Комплексное статистико-детерминированное моделирование потенциальных рисков ураганов по данным космических наблюдений

Проблема оценок рисков и прогноза интенсивности/частоты тропических циклонов (ТЦ) по данным космических наблюдений в контексте сценария глобального потепления является одной из самых актуальных на сегодняшний день. В последние годы ведется активный поиск новых более совершенных технологий космического мониторинга интенсивности, а стало быть, и потенциальной разрушительной способности ТЦ (ураганов и тайфунов). Особый интерес в области инновационных подходов к решению данной проблемы представляет использование общих принципов современной нелинейной неравновесной термодинамики, включающей описание необратимых диссипативных процессов. Локальное возникновение порядка из хаоса (примером которого является ТЦ) отнюдь не противоречит второму закону термодинамики, а успешно укладывается в расширенную версию теории.
Возможность приведения открытой системы к состоянию далекому от равновесия, т.е. к самоорганизации посредством сильных потоков отрицательной энтропии (негэнтропии) из окружающей среды была подтверждена для широкого круга явлений: от физико-химических процессов до процессов поддержания жизнедеятельности. В докладе рассматриваются результаты вычисления потоков энтропии в область ТЦ на основе комплексных данных NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research). Эти 4D-данные, полученные из различных источников (в основном спутниковых), после тщательного дополнительного анализа становятся доступными на сетке 1°×1° по горизонтали и семнадцатью уровнями по высоте с шестичасовым интервалом по времени. Вычисленные потоки энтропии анализировались как в горизонтальных, так и в вертикальных сечениях, кроме того анализировался полный поток энтропии (ППЭ) в 3D-область ТЦ. Детальные сопоставления временной зависимости ППЭ и оценок максимальной скорости приповерхностного ветра с тем же шестичасовым интервалом из базы данных JTWC Best Track в течение всей эволюции ТЦ показали хорошее их соответствие с лучшей детализацией в данных ППЭ. Анализ результирующего знака ППЭ даёт важную информацию о стадии эволюции ТЦ: максимальные значения по абсолютной величине негэнтропии соответствуют наивысшей стадии развития ТЦ, в то время как переход ППЭ от отрицательных к положительным значениям означает начало диссипации вихря.
Метод анализа ППЭ оказался весьма чувствительным и позволяет идентифицировать ТЦ даже в данных глобальных климатических моделей (GCM), имеющих сравнительно низкое пространственное разрешение (как правило, 2.5°×2.5°). Проведенные исследования показали, что анализ потоков энтропии в область ТЦ является мощным средством прояснения основных механизмов жизненного цикла атмосферных систем и эффективным средством как диагностики, так и прогноза их интенсивности в ходе всей эволюции: от зарождения до диссипации.
После доклада будет продемонстрирован научный фильм «Космический мониторинг крупномасштабных атмосферных процессов».
Работа поддержана грантом РФФИ № 07-01-00507а.