Forudsigelse af by- og kystmikroklimaer

I dag, størstedelen af ​​verdens befolkning bor i byer, og en betydelig del (næsten 40 procent) bor inden for omkring 30 miles fra en kystlinje. At forudsige lokale vejrmønstre og mikroklimaer i disse meget befolkede områder er nøglen til effektiv forvaltning af energiressourcer, overvågning af luftkvaliteten, udvikling af en robust transportinfrastruktur, forberedelse til naturkatastrofer og nødsituationer, og sikring af national sikkerhed.

Imidlertid, på grund af deres unikke egenskaber, udviklede by- og kystområder er blandt de sværeste steder at præcist forudsige atmosfæriske forhold. Byer er ofte varmere end deres forstæder eller landlige omgivelser, fordi de er lavet af varmeabsorberende materialer som beton og stål, og de genererer en betydelig mængde spildvarme som følge af industriel energiforbrug. Høje bygninger omdirigerer luftstrømmen, ændring af vindhastighed og retning. Ved at skubbe varme, fugtig overfladeluft ind i den køligere luft ovenover, skyskrabere kan fremme dannelsen af ​​regnskyer. På grund af disse og andre faktorer, byområder er sårbare over for kraftige tordenvejr, tung is og sne, varme og kulde bølger, og andre ekstreme vejrbegivenheder, der udgør en risiko for menneskers sundhed og sikkerhed. For eksempel, stormrelaterede oversvømmelser forværret af stigende havniveauer i kystbyer kan tvinge til nedlukning af metrostationer, veje, og andre transportformer.

"På trods af dets betydning i det 21. århundrede, det urbane menneske-miljø-system er meget dårligt forstået, sagde Pavlos Kollias, en atmosfærisk videnskabsmand i Department of Environmental and Climate Sciences ved US Department of Energy's (DOE) Brookhaven National Laboratory, en professor ved School of Marine and Atmospheric Sciences (SoMAS) ved Stony Brook University (SBU), og en adjungeret professor i Institut for Atmosfæriske og Oceaniske Videnskaber ved McGill University. "Nuværende atmosfæriske overvågnings- og advarselssystemer er ikke tilstrækkelige til at forudsige byernes mikroklima. Fremskridt inden for distribuerede fjernmålingsnetværk, numeriske meteorologiske modeller, og højtydende databehandling er nødvendig for at forbedre lokale vejrudsigtsmuligheder."

I 2017 Brookhaven Lab etablerede Center for Multiscale Applied Sensing (CMAS) for at accelerere datadrevet forskning for at udvikle mere pålidelige vejrudsigelsessystemer til byer og andre energi-hotspots. Dette tværfaglige center samler verdensførende ekspertise inden for atmosfæriske sensorteknologier og vejrmodellering i høj opløsning fra Brookhaven Labs Environmental and Climate Sciences Department og Computational Science Initiative og SBU's SoMAS. Forskere ved CMAS definerer vigtige atmosfæriske parametre, der skal inkorporeres i bysystemmodeller på tværs af forskellige skalaer - fra gadeniveau til kvarter, by, og regionale niveauer - og de atmosfæriske målinger, der er nødvendige for at initialisere og validere disse modeller.

I september 2018, Brookhaven Lab indsatte et nyt lastbilbaseret mobillaboratorium som en del af CMAS' observationsmuligheder. Dette mobile laboratorium er udstyret med adskillige state-of-the-art sensorer til at måle vind, nedbør, luftkvalitet, og andre atmosfæriske variabler. I løbet af de næste mange år, lastbilen vil køre til forskellige by- og kystområder langs den nordøstlige megalopolis - området, der strækker sig fra Boston til Washington, DC—for at indsamle atmosfæriske data til støtte for byspredning og havvindundersøgelser.

"De atmosfæriske data indsamlet af forskningslastbilen vil fremme vores forståelse af de komplekse interaktioner mellem mennesker og bymiljøer, og hvordan sådanne interaktioner påvirker mikroklimaet i disse miljøer, " sagde Kollias. "Det mobile laboratorium vil bringe målefunktioner til områder med begrænset tilgængelighed, og de opnåede data om atmosfæriske processer i byerne vil understøtte udviklingen af ​​prædiktive modeller i alle skalaer."