Ученый и суперкомпьютер воссоздали торнадо

Новые суперкомпьютерные симуляции дают метеорологам беспрецедентное представление о структуре мощных гроз и торнадо, что особенно актуально в преддверии и во время сезона торнадо в уязвимых штатах США. Одна из последних моделей воссоздает суперъячейковую грозу, породившую торнадо, которая в 2011 году оставила след разрушений на Центральных Великих равнинах.

Исследователь Ли Орф из Кооперативного института метеорологических спутниковых исследований (CIMSS) Университета Висконсин-Мэдисон и его команда используют компьютерные модели, чтобы раскрыть внутренние процессы в торнадо и порождающих их суперъячейках. Их работа особенно важна, поскольку, по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), в стране ежегодно фиксируется более 1200 торнадо. Моделирование воссоздает торнадо «Эль-Рино» категории EF-5, бушевавшее в Оклахоме 24 мая 2011 года почти два часа.

Симуляция в высоком разрешении показала, как в начале формирования воронки возникают многочисленные «мини-торнадо», которые сливаются, усиливая основной вихрь. Также визуализирован поток завихренности по направлению течения (streamwise vorticity current, SVC) — масса охлажденного дождем воздуха, всасываемая в восходящий поток, питающий систему. SVC считается ключевым для поддержания силы шторма, но, что интересно, напрямую не контактирует с торнадо.

Модель построена на архивных данных атмосферного зондирования (вертикальные профили температуры, давления, ветра и влажности), воспроизводящих условия, подходящие для торнадогенеза. Орф отмечает, что для этого необходимы влажность, нестабильность, сдвиг ветра и «спусковой крючок» для подъема воздуха, но их сочетание не гарантирует появление торнадо, что отражает непредсказуемость реальной атмосферы.

Сложность моделирования ограничивается качеством исходных данных и вычислительной мощностью. Для достижения высокой детализации команда использовала суперкомпьютер Blue Waters в Университете Иллинойса. Симуляция EF-5 заняла более трех дней, в то время как обычному ПК потребовались бы десятилетия. Орф и его коллеги продолжают совершенствовать модель, чтобы лучше понять эти опасные системы. Их исследование было представлено на обложке Bulletin of the American Meteorological Society в январе 2017 года.