Данные об атмосфере Земли и космосе: польза для климата и прогноза погоды

На этой инфографике показаны многочисленные слои нашей атмосферы, простирающиеся от земли до космоса, и то, как новый набор данных сравнивается по охвату с имеющимися в настоящее время. Автор: Д.Кошин, К. Сато, С. Ватанабе и К. Миядзаки, 2025 год/ Прогресс в науке о Земле и планетах (PEPS)

Используя новую систему обработки данных под названием JAGUAR-DAS, которая сочетает численное моделирование с данными наблюдений, команда создала набор данных за почти 20 лет, охватывающий несколько уровней атмосферы от уровня земли до нижних границ космоса.

Возможность изучать взаимодействие этих слоев по вертикали и по всему земному шару может улучшить моделирование климата и сезонное прогнозирование погоды. Существует также потенциал для междисциплинарных исследований между учеными-атмосферниками и учеными-космонавтами, чтобы исследовать взаимодействие между космосом и нашей атмосферой и то, как это влияет на нас на Земле.

Жаловаться на погоду и на синоптиков, когда они что-то делают не так, - популярное времяпрепровождение для многих. Но работа метеоролога нелегка. Атмосфера является многослойной, взаимосвязанной и сложной, а глобальное изменение климата еще больше усложняет прогнозирование как долгосрочных, так и внезапных экстремальных погодных явлений.

Чтобы помочь преодолеть эти растущие трудности, исследователи создали набор данных по всей атмосфере.

Начиная с сентября 2004 года по декабрь 2023 года, он охватывает несколько уровней атмосферы от уровня земли до нижней границы космического пространства, примерно в 110 километрах над поверхностью Земли.

Область примерно от 50 до 110 км (хотя точные расстояния варьируются) представляет особый интерес, поскольку она настолько сложна для изучения, что ранее ее называли «игноросферой». Этот регион расположен слишком низко для наблюдения со спутников и слишком высоко для метеозонда, что приводит к нехватке данных и, как следствие, к нехватке исследований.

Тем не менее, это удивительная область, характеризующаяся обширными глобальными атмосферными приливами и мелкомасштабными гравитационными волнами, которые влияют на ветер и температуру. Это также играет важную роль в интенсивности воздействия явлений космической погоды.

"Набор данных JAWARA (JAGUAR-DAS Whole neutral Atmosphere Reanalysis) - это мощный исследовательский инструмент, который впервые позволяет количественно оценить общую циркуляцию атмосферы и иерархическую структуру волн и вихрей в мезосферном слое (который находится над стратосферой и примерно в 50-90 км над поверхностью Земли) и нижний слой термосферы (примерно на высоте 90-110 км над поверхностью Земли) атмосферы, включая гидросферу", - пояснил профессор Каору Сато из Токийского университета.

"Если мы сможем лучше понять эти слои, это улучшит нашу способность реагировать на изменение климата, увеличит сроки подготовки сезонных прогнозов и улучшит наше понимание явлений космической погоды".

Команда разработала свою новую высокоскоростную систему обработки данных JAGUAR-DAS в рамках международного проекта под руководством Сато.

Система интегрирует данные наблюдений в численную модель, которая затем позволяет получать данные об атмосферных условиях. Результирующий набор данных, названный JAWARA, позволяет проводить детальный анализ общей циркуляции атмосферы и ее иерархической структуры.

"Модели общей циркуляции атмосферы, которые охватывают нижнюю границу космоса, были разработаны лишь ограниченным числом исследовательских институтов по всему миру, включая наш собственный", - сказал Сато.

"Недавние исследования показывают, что экстремальные явления в стратосфере могут начинаться, по крайней мере, в верхних слоях мезосферы. Поэтому количественное выяснение явлений в мезосфере и нижней термосфере чрезвычайно важно для прогнозирования погоды".

Набор данных теперь доступен в открытом доступе, и команда намерена использовать его для изучения крупномасштабной циркуляции и иерархической структуры в атмосфере, а также вертикальных и межполушарных (то есть между Северным и Южным полушариями) связей.

Они также надеются работать в сотрудничестве с учеными-космологами над изучением взаимодействия между атмосферой и космосом, особенно мезосферой (где образуются самые высокие облака) и ионосферой (расположенной в пределах термосферы и примерно в 60-300 км над поверхностью Земли, где базируются многие спутники).

Большие изменения: ЯГУАР= Повторный анализ всей нейтральной атмосферы: ЯВАРА, Прогресс в науке о Земле и планетах (2025). DOI: 10.1186/s40645-024-00674-3

Источник: University of Tokyo