Программа "Глобальная атмосфера тропического океана" - Tropical Ocean Global Atmosphere program

Программа глобальной атмосферы тропического океана ( TOGA ) представляла собой десятилетнее исследование (1985–1994 годы) Всемирной программы исследований климата (ВПИК), направленное конкретно на предсказание климатических явлений во временных масштабах от месяцев до лет.

TOGA подчеркнула тропические океаны и их связь с глобальной атмосферой . В основе TOGA лежит предпосылка о том, что динамическое приспособление океана в тропиках происходит намного быстрее, чем в более высоких широтах . Таким образом, возмущения, исходящие из западной части Тихого океана (такие как Эль-Ниньо ), могут распространяться по бассейну в течение нескольких недель по сравнению с годами при соответствующем распространении в масштабах всего бассейна на более высоких широтах. Значение более коротких масштабов динамического времени вблизи экватора состоит в том, что они подобны таковым для высокоэнергетических атмосферных мод. Это подобие позволяет формировать связанные моды между океаном и атмосферой. TOGA сыграла важную роль в разработке комплексной системы наблюдений за экваториальной частью Тихого океана и заложила важную основу для прогнозирования ЭНСО, усвоения данных и понимания взаимодействия между воздухом и морем.

Предпосылки и мотивация

Корни программы TOGA можно проследить до 1920-х годов и работы сэра Гилберта Уокера над тем, что стало известно как Южное колебание, очевидная связь между аномалиями атмосферного давления по всему Тихому океану, которые, по-видимому, были основным фактором погодных условий. . Эта работа была продолжена Якобом Бьеркнесом в 1960-х годах, когда он укрепил связь между феноменом Эль-Ниньо, аномалией тепла зимой в обычно прохладной воде у побережья Перу, с южным колебанием. Комбинированное Эль-Ниньо - Южное колебание, или ЭНСО, оказалось одним из основных факторов сезонной изменчивости климата с последствиями как для человека, так и для экономики. Изучение этих взаимосвязанных явлений продолжалось в 1970-х и 1980-х годах посредством различных наблюдательных и модельных исследований, включая открытие экваториальных волн Кельвина , потенциальных предшественников явления ЭНСО.

Имея это в виду, Всемирная программа исследований климата начала планировать десятилетнюю исследовательскую инициативу, направленную на понимание взаимодействия океана и атмосферы в тропических океанских бассейнах. Цели этой программы были подтверждены, когда в 1982–1983 годах произошло крупное явление Эль-Ниньо, на тот момент самое сильное на сегодняшний день, без предварительного предсказания или обнаружения. Это особенно сильное событие было отмечено засухой, наводнением, экстремальной жарой и сильными штормами. Эти события четко определили потребность в улучшенных механизмах прогнозирования для ENSO и потребность в надежных данных в реальном времени для поддержки прогнозирования.

Запуск и научные цели TOGA

TOGA была запущена в 1985 году с целью изучения изменчивости океана и атмосферы во всех трех тропических океанских бассейнах. В центре внимания Соединенных Штатов был Тихоокеанский бассейн, финансирование осуществлялось Национальной ассоциацией океанической атмосферы (NOAA), Национальным научным фондом (NSF) и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Конкретные цели и научные задачи TOGA:

  • Получить описание тропических океанов и глобальной атмосферы как системы, зависящей от времени, чтобы определить степень предсказуемости системы во временных масштабах от месяцев до лет и понять механизмы и процессы, лежащие в основе ее предсказуемости.
  • Изучить возможность моделирования парной системы океан-атмосфера с целью прогнозирования ее изменения во временных масштабах от месяцев до лет; а также
  • Обеспечить научную основу для разработки системы наблюдений и передачи данных для оперативного прогнозирования, если такая возможность будет продемонстрирована с помощью связанных моделей океана и атмосферы.

Для достижения целей TOGA была запланирована и реализована стратегия крупномасштабного долгосрочного мониторинга верхнего слоя океана и атмосферы, интенсивных и очень конкретных исследований, ориентированных на процесс, и моделирования в рамках серии национальных, многонациональных и международные усилия. Работа по моделированию координировалась группой численных экспериментов TOGA (TOGA NEG).

Система наблюдения

Программа TOGA создала передовую систему наблюдений за океаном для поддержки исследований и прогнозов теплых циклов ЭНСО. Несмотря на то, что использовались традиционные методы, такие как использование подходящих кораблей и мареографов для внутренних водоемов, главным достижением стало развертывание массива тропической атмосферы и океана (TAO).

TAO Array - это совместное предприятие NOAA и Тихоокеанской морской экологической лаборатории (PMEL), состоящее из 70 заякоренных буев, размещенных вдоль экваториальной части Тихого океана, обеспечивающих данные о ветре, температуре поверхности моря и глубоководных глубинах океана в режиме реального времени с использованием автономной системы сбора данных о температуре АТЛАС).

Кроме того, ученые, участвующие в программе, использовали множество спутниковых продуктов, хотя они не были специально созданы для этой программы. Наиболее важными были усовершенствованный радиометр сверхвысокого разрешения NOAA (AVHRR) для измерения температуры поверхности моря, Topography Experiment (TOPEX) / Poseidon для определения высоты морской поверхности и различные оборонительные пассивные микроволновые спутники для измерения скорости ветра.

В целом сочетание спутниковых данных и данных на местах с доступом в реальном времени оказалось критически важным для успеха программы.

TOGA COARE

С 1992 по 1993 год был проведен специальный полевой проект, известный как «Эксперимент по исследованию сопряженной атмосферы океана» (TOGA-COARE). Четырехмесячные усилия включали 1200 человек, более 16 000 корабельных часов, 125 полетов самолетов и выпуск 12 000 радиозондов . Его основная задача заключалась в том, чтобы исследовать западный регион тихоокеанских бассейнов с потеплением специально на предмет:

  • Методы взаимодействия океана и атмосферы
  • Механизмы, организующие конвекцию
  • Реакция океана на комбинированное воздействие плавучести и ветрового стресса
  • Атмосферные / океанические взаимодействия, влияющие на другие регионы

Эксперимент TOGA-COARE привел к лучшему пониманию изменчивости атмосферы и океана в межсезонных масштабах, включая такие явления, как колебания Мэддена – Джулиана и порывы западного ветра. Кроме того, программа COARE обеспечила улучшения в параметризации модели для кучевых облаков, перемешивания океана и потоков воздуха и моря.

Полученные результаты

Программа TOGA напрямую привела к лучшему теоретическому пониманию цикла ЭНСО, включая взаимодействие между вариациями пассата и температурой морской поверхности. Кроме того, это помогло объяснить эволюцию, развитие и распад событий ENSO.

В результате TOGA были разработаны модели сезонных прогнозов (как статистические, так и динамические). Улучшение этого показателя привело к первому успешному прогнозу ЭНСО в 1986 году, и ежегодные прогнозы составлялись до окончания программы.

Воздействие TOGA вышло за рамки чисто научных открытий, но изменило способ ведения работы в области океанографии и метеорологии. Программа TOGA наладила новое сотрудничество между океанографами и метеорологами и способствовала формированию новой культуры открытого доступа к данным. Вместо того, чтобы каждое исследование собирало и использовало свои собственные данные, теперь данные стали доступны всем бесплатно в режиме реального времени.

Возможно, самым большим успехом программы TOGA было успешное предсказание и мониторинг Эль-Ниньо 1997-1998 годов, одного из крупнейших событий Эль-Ниньо в истории. Только при наличии результатов и методов сбора данных, изложенных в программе TOGA, такой оперативный успех станет возможным.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки