Nowa sieć obserwacyjna może przyczynić się do zrozumienia mechanizmów zmiany klimatu
Prace w ramach ambitnego projektu ARISE2, finansowanego ze środków UE, polegają na łączeniu w sieć i rozbudowywaniu istniejących stacji monitorujących infradźwięki i poświatę atmosferyczną oraz lidarów, radarów i satelitów, aby poprawić modelowanie procesów zachodzących w środkowej warstwie atmosfery. Badanie środkowej warstwy atmosfery zawsze było trudne. Jest to strefa rozciągająca się nad balonami meteorologicznymi i pod satelitami, obejmująca obszar od troposfery, leżącej na wysokości od powierzchni Ziemi do 6–10 kilometrów, do jonosfery, znajdującej się na wysokości 75–1 000 kilometrów nad Ziemią „W przeszłości stratosfera nie była zbyt dobrze rozumiana. Ludzie myśleli, że jest to zimny i spokojny obszar, na którym nic się nie dzieje”, mówi dr Elisabeth Blanc, koordynatorka projektu i dyrektorka ds. badań francuskiego Komitetu do spraw Alternatywnych Źródeł Energii i Energii Atomowej w Paryżu. Dzięki ulepszonym metodom obserwacji zjawisk zachodzących w środkowej warstwie atmosfery, opracowanym w ramach projektu ARISE, „rozumiemy już, że ta strefa jest bardzo ważna”. „Głównym celem projektu było zbadanie dynamiki atmosfery – wszystkich ruchów, które się w niej odbywają – w bardzo szerokich zakresach czasu (od poniżej jednej sekundy do dekad) i przestrzeni (od zjawisk lokalnych po globalne)”, wyjaśnia dr Blanc. Pomiary dotyczyły fal planetarnych i grawitacyjnych, pływów słonecznych, anomalii związanych z burzami od wyładowań atmosferycznych po prądy konwekcyjne, fal górskich, nagłego ocieplenia stratosfery i innych zjawisk, takich jak erupcje wulkanów i meteory. „Do tej pory nie było projektu, który by się tym zajmował”, dodaje dr Blanc. Kompleksowa sieć stacji infradźwiękowych, lidarów i stacji monitorujących poświatę atmosferyczną Badacze wykorzystują międzynarodowy system monitorujący infradźwięki opracowany w celu kontroli przestrzegania Traktatu o całkowitym zakazie prób jądrowych (CTBT) – globalną sieć z ponad 50 działającymi stacjami. „Po zakończeniu prac liczba stacji zwiększy się do 60. Sama sieć jest fantastyczna, jeśli chodzi o prowadzenie obserwacji – widzimy wszystko, co dzieje się w atmosferze”, mówi dr Blanc. Mini stacje systemu CTBT pozwalają na pomiar źródeł pochodzenia zaburzeń atmosferycznych, a nawet kąta nachylenia, co wcześniej nie było możliwe. W ramach projektu ARISE2 do sieci włączone zostały także krajowe stacje infradźwiękowe z Europy, stacje pomiarowe z systemami lidarowymi (LIDAR – Light Detection and Ranging) Globalnej Sieci Detekcji Zmian Składu Atmosfery, w których bada się dynamikę stratosfery, Arktyczne Obserwatorium Lidarowe do Badań Środkowej Atmosfery oraz stacje zawierające różne urządzenia pomiarowe w Trondheim (Norwegia) oraz Kirunie (Szwecja), które nie weszły w skład sieci podczas realizacji pierwszego projektu ARISE (2012–2014). Dodatkowe urządzenia, np. mini stacje infradźwiękowe, radary, radiometry do pomiarów wiatru i jonosondy, zainstalowano w stacjach lidarowych we francuskim obserwatorium Haute-Provence, dla strefy umiarkowanej, oraz na szczycie Maïdo na wyspie Reunion, dla strefy tropikalnej, żeby zwiększyć zasięg sieci. „Wysokiej rozdzielczości pomiary uzyskane dzięki tej infrastrukturze ujawniły znaczne różnice pomiędzy obserwacjami i modelami, zwłaszcza w zakresie zaburzeń w stratosferze i aktywności fal”, zauważa dr Blanc, dodając, że dzięki lepszej jakości danych możliwe będzie opracowanie nowej generacji modeli prognozowania pogody dla całej atmosfery oraz modeli klimatycznych. Dłuższy czas obserwacji Obecnie na stronie internetowej ARISE dostępne są 24 zestawy danych oparte na 13 różnych technologiach obserwacji atmosfery. Ale w ramach projektu przedłużono także czas obserwacji. Na przykład dwa skandynawskie lidary, wykorzystywane do obserwacji meteorów, przez nieprzerwany okres czasu, w dzień i noc, dostarczały wysokiej rozdzielczości pomiarów wiatru i temperatury na wysokości 20–100 kilometrów. Stworzono także nową bazę danych Zjawisk Nagłego Ocieplenia Stratosfery (ang. Sudden Stratospheric Warming Events). Takie efektowne zjawiska powstają, gdy wir polarny nagle słabnie lub zmienia się kierunek jego obrotu, co ma znaczny wpływ na zimowe temperatury na półkuli północnej. Podczas jednego z takich zjawisk w 2016 r. zaobserwowano różnice temperatur w stratosferze aż do 40 stopni Kelvina w porównaniu do modeli. „To niesamowite odkrycie! Nie wiedzieliśmy tego wcześniej”, mówi dr Blanc.
Słowa kluczowe
ARISE, ARISE2, zmiana klimatu, pogoda, modelowanie klimatu, atmosfera, wiatr, lidar, stratosfera, jonosfera, troposfera, fale grawitacyjne, fale planetarne, wiatr
