Аргонн помогает понять климат и погоду

Над южными Великими равнинами летними вечерами возникает явление, значительно влияющее на климатическую динамику региона. Это струйные течения в нижних слоях атмосферы (low-level jets), скорость которых может превышать 55 миль в час. Они играют ключевую роль в переносе тепла и влаги в регион, способствуют развитию торнадо и генерации ветровой энергии.

Непрерывный мониторинг профилей ветра, температуры и влажности, связанных с этими течениями, важен для повышения точности атмосферных моделей, таких как модель высокого разрешения NOAA (High-Resolution Rapid Refresh), используемая для прогнозирования опасных погодных явлений. NOAA и подобные организации по всему миру полагаются на данные пользовательского центра Atmospheric Radiation Measurement (ARM), спонсируемого Управлением науки Министерства энергетики США (DOE). Миссия ARM — углубить понимание процессов, связанных с облаками, аэрозолями, осадками и радиацией, и предоставить данные для их лучшего представления в глобальных моделях.

В сотрудничестве по проекту ARM задействованы девять национальных лабораторий DOE, включая Аргоннскую национальную лабораторию. Они управляют тремя стационарными и тремя мобильными атмосферными обсерваториями, обслуживают 400 метеорологических инструментов и авиационный парк. «Преимущества такого масштабного сотрудничества — это экспертиза в различных областях и регионах», — отметил Джеймс Мэзер, технический директор ARM в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

Глобальная сеть наблюдений

Три стационарные станции ARM расположены в ключевых климатических зонах: на северном склоне Аляски (Уткиагвик), в восточной части Северной Атлантики (остров Грасиоза, Азорские острова, Португалия) и на южных Великих равнинах (SGP) в Оклахоме и Канзасе. Мобильные обсерватории развертываются в районах климатического интереса по всему миру — от Антарктиды до Китая — на срок около года.

Роль обсерватории южных Великих равнин (SGP)

Аргоннская лаборатория управляет обсерваторией SGP — старейшей и крупнейшей среди стационарных площадок ARM. Ее центральный объект находится в Ламонте, Оклахома, а 17 дополнительных объектов расположены в северо-центральной части Оклахомы и южном Канзасе. Это регион климатического перехода с ярко выраженными сезонами. «Возможность измерять то, что происходит над головой каждый день в эти переходные периоды, важна, потому что погода всегда разная», — пояснил Майк Риче, менеджер площадки SGP из Аргонна.

Для непрерывного мониторинга персонал SGP четыре раза в сутки запускает метеозонды, которые измеряют температуру, влажность, ветер и давление, создавая точный вертикальный профиль атмосферы. На площадке установлено почти 200 инструментов, включая доплеровские лидары и облачные радары, что позволяет детально изучать динамику облаков и аэрозолей и их взаимодействие с поверхностью. «Влажностный профиль над пшеничным полем, пастбищем или лесом разный, — отметила Ники Хикмон, заместитель директора ARM по операциям. — Это влияет на образование облаков, радиационный баланс. Именно это мы и измеряем».

Данные для науки и энергетики

В 2018 году данными ARM воспользовались 1173 исследователя. Среди них — Дэйв Тернер, руководитель программы NOAA по атмосферным наукам для возобновляемой энергетики. Его работа сосредоточена на улучшении прогностических моделей, таких как HRRR, чтобы помочь энергетическим компаниям точнее прогнозировать выработку солнечной и ветровой энергии. Он использует наблюдения ARM, особенно с площадки SGP, для оценки влияния облачности на солнечную энергию и проверки прогнозов струйных течений, важных для ветроэнергетики. «SGP, возможно, лучшая атмосферная обсерватория в мире, — заявил Тернер. — Здесь измеряют больше переменных и дают более полную картину происходящего в атмосфере, чем где-либо еще».