Новая математическая модель для прогнозирования изменений осадков

Ученые, изучающие глобальное потепление, могут уверенно прогнозировать будущие пространственные закономерности потепления. Однако изменения и пространственные структуры осадков предсказать сложно. Новое исследование ученых из Школы морских и атмосферных наук Университета Стоуни-Брук предлагает новый математический метод для понимания физических причин будущих региональных изменений осадков, что влияет на окружающую среду, климат и многие виды человеческой деятельности во всем мире. Метод описан в статье, которая будет опубликована в Communications Earth & Environment.

Авторы исследования, докторант Вэнгуй Лян и его научный руководитель, профессор Минхуа Чжан, сосредоточились на географическом районе Восточной Азии, где атмосферные процессы, связанные с дождем, можно четко проиллюстрировать.

Используя ансамблевые моделирования Community Earth System Model и проекта CMIP (Coupled Model Intercomparison Project), ученые детально описали устойчивое масштабирование осадков с температурой в Восточной Азии. Их теория основана на отклонении изменений осадков в регионе от так называемого термодинамического масштабирования Клаузиуса — Клапейрона. Эта теория связывает устойчивые особенности изменения климата — ослабление западного струйного течения, усиление градиента влажности вместе с разделением динамической и гидрологической амплитуд атмосферных вихрей — с масштабированием осадков.

Исследователи обнаружили, что ослабление западных ветров из-за уменьшения температурного градиента от полюса к экватору и увеличение градиента водяного пара между сушей и океаном вследствие масштабирования Клаузиуса — Клапейрона, наряду с изменениями амплитуды волн содержания водяного пара в атмосферных вихрях, вызывают отклонение регионального масштабирования осадков. Эти процессы совместно уменьшают термодинамическую скорость масштабирования летом, но поддерживают эту скорость зимой. Этот прогноз подразумевает менее значительное увеличение осадков летом, но большее увеличение осадков зимой в Восточной Азии.

«Это открытие помогает нам понять, почему прогнозы региональных осадков в будущем различаются в разных моделях и являются более надежными в одних регионах, чем в других», — говорит Минхуа Чжан. — «Эти результаты могут быть использованы учеными для уменьшения неопределенностей моделей, а официальными лицами — для планирования использования водных ресурсов и управления инфраструктурой».

Исследователи полагают, что их метод можно применять и в других регионах мира для изучения пространственных и сезонных закономерностей будущих изменений осадков.