Доктор Сяоминь Чен, исследователь из Университета Алабамы в Хантсвилле, опубликовал статью в журнале Geophysical Research Letters, в которой представлена новая модель, способная описывать турбулентность и вихри внутри ураганов при их выходе на сушу.
Инновация позволяет впервые количественно оценить неопределённость оценок 10-метровых ветров над поверхностью, полученных с помощью различных подходов, основанных на наблюдениях.
Эти оценки имеют решающее значение для классификации ураганов по шкале ураганных ветров Саффира — Симпсона — системе оценки от 1 до 5, основанной на 1-минутной устойчивой скорости ветра и используемой для оценки потенциального ущерба имуществу и опасности для жизни.
«Получение измерений ветра на суше в условиях урагана — это рискованно и сложно, — говорит Чен, доцент кафедры атмосферных наук и наук о Земле в UAH, входящем в систему Университета Алабамы. — Либо инструменты наблюдения, либо инфраструктура электроэнергетики могут выйти из строя в этих экстремальных условиях. В этом исследовании используется новая модель, позволяющая „сгенерировать“ эти труднодоступные измерения в прибрежном регионе».
Основные исследования Чена направлены на понимание процессов в пограничном слое, которые влияют на интенсивность и структурные изменения ураганов на различных этапах, включая выход на сушу и после него.
В своей работе он использует комбинацию наблюдений с пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов и крупномасштабное моделирование вихрей для улучшения моделирования процессов в пограничном слое в условиях урагана.
«Ураганы питаются за счёт потоков тепла в пограничном слое и рассеиваются за счёт трения в пограничном слое, — отмечает исследователь. — Связанные с ветром комплексные опасности возникают в пограничных слоях. Одним из интересных явлений во время выхода ураганов на сушу является формирование внутреннего пограничного слоя (ИПС) над сушей».
ИПС — это области, где атмосферный поток адаптируется к изменениям условий поверхности, например, на границе между сушей и океаном. Эти изменения приводят к смещению ветровых потоков, что приводит к формированию ИПС, где профиль ветра адаптируется к новым условиям поверхности. Понимание ИПС жизненно важно для точного моделирования и прогнозирования интенсивности ураганов и опасностей, связанных с ветром у поверхности, особенно во время выхода на сушу.
«Из-за относительно редких измерений ветра у поверхности с помощью анемометров более ранние исследования использовали данные, полученные с помощью наземных радаров, или данные о ветрах на высоте, полученные с помощью радиозондов, чтобы спроецировать скорость ветра на высоте 10 метров на относительно обширной территории, — говорит Чен. — Эти методы не учитывают должным образом ИПС, и связанную с этим неопределённость в оценках скорости ветра на высоте 10 метров сложно оценить. Моделирование с мелким разрешением и разрешением турбулентности позволяет правильно описать ИПС, предоставляя первую возможность количественно оценить неопределённость, связанную с оценками скорости ветра на высоте 10 метров для этих методов».
Чен использует специально сконфигурированные компьютерные модели для моделирования турбулентности, чтобы изучить влияние типов поверхности суши и расстояния вглубь суши на профиль ветра у поверхности и получить результаты, которые могут помочь в планировании будущих полевых кампаний и исследований выхода ураганов на сушу.
«Новизна этих симуляций с разрешением турбулентности заключается во включении фактической физики ураганов в небольшой модельный домен, что предлагает вычислительно эффективный подход для проверки воздействия различных факторов, таких как типы поверхности суши, — отмечает исследователь. — В отличие от этого, моделирование турбулентности всей циркуляции тропических циклонов, простирающейся на сотни миль, остаётся вычислительно невозможным для большинства моделистов».
«Следующие работы будут включать два параллельных усилия, — говорит Чен о будущем этого исследования. — Во-первых, мы планируем запустить эти модели с разрешением турбулентности на более реалистичном рельефе вдоль побережья Мексиканского залива и изучить порывы ветра. И во-вторых, мы будем использовать наземные радары и измерения ветра у поверхности, чтобы изучить более совершенный подход к оценке 10-метровых ветров во время выхода ураганов на сушу».
Предоставлено Университетом Алабамы в Хантсвилле.