Программа глобальной атмосферы тропического океана ( TOGA ) представляла собой десятилетнее исследование (1985–1994 годы) Всемирной программы исследований климата (ВПИК), направленное конкретно на предсказание климатических явлений во временных масштабах от месяцев до лет.
TOGA подчеркнула тропические океаны и их связь с глобальной атмосферой . В основе TOGA лежит предпосылка о том, что динамическое приспособление океана в тропиках происходит намного быстрее, чем в более высоких широтах . Таким образом, возмущения, исходящие из западной части Тихого океана (такие как Эль-Ниньо ), могут распространяться по бассейну в течение нескольких недель по сравнению с годами для соответствующего распространения в масштабах всего бассейна на более высоких широтах. Значение более коротких масштабов динамического времени вблизи экваторав том, что они похожи на высокоэнергетические режимы атмосферы. Это подобие позволяет формировать связанные моды между океаном и атмосферой. TOGA сыграла важную роль в разработке комплексной системы наблюдений за экваториальной частью Тихого океана и заложила важную основу для прогнозирования ЭНСО, усвоения данных и понимания взаимодействия между воздухом и морем.
Предпосылки и мотивация
Корни программы TOGA можно проследить до 1920-х годов и работы сэра Гилберта Уокера над тем, что стало известно как Южное колебание, очевидная связь между аномалиями атмосферного давления по всему Тихому океану, которые, по-видимому, были основным фактором погодных условий . [1] Эта работа была продолжена Якобом Бьеркнесом в 1960-х годах, когда он укрепил связь между феноменом Эль-Ниньо, аномалией тепла зимой в обычно прохладной воде у побережья Перу, с южным колебанием. [2] Объединенное Эль-Ниньо - Южное колебание, или ЭНСО, оказалось одним из основных факторов сезонной изменчивости климата с последствиями как для человека, так и для экономики. Изучение этих взаимосвязанных явлений продолжалось в 1970-х и 1980-х годах с помощью различных наблюдательных и модельных исследований, включая открытие экваториальных волн Кельвина , потенциальных предшественников явления ЭНСО. [3]
С учетом этого Всемирная программа исследований климата начала планировать десятилетнюю исследовательскую инициативу, направленную на понимание взаимодействия океана и атмосферы в тропических океанских бассейнах. Цели этой программы были подтверждены, когда в 1982–1983 годах произошло крупное явление Эль-Ниньо, в то время самое сильное на сегодняшний день, без предварительного предсказания или обнаружения. [4] Это особенно сильное событие было отмечено засухой, наводнением, экстремальной жарой и сильными штормами. [5] Эти события четко определили потребность в улучшенных механизмах прогнозирования для ENSO и потребность в надежных данных в реальном времени для поддержки прогнозирования.
Запуск и научные цели TOGA
TOGA была запущена в 1985 году с целью изучения изменчивости океана и атмосферы во всех трех тропических океанских бассейнах. В центре внимания Соединенных Штатов был Тихоокеанский бассейн, финансирование предоставлялось Национальной ассоциацией океанической атмосферы (NOAA), Национальным научным фондом (NSF) и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Конкретные цели и научные задачи TOGA: [6]
- Получить описание тропических океанов и глобальной атмосферы как системы, зависящей от времени, чтобы определить степень предсказуемости системы во временных масштабах от месяцев до лет и понять механизмы и процессы, лежащие в основе ее предсказуемости.
- Изучить возможность моделирования парной системы океан-атмосфера с целью прогнозирования ее изменения во временных масштабах от месяцев до лет; а также
- Обеспечить научную основу для разработки системы наблюдений и передачи данных для оперативного прогнозирования, если такая возможность будет продемонстрирована с помощью связанных моделей океана и атмосферы.
Для достижения целей TOGA была запланирована и реализована стратегия крупномасштабного долгосрочного мониторинга верхнего слоя океана и атмосферы, интенсивных и очень конкретных исследований, ориентированных на процесс, и моделирования в рамках серии национальных, многонациональных и международные усилия. Работа по моделированию координировалась группой численных экспериментов TOGA (TOGA NEG).
Система наблюдения
Программа TOGA создала передовую систему наблюдений за океаном для поддержки исследований и прогнозов теплых циклов ЭНСО. Несмотря на то, что использовались традиционные методы, такие как использование подходящих кораблей и уровнемеров для внутренних водоемов, главным достижением стало развертывание Системы тропической атмосферы и океана (TAO).
TAO Array - это совместное предприятие NOAA и Тихоокеанской морской экологической лаборатории (PMEL), состоящее из 70 заякоренных буев, размещенных вдоль экваториальной части Тихого океана, обеспечивающих данные о ветре, температуре поверхности моря и глубоководных глубинах океана в режиме реального времени с использованием автономной системы сбора данных по температурной линии ( АТЛАС). [7]
Кроме того, ученые, участвующие в программе, использовали множество спутниковых продуктов, хотя они не были специально созданы для этой программы. Наиболее важными были усовершенствованный радиометр сверхвысокого разрешения NOAA (AVHRR) для измерения температуры поверхности моря, Topography Experiment (TOPEX) / Poseidon для определения высоты морской поверхности и различные оборонительные пассивные микроволновые спутники для измерения скорости ветра. [8]
В целом сочетание спутниковых данных и данных на местах с доступом в реальном времени оказалось критически важным для успеха программы.
TOGA COARE
С 1992 по 1993 год был проведен специальный полевой проект, известный как Эксперимент по исследованию сопряженной атмосферы океана (TOGA-COARE). Четырехмесячные усилия включали 1200 человек, более 16 000 корабельных часов, 125 полетов самолетов и выпуск 12 000 радиозондов . Его основная задача заключалась в том, чтобы исследовать регион западных бассейнов Тихого океана, в частности, на предмет:
- Методы взаимодействия океана и атмосферы
- Механизмы, организующие конвекцию
- Реакция океана на комбинированное воздействие плавучести и ветрового стресса
- Взаимодействие атмосферы и океана, влияющее на другие регионы [9]
Эксперимент TOGA-COARE привел к лучшему пониманию изменчивости атмосферы и океана в межсезонных масштабах, включая такие явления, как колебания Мэддена – Джулиана и порывы западного ветра. Кроме того, программа COARE обеспечила улучшения в параметризации модели для кучевых облаков, перемешивания океана и потоков воздуха и моря.
Полученные результаты
Программа TOGA напрямую привела к лучшему теоретическому пониманию цикла ЭНСО, включая взаимодействие между вариациями пассата и температурой морской поверхности. Кроме того, это помогло объяснить эволюцию, развитие и распад событий ENSO.
В результате TOGA были разработаны модели сезонных прогнозов (как статистические, так и динамические). Улучшение этого показателя привело к первому успешному прогнозу ЭНСО в 1986 году, и ежегодные прогнозы составлялись до окончания программы.
Воздействие TOGA вышло за рамки чисто научных открытий, но изменило способ ведения работы в области океанографии и метеорологии. Программа TOGA наладила новое сотрудничество между океанографами и метеорологами и способствовала формированию новой культуры открытого доступа к данным. Вместо того, чтобы каждое исследование собирало и использовало свои собственные данные, теперь данные стали доступны всем бесплатно в режиме реального времени.
Возможно, самым большим успехом программы TOGA было успешное предсказание и мониторинг Эль-Ниньо 1997–1998 годов, одного из крупнейших событий Эль-Ниньо в истории. Только при наличии результатов и методов сбора данных, изложенных в программе TOGA, такой оперативный успех станет возможным. [10]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Уокер, GT (1924). «Корреляция сезонных колебаний погоды. Часть IX: Дальнейшее изучение погоды в мире». Воспоминания Метеорологического департамента Индии . 24 (4): 275–332.
- ^ Бьеркнес Дж. (1969). «Атмосферные телесвязи из экваториальной части Тихого океана» . Ежемесячный обзор погоды . 97 (3): 163–172. DOI : 10,1175 / 1520-0493 (1969) 097 <0163: atftep> 2.3.co; 2 .
- ^ Wyrtki, К. (1975). Динамическая реакция экваториальной части Тихого океана на атмосферное воздействие (5): 572–584. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ McPhaden, MJ; Busalacchi, AJ; Cheney, R .; Донгуи-младший; Gage, KS; Halpern, D .; Ji, M .; Julian, P .; Мейерс, G .; Митчам, GT (1998). «Система наблюдений за тропическим океаном и глобальной атмосферой (TOGA): десятилетие прогресса» . Журнал геофизических исследований . 103 : 14, 169–14, 240. Bibcode : 1998JGR ... 10314169M . DOI : 10.1029 / 97jc02906 .
- ^ Кэнби, Т.Ю. (1984). «Слабый ветер Эль-Ниньо». National Geographic . 165 : 144–183.
- ^ Макфаден, Майкл Дж .; Антонио Х. Бусалаччи; Роберт Чейни; Жан-Рене Донги; Кеннет С. Гейдж; Дэвид Халперн; Мин Джи; Пол Джулиан; Гэри Мейерс; Гэри Т. Митчам; Пирн П. Ниллер; Джоэл Пико; Ричард В. Рейнольдс; Невилл Смит; Кенсуке Такеучи (1998). «Система наблюдений за тропическим океаном-глобальной атмосферой: десятилетие прогресса» . Журнал геофизических исследований . 103 (C7): 14, 169–14, 240. Bibcode : 1998JGR ... 10314169M . DOI : 10.1029 / 97jc02906 .
- ^ Макфаден, М. «Проект тропической атмосферы и океана» . NOAA PMEL . Проверено 9 декабря 2013 года .
- ^ McPhaden, MJ; Busalacchi, AJ; Андерсон, DLT (2010). «Ретроспектива ТОГА» (PDF) . Океанография . 23 (3): 86–103. DOI : 10.5670 / oceanog.2010.26 .
- ^ "TOGA COARE, Лаборатория наблюдений за Землей" . Университетская корпорация атмосферных исследований . Проверено 9 декабря 2013 года .
- ^ McPhaden, MJ; Busalacchi, AJ; Андерсон, DLT (2010). «Ретроспектива ТОГА» (PDF) . Океанография . 23 (3): 86–103. DOI : 10.5670 / oceanog.2010.26 .
Внешние ссылки
- Сайт ТОГА
- Сайт ТАО
- Сайт TOGA COARE
- США Clivar
- Десятилетие TOGA