Вывучэнне ўзаемасувязі паміж колькасцю ападкаў і тэмпературай паверхні мора ў трапічных водах
Пендахулуан
Трапічныя воды з'яўляюцца ключавым рэгіёнам у глабальнай кліматычнай сістэме, паколькі яны атрымліваюць высокі ўзровень сонечнай радыяцыі на працягу года і з'яўляюцца цэнтрамі ўтварэння канвектыўных аблокаў. У гэтым рэгіёне зменлівасць ападкаў часта цесна звязана з дынамікай акіяна і атмасферы, асабліва з тэмпературай паверхні мора. Вялікая колькасць ападкаў можа выклікаць паводкі, апоўзні і парушыць эканамічную актыўнасць, у той час як дэфіцыт ападкаў можа выклікаць засуху і нагрузку на сельскагаспадарчы сектар і даступнасць вады. Разуменне сувязі паміж колькасцю ападкаў і тэмпературай паверхні мора ў трапічных водах мае вырашальнае значэнне для паляпшэння магчымасцей прагназавання надвор'я і клімату, асабліва ў сезонным і міжгадовым маштабах.
Вывучэнне ўзаемасувязі паміж тэмпературай паветра (ТПМ) і колькасцю ападкаў заснавана на прынцыпе, што акіян з'яўляецца асноўнай крыніцай вадзяной пары ў атмасферы. Невялікія змены ТПМ могуць аказаць значны ўплыў на выпарэнне, стабільнасць атмасферы і ўтварэнне аблокаў. Аднак гэтая ўзаемасувязь не заўсёды простая; на яе ўплываюць вецер, атмасферная «фонавая вільготнасць», цыркуляцыя мусонаў, трапічныя атмасферныя хвалі і нават такія буйныя з'явы, як Эль-Ніньё — паўднёвае ваганне (ЭНПА) і дыполь Індыйскага акіяна (ДІА). Такім чынам, для ацэнкі таго, калі і дзе ТПМ становіцца дамінуючым фактарам змены колькасці ападкаў, неабходны падыход, які спалучае фізічнае разуменне і аналіз дадзеных.
Асноўныя паняцці тэмпературы паверхні мора і колькасці ападкаў
Тэмпература самага верхняга пласта акіяна (звычайна ад некалькіх міліметраў да метраў), які непасрэдна ўзаемадзейнічае з атмасферай. У тропіках больш цёплыя тэмпературы звычайна павялічваюць паток схаванага цяпла за кошт выпарэння. Вільготнае паветра, якое падымаецца з-за нагрэву паверхні, можа ўтвараць канвектыўныя аблокі і выклікаць ападкі, асабліва калі атмасфера дастаткова няўстойлівая і існуюць механізмы ўздыму, такія як канвергенцыя паверхневага ветру.
Трапічныя ападкі ў значнай ступені абумоўлены канвекцыяй — працэсам, пры якім цёплыя, вільготныя паветраныя масы падымаюцца, астуджаюцца і кандэнсуюцца. Паколькі канвекцыя абапіраецца на паступленне вадзяной пары і энергіі, тэмпература паветра (ТПМ) часта лічыцца «палівам» для ападкаў. Аднак высокая тэмпература паветра (ТПМ) не прыводзіць аўтаматычна да значных ападкаў, калі адбываецца маштабнае апусканне глебы, пранікненне сухога паветра або вятры, якія перашкаджаюць росту аблокаў.
Фізічныя механізмы, якія звязваюць SST і дождж
Сувязь паміж паверхневым тэмпературным рэжымам (ТПМ) і колькасцю ападкаў можна зразумець праз некалькі асноўных механізмаў:
1. Выпарэнне і схаваны цеплавы паток
Павышэнне тэмпературы паверхні мора звычайна павялічвае градыент ціску вадзяной пары паміж паверхняй мора і атмасферай, павялічваючы выпарэнне. Гэтая вадзяная пара становіцца будаўнічым блокам для аблокаў. Пры спрыяльных умовах паверхневага ветру выпарэнне становіцца больш эфектыўным. Такім чынам, у раёнах з больш цёплымі тэмпературамі паверхні мора, як правіла, больш высокі патэнцыял ападкаў.
2. Атмасферная стабільнасць і канвекцыя
Цёплыя тэмпературы паверхні зямлі награваюць паветра каля паверхні, узмацняючы атмасферную нестабільнасць. Гэтая нестабільнасць спрыяе канвекцыі і ўтварэнню кучава-дажджавых аблокаў. Аднак, калі верхнія пласты атмасферы таксама цёплыя або прысутнічае інверсія, канвекцыя можа быць стрымлівана.
3. Канвергенцыя і мясцовая цыркуляцыя
Змены тэмпературы паветра (ТПМ) могуць ствараць перапады ціску і правакаваць мясцовыя цыркуляцыі, такія як марскія брызы або зоны канвергенцыі над цёплымі водамі. Канвергенцыя паверхневых вятроў спрыяе ўздыму паветра, павялічваючы верагоднасць ападкаў. У больш шырокім маштабе канвергенцыя ў міжтрапічнай зоне канвергенцыі (МЗК) часта перасякаецца з абласцямі адносна цёплай ТПМ.
4. Водгукі аб колькасці ападкаў на SST
Цікава, што ападкі таксама могуць уплываць на паверхню мора. Моцныя ападкі часта суправаджаюцца павелічэннем воблачнасці, што памяншае сонечную радыяцыю, якая дасягае паверхні акіяна, і ў выніку зніжаецца паверхня мора. Акрамя таго, ападкі і моцны вецер могуць павялічыць перамешванне верхніх слаёў акіяна, прыносячы больш халодную ваду знізу на паверхню. Гэта азначае, што сувязь паміж паверхняй мора і дажджом з'яўляецца двухбаковай і можа ўтвараць зваротную сувязь.
Сезонная зменлівасць у тропіках
У многіх трапічных рэгіёнах, такіх як Інданезія, колькасць ападкаў моцна залежыць ад мусонных сістэм. Падчас сезону вільготных мусонаў вятры пераносяць вільготныя паветраныя масы з велізарных акіянаў на сушу, павялічваючы колькасць ападкаў. Тэмпература паветра (ТПМ) адыгрывае пэўную ролю ў пастаўцы вадзяной пары, але сезонныя ветравыя рэжымы часта кантралююць размеркаванне ападкаў. І наадварот, падчас сухога сезону мусонаў, хоць мясцовыя ТПМ могуць заставацца цёплымі, больш сухі паток паветра або дамінаванне апускання глебы могуць перашкаджаць утварэнню аблокаў. Вось чаму карэляцыя ТПМ і колькасці ападкаў можа змяняцца ў залежнасці ад сезону.
У трапічных водах унутрысезонная зменлівасць, такая як ваганні Мадэна-Джуліяна (МАМ), таксама можа ўзмацняць або аслабляць ападкі на працягу 30–60 дзён. Калі канвектыўная фаза МАМ праходзіць, колькасць ападкаў павялічваецца і часта суправаджаецца астуджэннем паветра з-за аблокаў і перамешвання. Калі фаза заканчваецца, ваганні паветра могуць зноў награвацца з-за павелічэння сонечнай радыяцыі. Гэтая дынаміка дэманструе заканамернасць «ваганні паветра папярэднічаюць ападкам» у некаторых умовах і «дождж папярэднічае ваганням паветра» ў іншых.
Міжгадавая шкала: ENSO і IOD
З'ява ЭНСО з'яўляецца асноўным фактарам зменлівасці трапічнага клімату. Падчас фазы Эль-Ніньё пацяпленне ў цэнтральна-ўсходняй частцы Ціхага акіяна зрушвае цэнтр канвекцыі на ўсход. У многіх марскіх рэгіёнах, такіх як Інданезія, колькасць ападкаў змяншаецца з-за зніжэння канвекцыі, хоць мясцовыя тэмпературы паверхні сонца часам не значна халаднейшыя. І наадварот, Ла-Нінья, як правіла, узмацняе канвекцыю ў заходняй частцы Ціхага акіяна і павялічвае колькасць ападкаў у Інданезіі.
Індыйскі акіян з дадатным тэмпературным узроўнем адыгрывае важную ролю. Падчас станоўчага тэмпературнага ўзроўня вады на захад ад Суматры і Явы вады, якія знаходзяцца на захад ад яе, звычайна халаднейшыя, а заходняя частка Індыйскага акіяна награваецца. Гэтае астуджэнне паблізу Інданезіі памяншае выпарэнне і канвекцыю, што часта выклікае засухі на поўдні Інданезіі. Калі тэмпература вады з адмоўным тэмпературным узроўнем, вады паблізу Інданезіі цяплейшыя і спрыяюць павелічэнню колькасці ападкаў, асабліва калі яны суправаджаюцца Ла-Нінья. Узаемадзеянне ЭНСО і тэмпературнага ўзроўня вады з адмоўным тэмпературным узроўнем можа як узмацняць, так і процідзейнічаць узаемаадносінам, таму аналіз сувязі паміж паверхневым тэмпературным узроўнем і колькасцю ападкаў павінен улічваць абодва фактары.
Падыход да аналізу ўзаемасувязі паміж паверхняй паверхні і ападкамі
Навуковыя даследаванні звычайна выкарыстоўваюць дадзеныя назіранняў і паўторнага аналізу, такія як спадарожнікавыя дадзеныя SST, спадарожнікавыя дадзеныя аб ападках (TRMM, GPM) і дадзеныя станцый вымярэння ападкаў. Некаторыя распаўсюджаныя метады ўключаюць:
– Прасторавая карэляцыя і рэгрэсія: ацэньвае сілу сувязі паміж паверхневым тэмпературным рэжымам (ТПМ) і колькасцю ападкаў на пэўнай сетцы. Аднак карэляцыя не заўсёды азначае прычынна-выніковую сувязь.
– Карэляцыя затрымкі (карэляцыя з часовай затрымкай): правярае, ці папярэднічаюць змены ў SST зменам колькасці ападкаў, ці наадварот. Гэта важна для ацэнкі прагнастычнага патэнцыялу.
– Спектральны і вейвлет-аналіз: вызначэнне ўнутрысезонных і міжгадавых перыядычнасцей, якія звязваюць іх.
– Кампазіт падзей: параўнанне ўмоў SST падчас моцнага дажджу і моцнай засухі.
– Лікавыя мадэлі і звязаныя мадэлі: тэставанне фізічных механізмаў з дапамогай узаемадзеяння мадэлявання атмасферы і акіяна.
На практыцы даследчыкам таксама неабходна звяртаць увагу на хібнасці спадарожнікавых дадзеных (напрыклад, цяжкасці з вымярэннем колькасці ападкаў у горных раёнах або падчас пэўнай воблачнасці) і прасторавае разрозненне, паколькі працэсы канвекцыі могуць быць вельмі лакальнымі.
Наступствы для прагназавання і кіравання рызыкамі
Разуменне ўзаемасувязі паміж тэмпературным узроўнем мора (ТПМ) і колькасцю ападкаў у трапічных водах мае значныя перавагі. Па-першае, ТПМ адносна лёгка кантраляваць шырока і бесперапынна ў параўнанні з ападкамі на сушы, якія абапіраюцца на сетку станцый. Калі залежнасць паміж ТПМ і колькасцю ападкаў у пэўным рэгіёне і сезоне дастаткова моцная, ТПМ можа служыць раннім індыкатарам для прагнозаў сезонных ападкаў. Па-другое, гэтая інфармацыя можа дапамагчы ў раннім папярэджанні аб засухе, кіраванні вадасховішчамі, складанні графікаў пасадкі і падрыхтоўцы да паводак.
Аднак трапічныя сістэмы вельмі складаныя. Паспяховыя прагнозы залежаць не толькі ад SST, але і ад атмасферных умоў, такіх як вецер, вільготнасць і буйнамаштабная дынаміка (ENSO, IOD, MJO). Таму найлепшым падыходам з'яўляецца інтэграцыя: спалучэнне паказчыкаў SST з кліматычнымі індэксамі і фізічнымі і статыстычнымі прагнастычнымі мадэлямі.
Выснова
Даследаванні ўзаемасувязі паміж колькасцю ападкаў і тэмпературай паверхні мора ў трапічных водах паказваюць моцную, але не заўсёды лінейную залежнасць. Больш цёплыя тэмпературы паверхні мора (ТПМ) маюць тэндэнцыю павялічваць выпарэнне і падтрымліваць канвекцыю, што патэнцыйна павялічвае колькасць ападкаў. І наадварот, дождж і аблокі могуць астуджаць ТПМ, памяншаючы радыяцыю і перамешванне акіяна. Сезонная, унутрысезонная і міжгадавая зменлівасць — пад уплывам мусонаў, максімальных ёмістасцей мора (МЁ), тэмпературы паверхні мора (ЭНСО) і тэмпературы акіяна (ІОА) — вызначае, калі ТПМ з'яўляюцца асноўнай рухаючай сілай ападкаў, а калі атмасферныя фактары больш дамінуюць. Пры правільным аналізе дадзеных і разуменні фізічных механізмаў залежнасць паміж ТПМ і тэмпературай паверхні мора можа быць выкарыстана для паляпшэння кліматычных прагнозаў і зніжэння рызыкі гідраметэаралагічных катастроф у тропіках.
