Supercomputere og rumbaseret laser hjælper med at forudsige ekstreme vejrbegivenheder

Fra tørke og skovbrande til oversvømmelser og store tilfrysninger, ekstreme vejrbegivenheder er stigende. Men i hvor høj grad er disse forbundet med klimaændringer? Blot måneder før verdens første vindovervågningssatellit går i kredsløb, forskere har færdiggjort en klimamodel med enestående opløsning, og de nye værktøjer vil hjælpe med at identificere, hvordan klimaændringer påvirker vejrrelaterede naturkatastrofer som stormfloder, orkaner og hedebølger.

For at kvantificere sandsynligheden for, at farlige vejrbegivenheder finder sted, Dr. Peter Stott fra Met Office – Storbritanniens nationale vejrtjeneste – har hjulpet med at kode en computermodel, der kortlægger Jordens atmosfære i hidtil usete detaljer.

"Opløsning er afgørende, fordi selv små forstyrrelser af miljøet kan have massiv indvirkning på vejret, " sagde Dr. Stott.

Typiske klimaalgoritmer forenkler dele af himlen, da enkelte pixels spænder over volumener på omkring 100 kilometer på tværs. Men takket være arbejdet udført gennem et projekt kaldet EUCLEIA, koordineret af Met Office, klimaforskere kan nu zoome ind på detaljer mindre end halvdelen af ​​den størrelse.

Detaljerne i den nye model kommer på bekostning af højere computerkraft, og Met Office er afhængig af en supercomputer til at køre sin kode. Denne enorme maskine simulerer ekstreme vejrbegivenheder, der opstår fra ekstrapolering af jord- og satellitdata indsamlet over de sidste 50 år.

For at tage hensyn til elementernes kaotiske natur, Den hulking-model kører hvert scenarie hundredvis af gange i en løkke, kompilering af en række mulige resultater. Det gentager derefter beregningen ved at antage, at de globale temperaturer ikke var steget i samme periode og finder et andet sæt af resultater.

Konceptuelt spring

"Efter hedebølgen i 2003, vi tog et konceptuelt spring fremad, " sagde Dr. Stott. "Det videnskabelige samfund havde tidligere besluttet, at enkelte vejrbegivenheder ikke kunne tilskrives langsigtede tendenser i klimaet. Men vi taler nu om sandsynligheden for, at disse begivenheder indtræffer, og det viser sig nyttigt."

Med udgangspunkt i de statistiske forudsigelser fra EUCLEIA-tilgangen, opfølgningsprojektet EUPHEME hjælper nu med at håndtere nogle af de påvirkninger, som klimaforandringerne har på samfundet. Som en del af dets 18-lande stærke konsortium, Dr. Stott finjusterer den nye klimamodel yderligere med komplekse fænomener som klimafeedback-mekanismer og luftbevægelser i den øvre atmosfære.

"Vi vil gerne arbejde med vind i fremtiden, " sagde Dr. Stott. "Men til det har vi brug for god kurering af gode data. Uden det, vi kunne ikke gøre noget af det her."

Hjælp kan snart være ved hånden, da Den Europæiske Rumorganisation (ESA) forbereder opsendelsen af ​​Aeolus – den første satellit til at observere vindhastigheder direkte fra rummet.

Det europæiske vejr drives hovedsageligt af luftstrømme højt over troperne. I dag er lidt kendt om dette hjørne af atmosfæren, men ESA håber, at det vil ændre sig.

"Det er et fuldstændigt gennembrud inden for måleteknikker fra rummet, sagde Anders Elfving, rummissionsprojektleder hos ESA, der administrerer €480 millioner Aeolus-projektet.

Ultraviolet lys

Aeolus-satellitten pakker en kraftig laser, der pulserer ultraviolet lys ind i atmosfæren. Et 1,5 meter teleskop om bord vil opsamle den reflekterede stråle, gør det muligt for forskere at identificere vindhastigheder fra små skift i lysets frekvens.

ESA begyndte at udvikle teknologien i 2002. NASA og andre store rumorganisationer lancerede lignende initiativer, men løb tør for midler på grund af overvældende tekniske udfordringer.

Elfving siger, at laserudladningen alene sprænger materialer 50 gange hvert sekund med tæt på 30 megawatt spidseffekt. "Ved den magt, et enkelt atomlag af forurening ville være nok til at dræbe vores optik, " han sagde.

Selv det mest pletfrie rene rum på Jorden kan ikke nå sådanne standarder. For at løse problemet, ESA har perfektioneret en teknik til at dekontaminere satellitdele i rummets vakuum. Sprøjtning af meget små koncentrationer af ilt på optikken, laserstrålen brænder organisk stof væk, forhindrer det i at karbonisere og overophede komponenter.

I 2017 ESA samlede udstyret om bord på Aeolus og testede det både under start- og vakuumforhold. Satellitten bliver nu tjekket og monteret med solpaneler i rumcentret Intespace i Toulouse, Frankrig. Den vil snart blive sendt til Fransk Guyana for opsendelse om bord på en europæisk Vega-raket den 21. august.

En gang i kredsløb, satellitten vil feje hele kloden kontinuerligt over syv dages intervaller og levere i øjeblikket utilgængelige data gratis. Efterfølgende satellitter kunne endda give dækning døgnet rundt for alle, der kortlægger tidlige tropiske vinde og forløbet af nye storme.

"Aeolus vil være et stort aktiv for vejrudsigter og klimamodeller, sagde Elfving.