Informacje na temat lodu w chmurach zwiększają dokładność prognoz pogody
Chmury stanowią istotny element systemu energetycznego Ziemi. Są bowiem źródłem słodkiej wody i pomagają regulować klimat. Chmury mieszane, które zawierają zarówno wodę, jak i lód, są zarazem największym wyzwaniem dla meteorologów, ponieważ wprowadzają największą liczbę błędów w prognozowaniu klimatu i pogody. Zespół projektu SIMPHAC, finansowanego ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”, zajmuje się usprawnianiem modeli predykcyjnych oraz opracowaniem opisów dwóch wtórnych mechanizmów tworzenia się lodu.
Powstawanie lodu w chmurach
Podstawowym mechanizmem odpowiedzialnym za powstawanie lodu w chmurach jest akrecja kryształków lodu oparta na cząstkach aerozolu. Mechanizmy wtórnego powstawania lodu nie zostały jednak dotychczas zbadane w tak dokładnym stopniu. Zespół projektu SIMPHAC skupił się na opisach rozpadu kolizyjnego i rozbicia kropli. Pierwsze z pojęć opisuje zjawisko mechanicznego rozpadu w wyniku zderzenia dwóch cząstek lodu w chmurze, co prowadzi do pęknięcia mniejszej z nich. Drugie z kolei odnosi się do procesu pękania kropel wody podczas ich zamarzania. Poznanie zachowania chmur mieszanych ma kluczowe znaczenie dla prognozowania pogody oraz ich zachowania. Jak twierdzi Georgia Sotiropoulou, koordynatorka projektu: „W wyniku naszych badań odkryliśmy, że choć to pierwotne mechanizmy powstawania lodu były uważane za najważniejsze czynniki wpływające na ten proces przez dziesięciolecia, mechanizmy wtórne są równie istotne i nie powinny być pomijane w modelach atmosferycznych".
Gwałtowne ochłodzenia
Badania zrealizowane przez naukowców skupionych wokół projektu SIMPHAC wykazały, że wtórne mechanizmy powstawania lodu odgrywają duże znaczenie w przypadkach gwałtownych ochłodzeń, które stanowią ważne zjawisko pogodowe. Często prowadzą one do ekstremalnych zjawisk, które mogą powodować szkody w uprawach, a także stanowić zagrożenia dla mienia i życia. Modele opracowane przez badaczy projektu SIMPHAC mogą pomóc w przygotowywaniu dokładniejszych prognoz niebezpiecznych zjawisk pogodowych. Badacze wykazali, że rozpad kolizyjny i rozbicie kropel odgrywają ważną rolę w procesach formowania lodu, ponieważ są one związane z szerokim zakresem warunków termodynamicznych. Jak wyjaśnia Sotiropoulou: „Uwzględnienie opisu rozpadu kolizyjnego w modelu prognozowania pogody zaowocowało dokładniejszym przewidywaniem rozkładu chmur w przypadku nagłego ochłodzenia”.
Modelowanie pogody w Arktyce
Zespół projektu SIMPHAC skupił się na Arktyce – najbardziej wrażliwym regionie świata pod względem klimatu. W ramach prac badacze przeanalizowali dwa modele – mezoskalowy model pogodowy Weather and Research Forecasting Model oraz model klimatyczny Norwegian Earth System. Naukowcy zastosowali metodę parametryzacji opracowaną pod kierownictwem Vaughana Phillipsa w celu opisania wtórnych mechanizmów powstawania lodu w modelach. Aby ocenić dokładność modeli, naukowcy wykorzystali pomiary zebrane przez samoloty lecące trasami przebiegającymi na północ od Zjednoczonego Królestwa w celu gromadzenia próbek nagłych ochłodzeń. Dodatkowo do oceny modeli badacze użyli także dane zebrane przez stację badawczą Ny-Alesund przy pomocy czujników zdalnych działających przez cały rok. Choć Arktyka oraz nagłe ochłodzenia zapewniają doskonałe możliwości badania wtórnych mechanizmów powstawania lodu, modele opracowane przez zespół projektu SIMPHAC mają szereg innych zastosowań. Obecnie narzędzia modelowania opracowane w ramach projektu są wykorzystywane do badania procesu powstawania lodu w różnych warunkach atmosferycznych, takich jak burze z gwałtownymi opadami. Dokładne prognozy są nieodzowne dla skutecznej walki ze skutkami zmiany klimatu. Rozwijając wiedzę na temat procesu powstawania lodu w chmurach, zespół projektu SIMPHAC umożliwił nam zrozumienie, jak pozornie nieznaczące procesy, takie jak zderzenia kryształków lodu, mogą wpływać na klimat i dynamiczne zmiany pogody.
Słowa kluczowe
SIMPHAC, Arktyka, nagłe ochłodzenie, rozpad kropli, lód w chmurach, wtórne mechanizmy powstawania lodu, chmury mieszane, rozpad kolizyjny, Weather and Research Forecasting Model, Norwegian Earth System, stacja badawcza Ny-Alesund