Вывучэнне ўзаемасувязі паміж колькасцю ападкаў і тэмпературай паверхні мора ў трапічных водах
Пендахулуан
Трапічныя воды з'яўляюцца найважнейшым кампанентам глабальнай кліматычнай сістэмы. Гэты рэгіён атрымлівае высокі ўзровень сонечнай радыяцыі круглы год, што робіць трапічныя акіяны рухаючай сілай цыркуляцыі атмасферы і акіяна. Дзве зменныя, якія істотна ўплываюць на дынаміку надвор'я і клімату ў трапічных рэгіёнах, - гэта колькасць ападкаў і тэмпература паверхні мора (ТПМ). Колькасць ападкаў уплывае на даступнасць вады, сельскую гаспадарку і рызыку гідраметэаралагічных катастроф, у той час як ТПМ служыць крыніцай энергіі для ўтварэння канвектыўных аблокаў, трапічных цыклонаў і зменлівасці клімату, такой як Эль-Ніньё - Паўднёвае ваганне (ЭНВА). Разуменне ўзаемасувязі паміж гэтымі двума фактарамі мае вырашальнае значэнне для паляпшэння магчымасцей прагназавання надвор'я і клімату, асабліва ў трапічных астраўных краінах, такіх як Інданезія.
Асноўныя паняцці аб колькасці ападкаў і тэмпературы паверхні мора
У трапічных рэгіёнах ападкі звычайна выпадаюць за кошт канвекцыі. Моцнае награванне паверхні выклікае выпарэнне, у выніку чаго вільготнае паветра падымаецца, астуджаецца, а затым кандэнсуецца, утвараючы аблокі і дождж. Таму наяўнасць вадзяной пары і атмасферныя ўмовы, якія спрыяюць узняццю, маюць вырашальнае значэнне.
Тым часам, тэмпература паветра, якая захоўваецца ў верхніх пластах акіяна, з'яўляецца паказчыкам колькасці цяпла, якое захоўваецца ў верхніх пластах акіяна. Больш цёплая тэмпература паветра, якая павялічвае хуткасць выпарэння, павялічвае вільготнасць паблізу паверхні і забяспечвае схаваную энергію, якая ўзмацняе працэсы канвекцыі. Аднак залежнасць паміж тэмпературай паветра і колькасцю ападкаў не заўсёды лінейная. На колькасць ападкаў таксама ўплываюць вецер, атмасферная стабільнасць, буйнамаштабная дынаміка (мусоны, атмасферныя хвалі) і мясцовыя фактары, такія як тапаграфія і акіянічныя плыні.
Фізічныя механізмы, якія звязваюць SST і ападкі
Сувязь паміж паверхневым тэмпературным рэжымам (ТПМ) і колькасцю ападкаў у трапічных водах можна растлумачыць некалькімі асноўнымі механізмамі:
1. Выпарэнне і падача вадзяной пары
Больш цёплыя тэмпературы паветра (ТПВ) павялічваюць выпарэнне. Чым больш вадзяной пары ў атмасферы, тым большая верагоднасць утварэння дажджавых аблокаў, асабліва калі прысутнічаюць механізмы ўзняцця. У вільготных трапічных рэгіёнах павелічэнне ТПВ на некалькі градусаў можа значна павялічыць паток вадзяной пары.
2. Канвекцыя і парог крытычнай тэмпературы
Кліматычныя даследаванні часта паказваюць на пэўны парог тэмпературы паверхні мора (часта называецца каля 26–27°C), пры якім глыбокая канвекцыя больш верагодная. Калі тэмпература паверхні мора вышэй за гэты парог, атмасфера, як правіла, больш нестабільная, часцей утвараюцца кучава-дажджавыя аблокі і больш верагодныя моцныя ападкі. Аднак гэты парог не з'яўляецца абсалютным, бо на яго ўплываюць трапасферная вільготнасць, зрух ветру і рэгіянальная дынаміка.
3. Буйнамаштабная атмасферная цыркуляцыя
Больш цёплыя тэмпературы паветра ў адным рэгіёне ў параўнанні з навакольнай тэрыторыяй ствараюць градыенты тэмпературы і ціску, якія могуць змяніць кірунак і сілу ветру. Гэта выклікае канвергенцыю паветраных мас над цёплымі водамі і дывергенцыю над больш халоднымі рэгіёнамі. Канвергенцыя прымушае паветра ўздымацца і спрыяе ападкам, у той час як дывергенцыя, як правіла, перашкаджае ўтварэнню аблокаў.
4. Зваротная сувязь паміж воблакам і выпраменьваннем
Калі канвекцыя стварае шчыльныя аблокі, сонечная радыяцыя, якая дасягае паверхні мора, памяншаецца, што прыводзіць да зніжэння хуткасці нагрэву паветра (ТПМ). І наадварот, уначы аблокі могуць прадухіляць страту цяпла ў атмасферу. Гэта двухбаковае ўзаемадзеянне стварае дынамічную сувязь паміж ападкамі і ТПМ: часам ТПМ выклікае ападкі, але дождж і аблокі таксама могуць «астуджаць» ТПМ.
Сезонная зменлівасць: роля мусонаў і ITCZ
У многіх трапічных рэгіёнах, у тым ліку ў Паўднёва-Усходняй Азіі, змены колькасці ападкаў моцна залежаць ад мусонных сістэм. Падчас сезону вільготных мусонаў вятры пераносяць вільготныя паветраныя масы з акіяна да сушы, павялічваючы канвергенцыю і колькасць ападкаў. Больш цёплыя тэмпературы паветра павялічваюць паступленне вадзяной пары, але павелічэнне колькасці ападкаў часта больш моцна абумоўлена зменамі ў саміх мусонных вятрах.
Акрамя мусонаў, значны ўплыў аказвае і зрух у міжтрапічнай зоне канвергенцыі (МЗК). МЗК — гэта пояс нізкага ціску, дзе сыходзяцца пасаты, што выклікае канвекцыю і ападкі. Калі МЗК праходзіць над водамі з адносна высокім тэмпературным рэжымам, інтэнсіўнасць ападкаў можа павялічвацца. І наадварот, калі МЗК знаходзіцца далёка ад пэўнага раёна, колькасць ападкаў паменшыцца, нават калі мясцовы тэмпературны рэжым цёплы.
Міжгадавая зменлівасць: ENSO і IOD
Сувязь паміж паверхневым ціскам паветра (SST) і колькасцю ападкаў таксама відавочная ў міжгадавым маштабе праз такія з'явы, як ENSO і дыполь Індыйскага акіяна (IOD).
– ENSO (Эль-Ніньё і Ла-Нінья)
Падчас Эль-Нінья пацяпленне ў цэнтральна-ўсходняй частцы Ціхага акіяна прыводзіць да зрушэння цэнтру канвекцыі на ўсход, што часта выклікае змяншэнне колькасці ападкаў і засуху ў Інданезіі. І наадварот, Ла-Нінья звычайна павялічвае адносныя тэмпературы мора ў заходняй частцы Ціхага акіяна і ўзмацняе канвекцыю ў марскіх рэгіёнах, павялічваючы колькасць ападкаў і рызыку паводак.
– ІАД (дыполь Індыйскага акіяна)
Падчас фазы станоўчага IOD воды на захад ад Суматры і Явы, як правіла, халаднейшыя, што памяншае канвекцыю і колькасць ападкаў у заходняй Інданезіі, адначасова павялічваючы колькасць ападкаў у заходняй частцы Індыйскага акіяна паблізу Усходняй Афрыкі. Адмоўны IOD звычайна мае супрацьлеглы эфект, павялічваючы патэнцыял ападкаў у заходняй Інданезіі.
Гэтыя дзве з'явы паказваюць, што важныя не толькі лакальныя значэнні SST, але і рэгіянальныя анамаліі SST, якія кіруюць зменамі атмасфернай цыркуляцыі.
Нелінейнасць і фактары, якія ўплываюць на вынікі
Нягледзячы на тое, што цёплыя тэмпературы паветра часта асацыююцца з моцнымі ападкамі, бываюць выпадкі, калі цёплыя тэмпературы паветра не выклікаюць моцных ападкаў. Некаторыя фактары, якія спрыяюць гэтаму, ўключаюць:
– Высокая стабільнасць атмасферы: стабільны атмасферны пласт або наяўнасць тэмпературнай інверсіі могуць перашкаджаць пад'ёму паветра, нават калі вільготнасць высокая.
– Моцныя вертыкальныя зрухавыя вятры: Канвекцыя можа быць фрагментаванай або дэзарганізаванай.
– Пранікненне сухога паветра: сухое паветра ў сярэднім пласце можа перашкаджаць утварэнню дажджавых аблокаў.
– Змены ў акіянічных плынях і ўзняцце вады: узняцце вады астуджае паверхню мора, тым самым памяншаючы канвекцыю ў некаторых прыбярэжных раёнах, напрыклад, на поўдзень ад Явы падчас усходняга мусону.
Такім чынам, SST — гэта «паліўны» стан, але атмасфера вызначае, ці можа гэта паліва быць выкарыстана для ўтварэння дажджу.
Падыход да аналізу ўзаемасувязі паміж паверхняй паверхні і ападкамі
Даследаванні ўзаемасувязі паміж паверхневым тэмпературным рэжымам (ТПМ) і колькасцю ападкаў звычайна выкарыстоўваюць статыстычныя і дынамічныя метады, у тым ліку:
1. Карэляцыя і рэгрэсія для вызначэння сувязі паміж анамаліямі паверхневага халадзільнага перыяду (ТХП) і анамаліямі колькасці ападкаў у пэўным часавым маштабе (месячным, сезонным).
2. Аналіз затрымкі (часавая затрымка), паколькі SST можа папярэднічаць зменам колькасці ападкаў і наадварот. Напрыклад, некалькі тыдняў пацяплення пры SST могуць суправаджацца павелічэннем канвекцыі.
3. Кампазітныя падзеі, такія як параўнанне рэжымаў выпадзення ападкаў падчас моцнага Эль-Нінья і моцнага Ла-Нінья.
4. Лікавыя мадэлі (рэгіянальныя і глабальныя) для праверкі прычынна-выніковых механізмаў і сцэнарыяў змены клімату.
Якасць дадзеных таксама мае вырашальнае значэнне. Тэмпературныя паверхневыя даныя (ТПМ) можна атрымаць са спадарожнікаў і паўторных аналізаў, у той час як дадзеныя аб ападках можна атрымаць са станцыйных назіранняў, радара або спадарожнікавых прадуктаў (напрыклад, TRMM/GPM). Для памяншэння зрушэння часта неабходна аб'яднанне некалькіх крыніц.
Наступствы для прагназавання і змякчэння наступстваў
Разуменне ўзаемасувязі паміж паверхневым тэмпературным рэжымам (ТПМ) і колькасцю ападкаў мае практычныя перавагі. Анамаліі ТПМ у трапічных акіянах могуць быць выкарыстаны ў якасці ранніх індыкатараў для прагназавання сезонаў дажджоў, засух і патэнцыйных паводак. У Інданезіі інфармацыя аб змяненнях ENSO і IOD стала важнай часткай сістэм ранняга папярэджання аб змяненні клімату. Сельскагаспадарчы сектар можа карэктаваць графікі пасадкі, кіраўнікі водных рэсурсаў могуць планаваць аперацыі на вадасховішчах, а ўрад можа палепшыць гатоўнасць да стыхійных бедстваў.
Акрамя таго, у кантэксце змены клімату глабальнае пацяпленне мае тэндэнцыю павялічваць сярэднюю тэмпературу паверхні мора (ТПМ). Гэта можа ўзмацніць гідралагічны цыкл: выпарэнне павялічваецца, атмасфера захоўвае больш вадзяной пары, і інтэнсіўнасць экстрэмальных ападкаў можа павялічыцца, хоць размеркаванне агульнай колькасці ападкаў не заўсёды можа стаць больш раўнамерным. Такім чынам, вывучэнне ТПМ — ападкаў таксама актуальнае для разумення змяненняў у будучых рэжымах выпадзення ападкаў і ацэнкі рызыкі гідраметэаралагічных катастроф.
Выснова
Сувязь паміж колькасцю ападкаў і тэмпературай паверхні мора ў трапічных водах моцная, але складаная. Больш цёплыя тэмпературы паверхні мора звычайна павялічваюць выпарэнне і спрыяюць канвекцыі, што асацыюецца з павелічэннем колькасці ападкаў. Аднак на канчатковы вынік моцна ўплываюць буйнамаштабныя атмасферныя дынамікі, такія як мусоны, міжземнаморскія плыні, паўночна-заходнія плыні і акіянічныя плыні, а таксама мясцовыя ўмовы, такія як апвелінг і акіянічныя плыні. Гэтая сувязь таксама прадугледжвае двухбаковую зваротную сувязь: ападкі і хмары могуць зніжаць тэмпературу паверхні мора, змяншаючы радыяцыю і астуджаючы паверхню. Даследаванні, якія спалучаюць дадзеныя назіранняў, статыстычны аналіз і лікавае мадэляванне, з'яўляюцца ключом да разумення гэтых механізмаў і паляпшэння прагнастычных магчымасцей, што патэнцыйна можа прынесці карысць планаванню развіцця, харчовай бяспецы і змякчэнню наступстваў стыхійных бедстваў у трапічных рэгіёнах.
