра приповерхностными анемометрами в более ранних исследованиях использовались данные наземных радаров или радиозондов на большой высоте.
Для прогнозирования скорости ветра на небольших высотах (10 метров и меньше) эти средства не информативны. Они не учитывают должным образом ВПС и связанную с этим неопределенность в оценках приповерхностного ветра. Моделирование с высоким разрешением и учетом турбулентности позволяет гораздо точнее рассчитать характеристики ВПС и оценить опасность приповерхностных ветров во время ураганов.
Чен использовал специально настроенную и учитывающую турбулентность воздуха компьютерную модель, чтобы получить представление о влиянии типов поверхности суши и расстояния от суши до моря на профиль приземного ветра. Он рассчитывает, что полученные результаты смогут послужить основой для будущих полевых метеорологических кампаний.
Новизна этих симуляций заключается в том, что они учитывают реальную физику ураганов на ограниченном участке модели, предлагая эффективный с точки зрения вычислений подход для проверки влияния различных факторов, таких как типы поверхности суши. Моделирование с учетом турбулентности всей циркуляции тропического циклона протяженностью в сотни миль остается непосильным с точки зрения вычислений для большинства разработчиков моделей. Говоря простыми словами, с такой задачей не справится ни один квантовый компьютер.
Ученый сообщил, что следующая работа будет включать в себя два параллельных исследования. Во-первых, планируется протестировать модели на реальных прибрежных территориях вдоль Мексиканского залива, регулярно переживающих атаки ураганов. Во-вторых, ученые испытают разные типы наземных радаров и их пригодность для измерения параметров штормового приземного ветра, в том числе в критические моменты выхода ураганов на сушу.
