Учёные улучшают прогнозы атмосферных рек, изучая Тихий океан

В прошлую зиму, пока атмосферные реки обрушивались на западное побережье США, учёные развернули в Тихом океане всё более совершенные инструменты наблюдения для улучшения прогнозов этих мощных штормов. Используя авиационные наблюдения и океанские буи, они сосредоточились на удалённых районах восточной части Тихого океана, которые сильнее всего влияют на формирование и траекторию атмосферных рек. Эти данные были включены в ведущие прогностические модели, что улучшило прогнозы на 1–5 дней и помогло защитить не только уязвимые сообщества на Западном побережье, но и всю страну.

Эти целенаправленные наблюдения приносят огромную пользу. Собирая данные, мы улучшаем прогнозы атмосферных рек для Западного побережья, а поскольку шторма продолжают движение на восток, мы также улучшаем зимние прогнозы для всего континентальной части США, — сказал Кристофер Дэвис, учёный из Национального центра атмосферных исследований США (NSF NCAR). Он является одним из руководителей миссии Atmospheric Rivers Reconnaissance (AR Recon) — масштабного проекта с участием множества федеральных агентств, университетов и других партнёров. Цель AR Recon — помочь синоптикам точнее предсказывать траекторию и интенсивность этих свирепых штормов, что позволяет спасать жизни и имущество, а также экономить миллионы долларов за счёт более эффективного управления уровнем воды в водохранилищах.

Исследования показывают, что с момента начала наблюдений в 2016 году AR Recon привёл к значительному улучшению прогнозов. Например, в 2022 году данные наблюдений улучшили 3-дневные прогнозы сильных осадков в Калифорнии на величину до 12%. Программа восполняет серьёзный информационный пробел над Тихим океаном, где формируются эти атмосферные реки, — отметил Марти Ральф, директор Центра экстремальных погодных и водных явлений Запада. Основными спонсорами AR Recon являются Инженерный корпус армии США, Департамент водных ресурсов Калифорнии, 53-я эскадрилья метеорологической разведки командования резерва ВВС США и Управление морских и авиационных операций NOAA.

Атмосферные реки — это длинные и узкие «реки в небе», переносящие огромное количество влаги. В среднем одна такая река переносит объём водяного пара, примерно эквивалентный 25 средним расходам воды в устье реки Миссисипи. Их точное прогнозирование критически важно для управления водохранилищами. Поскольку стоимость каждого акр-фута воды в Калифорнии исчисляется сотнями долларов, такой точный подход к управлению водохранилищами потенциально позволяет экономить многие миллионы долларов каждую зиму. Например, по данным отчёта 2021 года, прогнозы позволяют операторам водохранилища Лейк-Мендосино применять гибкий подход к управлению водой и сокращать годовые затраты на 9,4–9,9 миллионов долларов.

AR Recon частично полагается на полёты самолётов-«охотников за ураганами» ВВС США и NOAA. Каждый самолёт сбрасывает около 30 дропзондов — цилиндрических приборов, разработанных в NSF NCAR, которые медленно опускаются на парашюте и измеряют температуру, давление, влажность и скорость ветра. Для дополнения этих измерений используется инновационная технология авиационного радиозатменного зондирования, которая анализирует задержки сигналов со спутников GPS для определения влажности и температуры. Кроме того, AR Recon добавляет датчики атмосферного давления на десятки океанских буёв NOAA и запускает метеозонды с наземных станций.

Одна из задач учёных — определить те районы Тихого океана, где наблюдения принесут максимальную пользу для прогнозов. Они выяснили, что особенно эффективны наблюдения в облачных регионах, часто внутри самой атмосферной реки, куда спутникам сложно «заглянуть». Также полезно нацеливаться на атмосферные фронты и участки струйного течения. Чтобы оценить пользу наблюдений, учёные проводят эксперименты по «исключению данных», сравнивая прогнозы двух параллельных систем — с данными наблюдений и без них. Эта стратегия позволяет наиболее эффективно использовать ресурсы и размещать инструменты там, где они улучшат прогнозы больше всего.