Ученые создали набор данных по атмосфере от Земли до края космоса

Фото из открытых источников

Группа под руководством исследователей из Токийского университета создала набор данных по всей атмосфере, что позволило провести новые исследования в ранее труднодоступных для изучения регионах. Используя новую систему усвоения данных JAGUAR-DAS, которая объединяет численное моделирование с данными наблюдений, группа создала почти 20-летний набор данных, охватывающий несколько уровней атмосферы от уровня земли до нижних границ космоса. Возможность изучать взаимодействие этих слоев по вертикали и по всему миру может улучшить моделирование климата и сезонное прогнозирование погоды. Существует также потенциал для междисциплинарных исследований между учеными, изучающими атмосферу, и учеными, изучающими космос, чтобы изучить взаимодействие между космосом и нашей атмосферой и то, как оно влияет на нас на Земле.  

Жалобы на погоду и на синоптиков, когда они ошибаются, — популярное времяпрепровождение для многих. Но работа метеоролога не из легких. Наша атмосфера многослойна, взаимосвязана и сложна, а глобальное изменение климата еще больше затрудняет прогнозирование как долгосрочных, так и внезапных экстремальных погодных явлений. 

Чтобы помочь преодолеть эти растущие проблемы, 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 космоса, примерно в 110 километрах над поверхностью Земли. Область между примерно 50 км и 110 км (хотя точные диапазоны различаются) представляет особый интерес, поскольку она настолько известна своей сложностью изучения, что ранее ее называли «игноросферой». Эта область слишком низка для спутников и слишком высока для наблюдений с помощью метеозондов, что приводит к нехватке данных и, следовательно, исследований. Тем не менее, это увлекательная область, характеризующаяся обширными глобальными атмосферными приливами и мелкомасштабными гравитационными волнами, которые влияют на ветер и температуру. Она также играет важную роль в интенсивности воздействия космических погодных явлений.

«Набор данных JAWARA (JAGUAR-DAS Whole neutral Atmosphere Reanalysis) — это мощный исследовательский инструмент, который впервые позволяет количественно понять общую циркуляцию атмосферы и иерархическую структуру волн и вихрей в мезосферном слое (который находится выше стратосферы и примерно в 50–90 км над поверхностью Земли) и нижнем термосферном слое (примерно в 90–110 км над поверхностью Земли) атмосферы, включая игноросферу», — пояснил профессор Каору Сато из Токийского университета. «Если мы сможем лучше понять эти слои, это улучшит нашу способность реагировать на изменение климата, увеличит время выполнения сезонных прогнозов и улучшит наше понимание явлений космической погоды».

Команда разработала свою новую высокоскоростную систему усвоения данных JAGUAR-DAS в рамках международного проекта под руководством Сато. Система интегрирует данные наблюдений в числовую модель, которая затем может производить данные об атмосферных условиях. Полученный набор данных, названный JAWARA, позволяет выполнять подробный 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 стратосферные явления могут начинаться по крайней мере в верхней мезосфере. Поэтому количественное объяснение явлений в мезосфере и нижней термосфере чрезвычайно важно для прогнозирования погоды». 

Набор данных теперь находится в открытом доступе, и команда намерена использовать его для изучения крупномасштабной циркуляции и иерархической структуры в атмосфере, а также вертикальных и межполушарных (т. е. между Северным и Южным полушарием) связей. Они также надеются работать в сотрудничестве с космическими учеными для изучения взаимодействия между атмосферой и космосом, в частности мезосферой (где формируются самые высокие облака) и ионосферой (расположенной внутри термосферы и примерно в 60-300 км над поверхностью Земли, где базируются многие спутники).