Kwestia ekstremalnych burz
W globalnych modelach klimatycznych wiele aspektów głębokiej konwekcji i chmur wulkanicznych jest często pomijanych. Dzięki analizom statystycznym obserwacji satelitarnych oraz dostarczeniu długoterminowych danych statystycznych, projekt CONSYDER (Convective systems detection and analysis using radio occultations) zwrócił uwagę na ograniczenia obserwacyjne w celu poprawy reprezentacji teoretycznej. Naukowcy posiłkowali się obserwacjami okultacji radiowej z satelitów systemu nawigacji satelitarnej (GPS). Choć satelity GPS wykorzystywane są głównie do celów nawigacji, sygnały przesyłane z jednego satelity GPS do drugiego ulegają załamaniu przy przejściu przez warstwy atmosfery. Na podstawie pomiarów opóźnienia propagacji, współczynnika załamania i kąta zgięcia możliwe jest oszacowanie kluczowych parametrów atmosferycznych. Zespół CONSYDER wykorzystał dane pochodzące z lat 2001-2012, zebrane dzięki technologii GPS, do stworzenia atmosfery referencyjnej rozciągającej się od powierzchni Ziemi do wysokości 80 km. Mówiąc dokładniej, naukowcy opracowali trójwymiarowe mapy, na których uwzględnili współczynnik załamania, ciśnienie, temperaturę i zawartość pary wodnej wraz z częstotliwością i odchyleniem standardowym pomiarów w każdej lokalizacji i na każdej wysokości. Następnie powiązali obserwacje okultacji radiowej z precyzyjnymi pomiarami w wysokiej rozdzielczości pochodzącymi z innych satelitów i czujników naziemnych. Ta nietypowa kombinacja pozwoliła na dokładne zbadanie wysokości wierzchołka chmur podczas ekstremalnych zdarzeń oraz ich wewnętrzną strukturę. Celem badaczy było lepsze poznanie budowy chmur, szczególnie w warstwie górnej troposfery i niższej stratosfery. Wyniki projektu CONSYDER sugerują, że cyklony tropikalne powinny być badane w kontekście basenów oceanicznych, gdzie powstają. Baseny oceaniczne na półkuli północnej i południowej zwykle posiadają odmienną charakterystykę cieplną, a burze na półkuli południowej sięgają do wyższych warstw atmosfery. Z drugiej strony, powyżej wierzchołka chmury cyklonu tropikalnego nad basenem oceanicznym półkuli północnej odnotowuje się dodatnie anomalie temperatury powietrza. Nie wiadomo, jaka jest przyczyna takiego zagadkowego ocieplenia wierzchołka chmury burzowej, a opisaniem tego zjawiska już zajęli się badacze z innego projektu. Jeszcze przed końcem projektu CONSYDER zebrano dane dotyczące pomiarów okultacji radiowej w regionach, w których występowały cyklony tropikalne. Z uwagi na fakt, że satelitarne systemy nawigacyjne obejmują swoim zasięgiem równomiernie cały glob, zbiór danych jest odpowiedni do badania ekstremalnych zdarzeń nawet w odległych rejonach świata. Badacze z projektu CONSYDER wykazali również, że ich technika wykrywania wysokości wierzchołka chmur powstałych na skutek konwekcji i cyklonów tropikalnych mogą z powodzeniem być wykorzystane do wykrywania i monitorowania wierzchołków chmur wulkanicznych oraz ich wewnętrznej struktury. Chmury popiołów wulkanicznych oraz chmury z zawartością SO2 mają odmienny wpływ na strukturę cieplną atmosfery. Wyniki ujawniły, że po erupcji wulkanu Nabro powstaniu chmur SO2 towarzyszyło wyraźne ocieplenie, a chmurom popiołów wulkanicznych po erupcji Puyehue — ochłodzenie. Ewolucja cyklonów tropikalnych i chmur erupcyjnych, długość życia chmur powstałych na skutek głębokiej konwekcji i towarzyszące im parametry środowiskowe analizowane w ramach projektu CONSYDER dają podstawę do porównań z symulacjami modelowymi. Oprócz zdiagnozowania mechanizmów leżących u podstaw procesów konwekcyjnych, wyniki projektu dostarczają wytycznych do opracowania parametrów procesów konwekcyjnych w globalnych modelach klimatycznych.
Słowa kluczowe
Głęboka konwekcja, globalne modele klimatyczne, CONSYDER, satelity GPS, okultacja radiowa, cyklony tropikalne, basen oceaniczny, erupcje wulkaniczne, chmury wulkaniczne
