สล็อตแตกง่าย กำลังรับหมายเลขเมฆ

สล็อตแตกง่าย กำลังรับหมายเลขเมฆ

จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ นักวิจัยไม่มีทางติดตาม สล็อตแตกง่าย เมฆในระดับโลกได้เลย หอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินสามารถมองเห็นได้เฉพาะก้นเมฆเท่านั้น และในขณะที่นักวิทยาศาสตร์สามารถส่งบอลลูนและเครื่องบินผ่านเมฆแต่ละก้อนเพื่อรวบรวมโปรไฟล์ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น วิธีการเหล่านี้ให้แต่สแนปชอตในเครื่องเท่านั้น สิ่งต่างๆ ดีขึ้นในปี 2542 เมื่อ NASA เปิดตัวเครื่องมือ MODIS สองเครื่องแรก ซึ่งหมุนรอบโลกและมองลงมายังยอดเมฆ แต่ข้อมูลเหล่านี้ก็มีจำกัดเช่นกัน เมฆและน้ำแข็งในทะเลแทบจะแยกไม่ออกจากด้านบน และเมฆที่มีความหนาหลายกิโลเมตรสามารถซ่อนความผันแปรขนาดใหญ่ภายในได้

ในปี 2549 NASA ได้เปิดตัวดาวเทียม CloudSat และ CALIPSO โคจรรอบน้องสาวเหล่านี้บินอย่างใกล้ชิดและส่งลำแสง 

เรดาร์สำหรับ CloudSat และ lidar (เรดาร์รุ่นเลเซอร์) สำหรับ CALIPSO – ที่เจาะลึกเข้าไปในเมฆและกระเด็นละอองน้ำและอนุภาคในอากาศที่เรียกว่าละอองลอยก่อนจะกลับสู่ดาวเทียม ดาวเทียมจะส่งข้อมูลจำนวนมหาศาลที่นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าถึงได้เกือบตามเวลาจริง โดยจะทำการซิปรอบโลกทุกๆ ชั่วโมงครึ่งโดยประมาณทุกชั่วโมงครึ่ง

CloudSat และ CALIPSO เป็น “การปฏิวัติเทคโนโลยีการสังเกต” Ulrike Lohmann นักฟิสิกส์ระบบคลาวด์ที่ Swiss Federal Institute of Technology ในเมืองซูริกกล่าว ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยรู้แม้กระทั่งสิ่งพื้นฐาน เช่น ระดับความสูงของเมฆ ปริมาณ และความถี่ของการเกิดฝน นักวิจัยรู้สึกประหลาดใจที่รู้ว่าน้ำในก้อนเมฆถูกแช่แข็งมากแค่ไหน Lohmann กล่าว “ปริมาณน้ำแข็งในชั้นบรรยากาศดูเหมือนจะเกินปริมาณของเหลวเกือบทุกแห่ง”

Graeme Stephens นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ในเมือง Pasadena รัฐแคลิฟอร์เนีย และหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของภารกิจ CloudSat กล่าวว่า เมฆที่เยือกแข็งดูเหมือนจะมีภาวะเรือนกระจกที่แรงกว่าเมฆเหลว

เครื่องมือ “แอ็คทีฟ” เช่นเรดาร์และลิดาร์ให้ “มุมมองของเมฆที่คลุมเครือน้อยที่สุด” เขากล่าว “อย่างอื่นทำให้เราเหลือบมอง” เขาได้เรียกยุค CloudSat-CALIPSO ว่าเป็น “ยุคทอง” ของการสังเกตการณ์เมฆ และการสังเกตเหล่านี้ช่วยให้นักวิจัยค้นพบสิ่งที่ไม่รู้ที่ใหญ่ที่สุดในวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศ

การสร้างแบบจำลองอนาคต

การสังเกตการณ์เมฆครั้งแรกด้วยดาวเทียมที่ดีแสดงให้เห็นว่าการจำลองสภาพอากาศที่ขับเคลื่อนด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์เคยทำนายภาวะโลกร้อนในอนาคตได้ถูกต้องมาก แต่การจำลองเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะสร้างเมฆน้อยเกินไปและทำให้เกิดการไตร่ตรองมากเกินไป แบบจำลองยังสร้างพายุมากเกินไปและไม่สามารถทำซ้ำรูปแบบสภาพอากาศที่สำคัญได้

ปัญหาหลายอย่างเกิดจากการทำให้เข้าใจง่ายที่นักวิทยาศาสตร์ต้องทำเมื่อสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ ผู้สร้างแบบจำลองเริ่มต้นด้วยการแบ่งพื้นผิวโลกออกเป็นสี่เหลี่ยม สี่เหลี่ยมแต่ละอันจะกลายเป็นฐานของกองกล่องสี่เหลี่ยมที่ยื่นออกไปในชั้นบรรยากาศ นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจเลือกชุดของตัวแปรทางกายภาพเพื่อสรุปสภาพบรรยากาศ จากนั้นจึงใช้ข้อมูลในโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อกำหนดค่าเริ่มต้นสำหรับแต่ละปัจจัยในแต่ละช่อง จากนั้นผู้สร้างโมเดลจะเขียนโค้ดคอมพิวเตอร์เพื่อให้กล่องที่อยู่ใกล้เคียงโต้ตอบกันตามกฎของฟิสิกส์และพลศาสตร์ของไหล สุดท้ายนี้ นักวิจัยใช้เวลาก้าวไปข้างหน้าอย่างไม่ต่อเนื่อง และศึกษาว่าโลกที่แปลงเป็นดิจิทัลของพวกมันเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร

แบบจำลองสภาพภูมิอากาศในยุคแรกมีตารางสี่เหลี่ยมด้านละ 500 กิโลเมตร ในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศในปัจจุบัน พื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสได้หดตัวลงเหลือความกว้าง 100 กิโลเมตร ความละเอียดในแนวตั้งและเวลาก็ดีขึ้นเช่นกัน ความละเอียดที่สูงขึ้นยังคงเป็นไปได้ แต่การไปที่รายละเอียดระดับนั้นสำหรับการจำลองสภาพอากาศในระยะยาวจะกินเวลามากเกินไปแม้กระทั่งบนคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบัน David Randall นักวิทยาศาสตร์ด้านบรรยากาศจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโดกล่าว

ความละเอียดเป็นปัญหาใหญ่สำหรับการจำลองเมฆ ซึ่งอาจมีขนาดเล็กถึงหลายสิบเมตร และกระบวนการที่เมฆก่อตัวขึ้น – นิวเคลียสของน้ำรอบอนุภาคละอองลอย – เกิดขึ้นในระดับไมโครมิเตอร์

ผลลัพธ์ของแบบจำลองที่ทำงานในระดับของเมฆแต่ละก้อนสามารถป้อนลงในแบบจำลองสภาพอากาศได้ แต่นี่หมายความว่าการจำลองสภาพภูมิอากาศโลกต้องประมาณหรือเพิกเฉยต่อกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับคลาวด์ที่สำคัญ

เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดนี้ Randall ได้ช่วยบุกเบิกเทคนิคที่เรียกว่า superparameterization ซึ่งฝังโมเดลคลาวด์ขนาดเล็กไว้ในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศโลก วิธีนี้ใช้พลังในการคำนวณมาก แต่น้อยกว่าการพยายามย่อเซลล์กริดของโมเดลทั่วโลกให้เหลือขนาดก้อนเมฆ “วิธีการกำหนดพารามิเตอร์ยิ่งยวดเป็นการประนีประนอม” แรนดัลกล่าว ซึ่งสามารถทำซ้ำกระบวนการในท้องถิ่นบางอย่างได้ดีขึ้น เช่น รูปแบบปริมาณน้ำฝนในตอนกลางวันและกลางคืน และวัฏจักรมรสุมประจำปีในมหาสมุทรอินเดีย เขาคาดการณ์ว่าเทคนิคนี้จะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น สล็อตแตกง่าย