Ученые оценили влияние атмосферных гравитационных волн на погоду

Исследователи из Стэнфордского университета, Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) и Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) использовали суперкомпьютер Summit, чтобы лучше понять влияние атмосферных гравитационных волн на плохо поддающиеся прогнозированию погодные явления. Результаты опубликованы в журнале Scientific Data.

Атмосферные (внутренние) гравитационные волны — колебания воздушных масс и их последующее распространение по атмосфере. Возникают благодаря силе тяжести: когда легкая область разрежения устремляется вверх, тяжелая тянет вниз — отсюда слово «гравитационные» в названии.

Малозаметные, эти волны оказывают сильное влияние на погоду. Это одна из ключевых движущих сил меридиональной опрокидывающей циркуляции. В мезосфере они вносят основной вклад в управление переносом от полюса к полюсу, в стратосфере влияют на квазидвухлетнюю осцилляцию тропических ветров и весенний распад полярного вихря Антарктиды. Распады зимних полярных вихрей, в свою очередь, способствуют внезапным стратосферным потеплениям и определяют пути тропосферных штормов.

Для расчетов ученые использовали ~1,5 петабайт данных ECMWF об атмосферных процессах в Северном полушарии с ноября 2018 по февраль 2019 года с горизонтальным разрешением до километра. К ним применили разложение Гельмгольца для разделения потоков на вращательные и расходящиеся, с тем чтобы оценить импульс гравитационных волн, переносящих энергию из атмосферной циркуляции.

«Подробные данные о гравитационных волнах сложно получить со спутников, а их моделирование с разрешением в километрах требует больших вычислительных затрат. Наши моделирования и анализы раскрывают механику гравитационных волн, когда прямые наблюдения не обладают достаточной частотой и детализацией», — прокомментировал компьютерный климатолог из ORNL Валентин Анантарадж.

Результаты оказались вдвое точнее полученных в предыдущих аналогичных исследованиях, их достоверность сверили с историческими данными о погоде. На работу ушло 12 календарных дней машинного времени, в то время как раньше расчеты по схожим алгоритмам занимали до 500 дней.