Берег как дирижёр дождя ✎

Оригинал: "Global detection and analysis of coastline associated rainfall using an objective pattern recognition technique"
arXiv:1501.06265 · 2015-01-26 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Спутниковые данные показали, что до 60% осадков в прибрежных тропиках рождается из-за встречи суши и моря.

Контекст

Дождь над побережьем ведёт себя иначе, чем в открытом океане или в глубине континента. Днём суша нагревается быстрее воды, и влажный воздух поднимается над берегом, а ночью картина меняется. Такие бризовые циркуляции создают характерные полосы осадков, вытянутые вдоль берега. Однако до сих пор не было способа отделить эти «береговые» дожди от фоновых осадков на глобальном уровне. Работа стоит на отшибе: ближайшие исследования в архиве касаются прогноза засух, локальных наблюдений или ливней из пикселей, но никто не пытался выделить именно вклад береговой линии в планетарном масштабе.

Методы

Авторы взяли спутниковые оценки осадков CMORPH с шагом 0,25° за 1998–2013 годы. На каждом трёхчасовом снимке они находили области дождя, которые ярче окружающего фона, не слишком велики (меньше 10⁶ км²) и вытянуты вдоль берега. Для этого каждый контур осадков вписывали в эллипс и проверяли его ориентацию относительно линии побережья. Пороговые значения подбирали не вручную, а собрали ансамбль из 27 комбинаций параметров, чтобы результат не зависел от субъективного выбора.

Результаты

Над Малайским архипелагом, Панамским заливом, Мадагаскаром и Средиземноморьем от 40 до 60% всех осадков оказались связаны с берегом. В отдельных районах архипелага эта доля достигает 66%. Суточный цикл таких дождей выражен сильнее, чем у обычных: над сушей пик приходится на вечер, над морем — на раннее утро. Разброс между 27 вариантами алгоритма составил в среднем 4% от среднего, что говорит об устойчивости метода. Во время подавленной фазы Маддена–Джулиана и в годы Эль-Ниньо именно береговые дожди удерживали осадки над островами, хотя над океаном их становилось меньше.

Значение

Работа впервые даёт глобальную карту осадков, порождённых взаимодействием суши и моря. В отличие от соседних исследований, которые либо описывают отдельные случаи, либо предсказывают засухи, здесь применён объективный геометрический подход ко всей планете. Это позволяет проверять, насколько хорошо климатические модели воспроизводят береговую конвекцию, и выявлять условия, при которых она возникает.

Развитие

Алгоритм можно запускать на любых сеточных данных об осадках: от более новых спутниковых продуктов до результатов моделей с высоким разрешением. Это откроет путь к изучению того, как береговые дожди реагируют на изменение климата и насколько точно разные модели передают их суточный ход.

Влияние

Метод пригодится метеорологам для оценки прогнозов в прибрежных зонах и разработчикам параметризаций конвекции в климатических моделях.

Следующие шаги

Стоит применить алгоритм к данным других спутников и моделей, а также детально изучить физические механизмы, которые управляют береговыми дождями в разных регионах.

Ключевые проблемы

Для наук об атмосфере остаётся открытым вопрос, почему модели систематически ошибаются в суточном цикле осадков над побережьями. Предложенный набор данных позволяет напрямую проверить, насколько хорошо модели воспроизводят именно ту часть дождя, которая вызвана берегом, и тем самым сузить круг возможных причин ошибок.

Около 20% населения Земли живёт в зоне влияния береговых осадков, а средняя плотность населения у побережий втрое выше средней по планете.

Ключевые числа

  • доля береговых осадков в тропиках: 40–60% от всех осадков
  • максимальная доля на Малайском архипелаге: до 66%
  • разброс ансамбля: в среднем 4% от среднего
  • период данных: 15 лет (1998–2013)
Понятия
осадки эль-ниньо аномалия осадков рассеивание микропластика дождём gpcp океанический индекс нино муссон относительный они NOAA CPC связь океана и атмосферы межгодовая изменчивость климат диполь индийского океана начало муссона прогноз сезонный цикл энсо ERSST ансамблевый прогноз климатическая сеть