Сезонная предсказуемость молний над глобальными горячими точками
Контекст
Молнии ежегодно уносят тысячи жизней, особенно в тропиках, где грозы наиболее интенсивны. В Индии доля смертей от молний среди всех жертв природных катастроф растёт, несмотря на общее снижение числа погибших от циклонов и наводнений. Сезонное прогнозирование осадков уже развито, но молнии считались слишком хаотичным и локальным явлением для предсказания на месяцы вперёд. Эта работа стоит рядом с исследованиями сезонной предсказуемости осадков и климатических индексов, но переносит фокус на молнии как самостоятельную опасность.
Методы
Использованы спутниковые данные о плотности вспышек молний с приборов LIS и OTD на спутнике TRMM за 1997–2013 годы с разрешением 2.5 градуса. Выбраны четыре горячие точки: восточная и северо-западная Индия, Северная Америка и Африка. Для каждого региона вычислялись сезонные средние (март–май и июнь–сентябрь) и корреляции с глобальными индексами: Niño1+2, Niño3, Niño3.4, Niño4, NAO, AMO, PDO и внетропической температурой поверхности океана. Дополнительно применялась множественная линейная регрессия для комбинации индексов. Синоптическая изменчивость (период менее 10 дней) также сопоставлялась с температурой океана.
Результаты
Корреляции между плотностью молний и глобальными индексами оказались значимыми во всех регионах. Для восточной Индии в предмуссонный сезон множественная корреляция достигла 0.74, для всей Индии в муссон — 0.79. Для Северной Америки и Африки значения составили около 0.72. Связь с температурой поверхности океана в регионе Niño4 была наиболее сильной в предмуссонье, тогда как в муссон значимой оказалась отрицательная корреляция с Niño1+2. Разница между годами Эль-Ниньо и Ла-Нинья показала, что в предмуссонье молний больше над восточной Индией при Эль-Ниньо, а в муссон — над северо-западной Индией при Ла-Нинья. Предсказуемость молний оказалась сопоставимой с предсказуемостью осадков, а местами даже выше.
Значение
Работа отличается от соседних исследований тем, что рассматривает молнии не как побочный продукт осадков, а как самостоятельную цель сезонного прогноза. Соседние работы по сезонной предсказуемости фокусируются на осадках, температуре или циркуляции, тогда как здесь показано, что и молнии можно предсказывать с той же точностью. Это первая систематическая проверка предсказуемости молний над несколькими глобальными горячими точками с использованием множественной регрессии.
Развитие
Тема может развиваться в сторону динамических моделей с параметризацией молний, которые напрямую связывали бы грозовую активность с крупномасштабной циркуляцией. Возможно создание оперативных систем сезонного прогноза молний, аналогичных системам прогноза осадков. Также перспективно изучение роли влажности почвы и других локальных факторов в сочетании с глобальными предикторами.
Влияние
Результаты могут быть использованы метеорологическими службами для заблаговременных предупреждений о грозовой опасности, что особенно важно для сельского хозяйства, авиации и энергетики.
Следующие шаги
Следующим шагом станет проверка предсказуемости молний с помощью динамических моделей климата, включающих параметризации электризации облаков, и оценка качества прогнозов на независимых данных.
Ключевые проблемы
В метеорологии остаётся открытым вопрос о пределах предсказуемости конвективных явлений на сезонных масштабах. Работа показывает, что даже такие быстрые процессы, как молнии, могут быть частично предсказуемы благодаря связи с медленными океаническими модами. Это связывает задачу с более широкой проблемой предсказуемости тропической конвекции и её отклика на глобальное потепление.
В Индии молнии убивают больше людей, чем циклоны и наводнения вместе взятые, и эта доля растёт с каждым годом.
В рассказе Рэя Брэдбери «И грянул гром» изменение далёкого прошлого приводит к непредсказуемым последствиям в настоящем. Здесь наоборот: далёкие медленные процессы в океане помогают предсказать локальные грозы.
Ключевые числа
- корреляция для восточной Индии в предмуссонье: 0.74
- корреляция для всей Индии в муссон: 0.79
- период данных: 17 лет
- пространственное разрешение: 2.5 градуса
- доля смертей от молний среди всех природных катастроф в Индии: растёт