Wiadomości ERBN - Zrozumieć turbulencje: klucz do prognozowania pogody
"Turbulencje stanowią klucz do zrozumienia zjawisk atmosferycznych", twierdzi prof. Zilitinkevich. "Nie jest możliwe zrozumienie systemów pogodowych, jeśli nie zrozumiemy powiązań pomiędzy ich poszczególnymi komponentami". Według prof. Zilitinkevicha od prawie stulecia turbulencje opisywane są w sposób uproszczony, w oparciu o założenie, które można rozbić na dwa elementy: "uśredniony przepływ" (uporządkowany ruch materii, który można opisać przy użyciu mechaniki klasycznej) oraz "turbulencje" (przepływ chaotyczny, który można analizować wyłącznie w sposób statystyczny). Powyższe podejście sprawdza się w przypadku zastosowań inżynierskich, jednak w dziedzinie turbulencji geofizycznych (takich jak klimat i pogoda), stanowi przyczynę wielu trudności. W atmosferze i oceanach gęstość ośrodka uzależniona jest od wysokości. W efekcie mamy do czynienia z rozwarstwieniem, niestabilnością oraz zjawiskami takimi jak konwekcja. Model klasyczny nie pozwala opisywać ich wystarczająco dokładnie. Nowe podejście "Obecnie jesteśmy świadkami rewolucji w dziedzinie prognozowania pogody", twierdzi prof. Zilitinkevich. "Zawirowania atmosferyczne rozbito na trzy element: przepływ uporządkowany, turbulencje oraz chaotyczne struktury samoorganizujące się". W wyniku samoorganizowania się w atmosferze i oceanach powstają trwałe struktury, takie jak komórki oraz fale konwekcyjne. Ta nowa wiedza oznacza, że zarówno naukowcy, jak i osoby zajmujące się modelowaniem operacyjnym, powinni uwzględnić powyższe rodzaje zawirowań, analizując przepływ energii w atmosferze i oceanach. "Wymiana ciepła pomiędzy górnymi warstwami oceanu a dolnymi warstwami atmosfery uzależniona jest od turbulencji", tłumaczy prof. Zilitinkevich. "Większość energii cieplnej zmagazynowana jest w oceanach, a nie w atmosferze, jednak jako ludzie odczuwamy klimat antropocentrycznie, jako cechę bliskiej Ziemi, dolnej warstwy atmosfery, zwanej planetarną warstwą graniczną ('planetary boundary layer' - PBL)". Uczestnicy projektu PBL-PMES pragną dogłębnie zrewidować teorie fizyczne stosowane do modelowania warstw PBL. Powyższe działanie pozwoli nie tylko lepiej zrozumieć wymianę cieplną pomiędzy lądem, morzem i atmosferą, ale także dokładniej zbadać zjawiska takie jak zlokalizowane nad miastami, płytkie, stabilne, atmosferyczne warstwy PBL, w których gromadzi się smog i zanieczyszczania. Prof. Zilitinkevich oczekuje, że jego badania doprowadzą do głębokich zmian w naukowym pojmowaniu pogody oraz klimatu, a także pomogą opracować bardziej wiarygodne prognozy pogody. "W ciągu najbliższej dekady jakość prognoz pogody i klimatu powinna się radykalnie poprawić", twierdzi Zilitinkevich. "Mikroklimaty oraz lokalne zmiany klimatyczne, związane ze sposobem wykorzystywania terenu, będą lepiej i bardziej dokładnie modelowane". Następnie do nowoczesnych modeli prognozowania pogody i zanieczyszczenia powietrza, wprowadzone zostaną nowe ramy teoretyczne. Do niedawna jednym z największych ograniczeń prognozowania pogody była stosunkowo niewielka rozdzielczość modeli, wynikająca z niewystarczającej mocy obliczeniowej superkomputerów. Jednak ulepszone, fizyczne podstawy teoretyczne oznaczają, że obecnie należy zmodyfikować modele. "Współpracujemy z rozbudowaną siecią europejskich grup zajmujących się modelowaniem pogody", twierdzi prof. Zilitinkevich. "Przed końcem przyszłego roku pragniemy uzyskać od Fińskiego Instytutu Meteorologicznego wyniki praktycznych eksperymentów, współpracujemy ponadto z MétéoFrance oraz z Duńskim Instytutem Meteorologicznym". Co więcej, uczestnicy projektu chcą, wraz z astrofizykami, sprawdzić, czy opracowane przez nich teorie pomogą wytłumaczyć konwekcję gwiezdną i słoneczną, a także zjawisko powstawania dysków akrecyjnych wokół czarnych dziur. "Mamy unikalną możliwość połączenia dwóch nowych obszarów badań naukowych", twierdzi prof. Zilitinkevich, "nową teorię turbulencji oraz nowe zapotrzebowania na ujęcie turbulencji w modelach klimatu". Szczegółowe informacje o projekcie: - Kierownik naukowy: Profesor Sergej S. Zilitinkevich - Siedziba projektu: Fiński Instytut Meteorologiczny (FMI), Finlandia - Projekt: Atmosferyczne, planetarne warstwy graniczne: fizyka,modelowanie oraz rola w systemie ziemskim ('Atmospheric planetary boundary layers: physics, modelling and role in Earth system' - PBL-PMES) - Wezwanie ERC: Zaawansowany Grant 2008 - Wsparcie ERC: 2,4 milionów euro - Czas trwania projektu: pięć lat - strona internetowa projektu PBL-PMES prowadzona przez prof. Zilitinkevicha