Izuzetan novi skup podataka o vremenskim simulacijama visoke rezolucije koji obuhvataju više od četiri decenije u kontinentalnim Sjedinjenim Državama sada je dostupan naučnoj zajednici Zemljinog sistema.
Resurs bez presedana — za koji je bilo potrebno skoro godinu dana superračunarskog vremena za kreiranje i veličine je skoro jedan petabajt — pruža bogate mogućnosti naučnicima i zainteresovanim stranama koje su zainteresovane za to kako su se vremenski obrasci možda već promenili kako se klima zagreva, između mnogih drugih aplikacija. Na primer, naučnici već koriste podatke da bi kopali u nove tehnike za poboljšanje dugoročnih prognoza, planiranje alokacije vodnih resursa i da bi bolje razumeli uzroke i uticaje ekstremnih i retkih vremenskih događaja.
Skup podataka, poznat kao CONUS404, rezultat je saradnje između Nacionalnog centra za istraživanje atmosfere (NCAR) i Geološkog zavoda SAD (USGS).
„Da biste proučavali retke i ekstremne vremenske događaje za koje smo zaista zainteresovani, potrebni su vam podaci vredni decenijama i ti podaci moraju da budu u visokoj rezoluciji“, rekao je Roj Rasmusen, viši naučnik NCAR-a koji je vodio projekat. „Sa CONUS404 moguće je proučavati i dugoročne događaje koji mogu da se protežu mnogo godina, kao što su suše, i retke događaje koji ne traju dugo, ali se retko dešavaju, poput ekstremnih poplava.
Vreme u Sjedinjenim Državama relativno dobro posmatraju lokalne meteorološke stanice, merači toka, senzori za sneg, radari, meteorološki baloni, sateliti i još mnogo toga. Ali sama po sebi, ova zapažanja ne mogu uvek dati jasnu sliku o tome kako se vremenski obrasci mogu menjati tokom vremena. To je zato što su podaci često regionalno skupljeni — sa oskudnim informacijama o uslovima na udaljenom i neravnom terenu — i nepouzdani. Na tačnost temperature, vlažnosti, vetra i drugih važnih vremenskih podataka, na primer, mogu uticati performanse instrumenta i lokalni uslovi. A merenja na različitim platformama za posmatranje se ne podudaraju uvek.
Zbog ovih faktora, naučnici se oslanjaju na meteorološke „ponovne analize“ koje kombinuju posmatranja i modeliranje kako bi kreirali skupove podataka koji obezbeđuju interno konzistentne vremenske informacije u fiksnim tačkama na mreži u celom regionu ili svetu. Ovi proizvodi za ponovnu analizu su važan alat za naučnike. Na primer, mogu se koristiti za proveru koliko su klimatski modeli u stanju da simuliraju prošle uslove – ključni test za određivanje koliko dobro bi mogli da rade u simulaciji budućnosti. Naučnici takođe koriste ove proizvode da inicijalizuju ili „pokrenu“ simulacije modela sa uslovima u stvarnom svetu.
Uprkos važnosti proizvoda za reanalizu, oni su generalno niske rezolucije sa oko 30 kilometara (19 milja) ili više između tačaka mreže – razmak previše grub da bi se uhvatili relativno fini vremenski događaji, poput letnjih oluja i lokalne topografije koja utiče na njih. događaji, poput planinskih venaca. Takođe su previše grubi da bi dali značajne podatke o padavinama u pojedinačnim slivovima, što je kritična informacija za menadžere voda. Upravo je ova poslednja tačka bila posebna frustracija za USGS, koji je odgovoran za prikupljanje i distribuciju informacija naciji o vodnim resursima, uključujući podatke o protoku i podzemnim vodama.
Da bi se rešio ovaj jaz, USGS se udružio sa NCAR-om kako bi „smanjio“ jedan od najčešće korišćenih globalnih skupova podataka za reanalizu, nazvan ERA5, kako bi kreirao skup podataka visoke rezolucije za susedne Sjedinjene Države (CONUS) koristeći NCAR-ov model istraživanja i prognoze vremena ( VRF).
Dobijeni skup podataka pokriva više od 40 godina (1980–2021) na razmaku mreže od 4 kilometra – otuda i naziv, CONUS404.
Simulacija vremena koja pokriva tako veliko područje tokom tako dugog vremena u tako visokoj rezoluciji nikada ranije nije bila moguća. Ali nekoliko faktora se udružilo tokom poslednje decenije kako bi poduhvat učinio praktičnim, uključujući napredak u sposobnostima i superračunara i vremenskih modela. Čak i sa napretkom u računarstvu, i dalje je bilo potrebno više od 11 meseci da se završi simulacija na USGS Denali superkompjuterskom sistemu.
Poboljšanja u VRF-u tokom poslednjih nekoliko godina ispravila su nekoliko problema koji su se pojavili u ranijim pokušajima da se model pokrene u visokoj rezoluciji preko CONUS-a, iako u kraćim vremenskim periodima. Jedan od problema je bio taj što je VRF imao tendenciju da centralni deo SAD učini previše vrućim i previše suvim, što je zauzvrat uticalo na sposobnost modela da precizno simulira oluje sa grmljavinom u regionu. Ali ažurirana verzija VRF-a uključuje modul podzemne vode koji hladi i prigušuje područje, što dovodi do mnogo realnije simulacije. Ažurirana verzija takođe radi bolji posao simulacije zapadnog snežnog pokrivača, koji utiče na oticanje potoka i površinske temperature, i ispravlja tendenciju modela da zimske temperature budu previše hladne u regionima prekrivenim snegom.
„Sada smo u mogućnosti da uhvatimo primarne faktore koji uzrokuju vremenske prilike u stvarnom svetu“, rekao je Rasmssen. „Nismo savršeni, i još uvek učimo sve vreme, ali model radi upečatljiv posao da ispravi istorijsko vreme.“
Rad koji predstavlja skup podataka objavljen je ranije ovog leta u Biltenu Američkog meteorološkog društva, ali mnogi naučnici već kopaju po podacima kako bi odgovorili na svoja istraživačka pitanja. Na primer, skup podataka CONUS404 je pomogao istraživačima da otkriju obrasce tokom istorijskih suša koji se sada koriste za poboljšanje predviđanja sezonskih suša na Zapadu.
Naučnici takođe traže suptilne dokaze o promeni vremenskih obrazaca tokom poslednjih nekoliko decenija, uključujući jednu studiju koja je identifikovala promenu u načinu pada padavina, od manje kiše i slabe kiše do više pljuskova. Klimatski modeli su dugo predviđali da bi do ove promene trebalo da dođe, ali skupovi podataka za ponovnu analizu niske rezolucije koji su postojali do ove tačke nisu bili dovoljno detaljni da bi tačno odredili promenu.
Istraživači takođe analiziraju promene štetnih lokalnih vetrova koji ponekad prate oluje. Drugi naučnici razmatraju ekstreme u toku toka i da li se podaci CONUS404 mogu koristiti kao ulaz u modele useva za simulaciju upotrebe vode i proizvodnje hrane.
Dok je novi skup podataka tek počeo da se koristi, saradnja NCAR-USGS već radi na drugom delu projekta: još jednoj simulaciji vremena od više od 40 godina širom Sjedinjenih Država, ovog puta u budućnosti. Naučnici će koristiti istu metodologiju, ali umesto da smanje ponovnu analizu onoga što se desilo u prošlosti, oni će koristiti podatke iz NCAR-ovog modela zemaljskog sistema zajednice, verzija 2, (CESM2) da projektuju ono što veruju da će uslovi biti kao u budućnosti. Zajedno, ova dva skupa podataka će obezbediti više od 80 godina simuliranih podataka koji će dati neviđen izgled o tome kako naše vreme može nastaviti da se menja kako se klima zagreva.
„Povezivanje ova dva dela — klimatsko i vremensko modeliranje NCAR-a — izuzetno je važno“, rekao je NCAR naučnik Andreas Prein, koautor studije. „Moramo biti pametni u pogledu toga kako koristimo klimatske podatke da bismo ih doveli do obima koje su korisne.“
Podaci CONUS404 su slobodno dostupni iz NCAR-ove arhive istraživačkih podataka.
