CP v2

Tag: Klimato modeliai

  • Antarktidos debesys glumina klimato modelius: mokslininkai pripažįsta, kad trūksta atsakymų

    Antarktidos debesys glumina klimato modelius: mokslininkai pripažįsta, kad trūksta atsakymų

    Kodėl Antarktida taip svarbi?

    Antarktidos ir Pietų vandenyno debesys – vienas didžiausių neapibrėžtumų, kai kalbama apie pasaulio klimato prognozes. Nors modeliai dažnai atkuria bendrą debesuotumo vaizdą, jie gali klaidingai įvertinti, kiek šilumos iš atmosferos pasiekia paviršių.

    Nauja analizė, paremta Japonijos Antarktidos ekspedicijos JARE64 matavimais, rodo, kad neatitikimai ypač ryškūs energijos balanse. Tai reiškia, kad net ir „teisingai“ pavaizduoti debesys modeliuose gali duoti neteisingą šilumos srautų rezultatą.

    Ekspedicijos duomenys atskleidė spragą

    Matavimai buvo atliekami ledlaužyje R/V Shirase nuo 2022 metų gruodžio iki 2023 metų kovo. Mokslininkai registravo debesų savybes, atmosferos temperatūrą ir drėgmę, spinduliuotę paviršiuje bei aerozolių, ore esančių smulkių dalelių, koncentraciją.

    Surinkti duomenys buvo palyginti su dviem plačiai naudojamais atmosferos duomenų rinkiniais ERA5 ir MERRA-2, taip pat su klimato modeliu CAM-ATRAS. Visi trys šaltiniai gana neblogai atkartojо bendrą debesų pasiskirstymą, tačiau atsirado esminiai skirtumai detalėse.

    ERA5 ir MERRA-2 dažniau nei realybėje „matė“ žemus debesis virš Pietų vandenyno. CAM-ATRAS geriau atitiko stebėjimus tiek pagal debesų dažnį, tiek pagal fazę, tai yra santykį tarp skystų vandens lašelių ir ledo kristalų.

    Didžiausia bėda – šilumos srautai

    Didžiausias neatitikimas paaiškėjo vertinant energiją: visi analizuoti modeliai ir duomenų rinkiniai nuvertino ilgabangės atmosferos spinduliuotės kiekį, pasiekiantį paviršių. Kitaip tariant, skaičiavimai rodė per mažai iš dangaus sklindančios šilumos net tada, kai modeliai prognozavo daug žemų debesų.

    Viena galimų priežasčių – netiksliai pavaizduota debesų mikrostruktūra. Jei modelyje debesyse „per daug“ ledo ir „per mažai“ skysto vandens, tokie debesys gali išspinduliuoti mažiau šiluminės energijos žemyn, nei vyksta realybėje.

    Prie problemos prisideda ir atmosferos temperatūros paklaidos: jei modeliai turi tendenciją „atšaldyti“ orą, spinduliuotės balansas natūraliai bus iškreiptas. Šie du veiksniai kartu gali reikšmingai paveikti skaičiavimus, susijusius su ledo danga ir regiono šiltėjimo tempu.

    Tyrėjai atskirai įvertino aerozolių poveikį, nes tokios dalelės gali keisti debesų formavimąsi ir jų savybes. ERA5 ir MERRA-2 aerozolių koncentracijos buvo didesnės nei išmatuotos ekspedicijos metu, todėl CAM-ATRAS modelyje buvo imituotas didesnis aerozolių kiekis.

    Padidinus aerozolių emisijas modelyje, iš tiesų formavosi daugiau žemų debesų, tačiau tai tik ribotai pakeitė paviršių pasiekiantį spinduliuotės kiekį. Tai rodo, kad vien debesų „skaičiaus“ koregavimas problemos neišsprendžia, svarbios ir jų fizinės savybės.

    Šios išvados svarbios ne tik Antarktidai: Pietų vandenynas veikia pasaulinę šilumos apytaką ir daro įtaką tam, kaip greitai šyla planeta. Debesys čia vienu metu atlieka dvi priešingas funkcijas: atspindi Saulės šviesą, bet kartu sugeria ir spinduliuoja šilumą, todėl net maža klaida gali turėti didelį efektą prognozėms.

    Mokslininkai pabrėžia, kad viena pagrindinių priežasčių, kodėl modeliai klysta, yra tiesioginių stebėjimų trūkumas Antarktidoje ir aplinkiniuose vandenyse. Pasak jų, geriau išnaudojant jau surinktus, bet iki šiol nepakankamai įtrauktus matavimus, būtų galima sumažinti modelių paklaidas ir patikslinti ateities klimato scenarijus.

  • Mokslininkai atskleidė nematomą šiltų debesų paslaptį: štai kur iš tikrųjų gimsta lietus

    Mokslininkai atskleidė nematomą šiltų debesų paslaptį: štai kur iš tikrųjų gimsta lietus

    Ilgą laiką atmosferos moksluose vyravo paprasta taisyklė: kad iš debesų iškristų lietus, dažnai prireikia ledo kristalų, padedančių lašams „užaugti“ iki pakankamo dydžio. Tačiau didelė dalis kritulių, ypač tropikuose, susidaro vadinamuosiuose šiltuose debesyse, kuriuose temperatūra išlieka virš nulio.

    Būtent šių debesų viduje lietaus pradžia dešimtmečius buvo laikoma viena didžiausių mįslių. Neapibrėžtumas tiesiogiai veikia ir orų prognozių tikslumą, ir klimato modelius, nes debesys lemia, kaip Žemė atspindi, sugeria ir išspinduliuoja energiją.

    Naujas „mikroskopas“ debesyse

    Maxo Plancko Dinamikos ir saviorganizacijos instituto komanda šiai problemai spręsti pasitelkė „CloudKite“ – helio pripildytą baliono ir aitvaro hibridą, skirtą tyrinėti žemai skriejančius kamuolinius debesis. Skirtingai nei lėktuvai ar dronai, ši sistema leidžia ilgiau ir stabiliau rinkti itin tankius matavimus toje pačioje debesies zonoje.

    Prietaisas turi specialiai pritaikytas optines sistemas, kurios fiksuoja lašelių dydžius ir jų pasiskirstymą erdvėje dideliu dažniu. Taip mokslininkai gali kurti trimačius vaizdus ir matyti procesus nuo mikrometrų iki kilometrų mastelio.

    Kur prasideda lietus šiltuose debesyse?

    Tyrėjai nustatė, kad lašelių „susibūrimas“ šiltuose debesyse nevyksta tolygiai visame debesyje. Vietoje to formuojasi labai lokaliniai, trumpalaikiai „karštieji taškai“, kuriuose lašeliai išsidėsto neįprastai tankiai.

    Šie ploteliai gali būti mažesni nei vieno metro mastelio, o atstumai tarp lašelių juose siekia maždaug milimetrą. Tokiose sąlygose susidūrimų ir susiliejimo tikimybė smarkiai išauga, todėl būtent čia lašeliai greičiausiai peržengia kritinę ribą ir pradeda virsti lietaus lašais.

    „Kadangi lašeliai ten susitelkia, jų susidūrimai tampa gerokai labiau tikėtini“, – sakė tyrimo autorė Birte Thiede.

    Šis rezultatas taip pat padeda paaiškinti, kodėl ankstesni stebėjimai kartais rodė silpnesnį ar „išplautą“ susitelkimo signalą. Jei matavimai apibendrinami dideliame plote, smulkūs židiniai tiesiog pasimeta bendrame vidurkyje.

    Kodėl tai svarbu prognozėms?

    Mokslininkai pabrėžia, kad „karštieji taškai“ nebūtinai tiesiogiai sutampa su didžiausia lašelių koncentracija ar vidutiniu jų dydžiu. Tai leidžia įtarti, kad esminį vaidmenį gali atlikti debesų turbulencija ir kiti dinaminiai procesai, kuriuos komanda toliau analizuoja.

    Tikslesnis supratimas, kaip šiltuose debesyse užsiveda susidūrimų grandinė ir kaip greitai auga lašai, gali pagerinti kritulių parametrizaciją skaitmeniniuose modeliuose. Praktinis rezultatas būtų patikimesnės trumpojo laikotarpio orų prognozės ir tvirtesnės prielaidos vertinant klimato kaitos scenarijus, ypač regionuose, kur šilti debesys generuoja didelę dalį kritulių.

    Tyrimo autoriai planuoja naujas „CloudKite“ ekspedicijas ir kituose regionuose, įskaitant Amazonę, Baltijos jūros apylinkes ir Suomiją. Tikslas – patikrinti, kaip skirtingomis sąlygomis formuojasi minėti židiniai ir kiek jie keičia lietaus atsiradimo greitį.

    Tyrimas publikuotas mokslo žurnale PNAS.

  • Tropikų liūčių sezonas gali vėluoti dvi savaites: mokslininkai įspėja dėl galingesnių audrų

    Tropikų liūčių sezonas gali vėluoti dvi savaites: mokslininkai įspėja dėl galingesnių audrų

    Klimato kaita reiškia ne tik vidutinės temperatūros kilimą, bet ir didesnį orų nepastovumą. Mokslininkai vis dažniau pabrėžia, kad būtent ekstremalūs reiškiniai, o ne metiniai vidurkiai, lemia didžiausią žalą žmonėms ir ūkiui.

    Naujas tyrimas rodo, kad tropikuose svarbų vaidmenį gali suvaidinti organizuotos audrų sankaupos, vadinamos mezomastelio konvekcinėmis sistemomis. Tai didžiuliai perkūnijų kompleksai, galintys apimti šimtus kilometrų ir tęstis valandų valandas, sukeldami staigius potvynius.

    Publikacijoje Nature Geoscience tyrėjai pritaikė didelės raiškos klimato modelį, kuris geriau atkuria tokių audrų struktūrą nei įprasti, stambesnio mastelio modeliai. Jų skaičiavimai parodė, kad esant dideliam atšilimo scenarijui, sezoninis tokių liūčių ciklas gali smarkiai pasikeisti.

    Skaičiavimuose audros susiformuodavo maždaug 10–15 dienų vėliau nei įprasta, o prasidėjus sezonui krituliai tapdavo gerokai intensyvesni. Tyrime nurodoma, kad liūčių stiprumas gali didėti apie 38–45 proc., nors tai nėra konkreti prognozė kiekvienam regionui, o jautrumo eksperimentas.

    Tyrėjai aiškina, kad svarbus veiksnys yra atmosferos cirkuliacija, įskaitant Hadley ląsteles, kurios perneša šilumą ir drėgmę tarp tropikų ir subtropikų. Šylant klimatui atmosfera gali kaupti daugiau drėgmės ir energijos, tačiau sezoniniai persitvarkymai vyksta lėčiau, todėl liūčių pikas nuslenka į vėlesnį laiką.

    Kai krituliai persikelia į trumpesnį ir vėlesnį laikotarpį, pasekmės gali būti ypač ryškios. Žemės ūkyje tai reiškia kitokius sėjos ir derliaus nuėmimo langus, vandens išteklių valdyme – didesnę sausrų riziką sezono pradžioje, o vėliau – staigius potvynius.

    Tyrimas primena ir ankstesnius pavyzdžius, kai organizuotos audrų sistemos sukeldavo didelio masto nelaimes. Pavyzdžiui, 2020 metais Sahelio regione liūtys paveikė daugiau nei 2 000 000 žmonių, sunaikino beveik 200 000 namų ir, kaip nurodo tyrimo autoriai, prisidėjo prie 417 mirčių 18 šalių.

    Mokslininkai pabrėžia, kad ši sritis ypač svarbi todėl, jog daugelis tradicinių klimato modelių prastai atkuria būtent tas sistemas, kurios realiai atneša didžiausius kritulius. Didesnės raiškos modeliavimas leidžia geriau įvertinti ne tik, kiek lis per metus, bet ir kada lis bei kokio stiprumo bus liūtys.

    Kartu akcentuojama, kad blogiausio scenarijaus trajektorijos, naudotos jautrumo bandymuose, pastaraisiais metais vertinamos atsargiau dėl energetikos transformacijos ir spartėjančios atsinaujinančių išteklių plėtros. Vis dėlto net ir nuosaikesnio atšilimo sąlygomis ekstremalių kritulių stiprėjimas laikomas vienu patikimiausių klimato kaitos signalų.

  • Saulės elektrinės Sacharoje: modeliai rodo tamsius lietaus debesis ir netikėtus klimato pokyčius

    Saulės elektrinės Sacharoje: modeliai rodo tamsius lietaus debesis ir netikėtus klimato pokyčius

    Idėja, kuri keičia dykumą

    Planuojant milžiniškas saulės elektrines dykumose dažnai pabrėžiami akivaizdūs privalumai: itin daug saulės, didžiuliai laisvi plotai ir galimybė gaminti elektrą be tiesioginių išmetimų. Tačiau klimato modeliai rodo, kad toks sprendimas gali keisti ne tik energetikos balansą, bet ir pačias vietos oro sąlygas.

    Sachara įprastai siejama su itin mažu kritulių kiekiu ir didele šilumos spinduliuote nuo šviesaus smėlio. Būtent ši „sausa stabilumo būsena“ daro regioną patrauklų saulės energetikai, bet kartu reiškia, kad net dideli paviršiaus pokyčiai gali turėti neproporcingai stiprų poveikį atmosferai.

    Kodėl tamsūs moduliai svarbūs

    Esminis skirtumas tarp natūralaus dykumos paviršiaus ir saulės modulių yra atspindžio savybės. Šviesus smėlis nemažą dalį saulės energijos atspindi atgal į atmosferą, o tamsūs moduliai ją sugeria, todėl keičiasi paviršiaus šilumos balansas.

    Mažame plote toks efektas gali atrodyti menkas, tačiau, kai kalbama apie milijonus modulių, bendras sugertos energijos kiekis tampa reikšmingas. Dėl to padidėja paviršiaus įšilimas, o kartu ir šilumos srautas į viršutinius atmosferos sluoksnius.

    Kaip gali formuotis debesys ir krituliai

    Kai šiltas oras virš įkaitusio paviršiaus kyla greičiau, stiprėja konvekcija, o kartu intensyvėja oro masių maišymasis. Kylantis oras „įtraukia“ aplinkinį orą ir kelia jį aukštyn, kur temperatūra žemesnė, todėl ore esanti drėgmė ima kondensuotis.

    Nors dykumoje drėgmės mažai, jos atmosferoje vis tiek yra, o staigesnis kilimas gali būti pakankamas debesuotumui susiformuoti. Kai kuriais scenarijais modeliuojami tamsesni, tankesni lietaus debesys, kurie įprastomis sąlygomis tokio tipo regionuose susidaro retai.

    „Saulės moduliai nesukuria drėgmės iš niekur, bet gali pakeisti, kaip ji juda ir kur susitelkia“, – teigia tyrėjų išvadų esmę apibendrina klimato modeliavimo darbai, nagrinėję labai didelių saulės parkų poveikį dykumų atmosferai.

    Galimas grįžtamasis ryšys

    Jei dėl pasikeitusių sąlygų kritulių vietomis padaugėtų, tai teoriškai galėtų paskatinti augmenijos plėtrą. Augalija, savo ruožtu, keičia paviršiaus atspindį ir drėgmės apykaitą, todėl poveikis gali stiprėti per grįžtamojo ryšio mechanizmus.

    Tokie pokyčiai nebūtinai būtų tolygūs: rezultatai priklausytų nuo elektrinių masto, išdėstymo, technologinių sprendimų, vietinių vėjų ir drėgmės pernašos. Dėl to mokslininkai pabrėžia, kad vien tik energijos gamybos skaičiavimų nepakanka, ypač kai planuojami itin dideli projektai.

    Ką tai reiškia energetikai

    Saulės energetika išlieka vienu svarbiausių kelių mažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimus, tačiau didžiulis projektų mastas gali turėti lokalių aplinkos pasekmių. Diskusija vis dažniau krypsta į tai, kaip suderinti švarią generaciją su ekosistemų ir klimato sistemų stabilumu.

    Praktikoje tai reiškia, kad planuojant milžiniškus saulės parkus dykumose reikėtų vertinti ne tik prijungimo prie tinklų ar energijos kainos klausimus, bet ir albedo pokyčius, šilumos srautus, vėjo režimus bei galimą poveikį kritulių pasiskirstymui. Kitaip tariant, net ir švarūs sprendimai turi būti projektuojami taip, kad nenumatytos pasekmės netaptų nauja problema.