O huraganach, falach tropikalnych i globalnych ciągach przyczynowo-skutkowych rozmawiamy z dr. Dariuszem Baranowskim, kierownikiem projektu Wpływ procesów wieloskalowych na powstawanie ekstremalnych opadów w tropikach, który właśnie uzyskał finansowanie z Narodowego Centrum Nauki w ramach programu OPUS.

Jaka jest historia tego projektu?

Zajmuję się meteorologią tropikalną w specyficznych skalach czasowych: od 20 do 90 dni. W okolicach równika pogoda determinowana jest przez tzw. fale tropikalne: systemy pogodowe, przemieszczające się w linii wschód-zachód. Nie zajmuję się tylko obserwacjami, ale raczej tłumaczeniem przyczyn tych mechanizmów. Co przynoszą te fale? Zwiększone opady, silniejsze wiatry, każdy z tych układów ma swoją charakterystykę. Na przykład przy tzw. falach Kelvina obserwujemy zwiększenie opadów nawet o około 10 mm dziennie. Śledzimy te fale, ich układy, sprawdzamy jak ewoluują, jak się zachowują. Parametrem, który daje obraz zmienności pogody w tropikach są zwłaszcza opady, i na nich się koncentrujemy: z jednej strony dość łatwo je śledzić i mierzyć, z drugiej strony są trudne do uwzględnienia w modelach, ale jednocześnie opady mogą prowadzić do ekstremalnych zjawisk pogodowych.

A jak śledzi się fale tropikalne?

Za pomocą zdjęć satelitarnych. Fale tropikalne opisano teoretycznie, „matematycznie” już w latach ’60,  później zaczęto obserwować te fale w oceanie, a jeszcze później w atmosferze. Satelitarnie obserwujemy konwekcję, możemy zmierzyć temperaturę wierzchołków chmur, ocenić ich grubość. Mamy już sporo takich danych i wiemy, że w tropikach pogoda nie występuje „losowo”, ale jest w pewien sposób zorganizowana. Wiemy, że te fale istnieją i jakie jest ich miejsce w globalnym systemie, jaki mają na niego wpływ.

A jakie znaczenie ma to, co się dzieje w tropikach, dla globalnego systemu cyrkulacji?

Ogromne. Powstawanie chmur w tropikach to jedno z głównych źródeł energii dla całej cyrkulacji globalnej. Ten obszar między Oceanem Indyjskim a zachodnim Pacyfikiem bywa określany „bojlerem” naszej planety. A zaburzenie, które powstaje w jednym miejscu, uruchamia ciąg przyczynowo-skutkowy. Dla przykładu, tak zwane Oscylacje Maddena-Juliana (MJO) silnie regulują aktywność huraganów, są elementem układów, które przynoszą gwałtowne zjawiska w odległych rejonach – np. fale upałów czy zimna w USA.

Czy rozumienie tych mechanizmów zwiększy zatem możliwości przewidywania tego typu zjawisk?

Mamy nadzieję, że jeśli nasze prognozy właśnie w tej „międzysezonowej” skali czasowej (czyli 30-90 dni) będą wystarczająco dobre, to poprawi to ogólnie przewidywalność pogody, nie tylko dla tropików, ale też w innych rejonach. W tym celu będziemy m.in. oceniać istniejące modele pogodowe – pod kątem uwzględniania istotnych zjawisk fizycznych, identyfikować luki, wskazywać ważne procesy, które naszym zdaniem należy włączyć do modelu.

Czy zatem łatwiej będzie przewidywać np. powodzie czy huragany?

Fale tropikalne funkcjonują w atmosferze dość długo, zanim doprowadzą do np. huraganu. Możemy niejako „odtworzyć” warunki, które prowadzą do ekstremalnego opadu, który z kolei może zakończyć się powodzią. Jeśli to zrobimy, to wystarczą obserwacje, bez modelowania, aby móc wcześniej przygotować się do nadejścia np. powodzi. Nie jesteśmy, oczywiście, w stanie na podstawie obserwacji fali stwierdzić „za 8 dni na Sumatrze zdarzy się powódź”, ale można np. zwrócić uwagę służb meteorologicznych na danym obszar, określone zagrożenie.

Dlaczego koncentrujecie się na obszarze Archipelagu Malajskiego?

Archipelag Malajski to region złożony z mórz i lądów pomiędzy Australią a Półwyspem Indochińskim –rejon o globalnie największych opadach atmosferycznych. Z tego powodu jest to jeden z najważniejszych obszarów dla przewidywania pogody w skali całej Ziemi. Tak duża wartość średnia oznacza także, że ekstremalne opady, oraz związane z nimi powodzie i osuwiska, występują znacznie częściej i regularniej niż w innych miejscach. Archipelag ten dzielony jest przez kraje rozwijające się, takie jak Indonezja, Malezja, Papua Nowa Gwinea i Filipiny. Społeczeństwa są ubogie, stąd brakuje inwestycji w adaptacje do niekorzystnych warunków pogodowych, czy nawet ubezpieczeń. Prognozy wskazują, że wraz ze zmianami klimatu oraz rozległym wpływem człowieka na środowisko, intensywność zjawisk ekstremalnych i ich niekorzystnych skutków będzie się pogłębiać.

Skąd będą pochodzić dane w projekcie?

Będziemy korzystać z danych satelitarnych, danych z lokalnych sieci meteorologicznych, a także z danych z reanalizy meteorologicznej. Reanaliza to powtórne przeanalizowanie długich szeregów czasowych pomiarów meteorologicznych, która pozwala na integrację danych pomiarowych z różnych obserwacji. Reanaliza meteorologiczna umożliwia badanie zmian na podstawie zintegrowanych obserwacji, a nie badanie zmian wynikających z innych czynników takich jak zmiany technik pomiarowych.

Czy zatem pojawią się też w ramach projektu prace w terenie i czy wiąże się to z dodatkowymi wyzwaniami?

Tak, planujemy kampanię pomiarową na Wyspie Bożego Narodzenia, małej wysepce na Oceanie Indyjskim, leżącej 380 km na południe od Jawy. To też nasz wkład do brytyjsko-indonezyjskiego eksperymentu TerraMaris, planowanego na styczeń 2021. Za pomocą oprzyrządowanych dronów, mierzących w atmosferze temperaturę, ciśnienie, wilgotność, a także temperaturę wody w oceanie, chcemy badać dobową zmienność w warstwie granicznej – to, jak zmieniają się właściwości dolnej części atmosfery w cyklu dobowym. To dominujący cykl zmienności w tropikach, zwłaszcza nad wyspami. Wraz z ilością promieniowania słonecznego zmienia się ilość chmur, konwekcja, opady w ciągu doby. Cykl dobowy jest bardzo ważny – bo takie zjawiska jak np. monsun czy fale bardzo go „wzmacniają”, amplifikują. Ta intensywność, np. chwilowa akumulacja opadów, wiąże się z groźnymi zjawiskami: podtopieniami czy osuwiskami. Słabością modeli jest to, że nie uwzględniają tej zmienności. Badając cykl dobowy będziemy jednocześnie sprawdzać, jak fale tropikalne na niego wpływają. Chcemy zdobywać dane używając dronów, które będą latać na wysokości powyżej 130 metrów – a to wymaga specjalnych uprawnień i zgód władz australijskich. To, co uda nam się zmierzyć, jest uzależnione przede wszystkim od tego, na co pozwolą nam władze. Reszta – to nasza praca z danymi. (ZKNiE)