ХАОТИЧНОСТЬ СОВРЕМЕННОЙ ПОГОДЫ. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОГО ВЫХОДА ИЗ «ТУПИКА»

© А.П.Капица, А.А.Гаврилов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Пленарное заседание
2011 г.

В докладе анализируется современное состояние численных прогнозов погоды с длительностью прогноза метеопараметров на период больше недели. Отмечается, что несмотря на огромные затраты многих стран в течение нескольких десятилетий на эти цели, с привлечением дорогостоящих космических исследований (проводимых под эгидой, в том числе, NASA, ESA, Роскосмоса), такие прогнозы остаются нерепрезентативными. С учетом мнения некоторых авторитетных ученых о том, что динамическое поведение атмосферы можно описать в терминах разбегающихся траекторий (странных аттракторов) и что поэтому, якобы, репрезентативный прогноз метеопараметров на период больше недели в принципе невозможен, современная методология прогнозирования погоды зашла в «тупик».

Ранее нами был предложен новый концептуальный подход к выявлению природы крупномасштабных метеорологических процессов на Земле. В рамках этого подхода средние характеристики метеорологических параметров (климат) крупномасштабных процессов обуславливаются и контролируются Солнцем, а в формировании погоды (отклонений от средних метеорологических параметров) активно участвуют и атмосферные приливы, в том числе и лунные. В данной работе с помощью разработанных физико-математических алгоритмов получены убедительные аргументы в пользу предложенного концептуального подхода.

Разработанные физико-математические алгоритмы базируются на линеаризованной численной гидродинамической модели для исследования устойчивости зональных течений во вращающейся сферической атмосфере. Модель основана на численных решениях линеаризованных уравнений геофизической гидродинамики для земных атмосферных термических приливов. В численных экспериментах инициаторами регулярных возмущений зональной циркуляции рассматривались атмосферные приливы, как термические, так и гравитационные.

С помощью численного моделирования на разработанной модели показано, что незначительные по величине атмосферные приливы (в том числе и лунные) при наличии типичной зональной циркуляции в тропосфере (например, для условий летнего солнцестояния в Северном полушарии) могут инициировать зарождение значительных, превышающих их по амплитуде на 2-3 порядка, крупномасштабных возмущений температуры, давления, плотности и скорости ветра в тропосфере. Анализ результатов численных экспериментов также показал, что неустойчивые возмущения, возникающие в численных экспериментах, обусловлены исключительно наличием вертикальных градиентов зональной циркуляции в тропосфере. Построенные широтно-высотные изолинии меридиональных функций тока растущих нестационарных решений наглядно продемонстрировали, что крупномасштабные возмущения, которые инициируют атмосферные приливы, как термические, так и гравитационные, представляют собой цепочку тороидальных (тэйлоровских) вихрей, расположенных по направлению меридиана от одного полюса до другого. Характерное время нарастания амплитуды возмущений, которое составляет порядка 20 часов для долготного волнового числа s=6, увеличивается ≈ в 6 раз с уменьшением долготного волнового числа до значения s=1.

Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что атмосферные приливы, как термические, так и гравитационные (в том числе и лунные) играют существенную роль в инициировании крупномасштабных метеорологических процессов, а значит и в формировании погоды на Земле.

В заключение отметим, что аналогичные неустойчивые процессы зарождения крупномасштабных гидротермодинамических образований могут инициироваться лунными приливами и в мировом океане, в котором также присутствуют зональные течения.