Frontiere în știința Pământului

Ca obiect de studiu, științele atmosferei cuprind toate procesele care au loc în atmosferă, împreună cu legăturile sale cu alte sisteme, în special hidrosfera, criosfera, litosfera, biosfera și spațiul cosmic. Ca atare, este o disciplină vastă, iar sarcina de a descrie principalele provocări nu este ușoară și implică un grad destul de mare de suprapunere cu unele dintre celelalte mari provocări din științele pământului și ale mediului. Deoarece ar putea avea loc o suprapunere specială cu științele climatice, merită să ne amintim că procesele atmosferice diferă de cele climatice în ceea ce privește scara temporală, acestea din urmă fiind cele care au loc pe perioade lungi, de obicei mai mari de 30 de ani, dar în orice caz suficient de lungi pentru a produce medii semnificative. Procesele atmosferice sunt esențiale pentru configurarea stării climei, dar și pentru multe dintre forțările și retroacțiunile care determină amploarea schimbărilor climatice și posibilele efecte ale acestora. În plus, în ultima vreme s-au înregistrat progrese impresionante în domeniul științelor atmosferice în ceea ce privește beneficiile oferite persoanelor și organizațiilor. Fluxul de „informații” atmosferice are o importanță considerabilă în deciziile legate de sănătate, agricultură, energie, energie electrică și mediu. Acest articol „Grand Challenges” se concentrează asupra atmosferei, deși interacțiunea puternică cu alte părți ale Pământului și cu mediul înconjurător, împreună cu implicațiile societale implicate, reprezintă o temă comună în toate provocările descrise.

În următorii ani, progresul în domeniul științelor atmosferice este esențial pentru ca înțelegerea proceselor de bază și modelarea acestora să se îmbunătățească; acest lucru va necesita progrese reale în ceea ce privește abordările observaționale, conceptuale și tehnologice. Din acest motiv, următoarea listă neexhaustivă de 12 provocări selectate le include pe cele legate de observații și de asimilarea datelor, pe cele acoperite în cadrul disciplinelor tradiționale (fizica și chimia atmosferei, dinamica atmosferei și prognoza meteo), pe cele care se referă la interacțiunile dintre atmosferă și granițele sale, precum și pe cele legate de componenta atmosferică a studiilor climatice.

Provocarea 1: Asimilarea datelor

Provocările în ceea ce privește asimilarea datelor pentru observarea Pământului în următorii ani se referă la aspecte tehnice și tematice generale, precum și la capacitatea de a profita de oportunități noi și interesante în sistemele de observare a Pământului. Beneficiile abordării acestor provocări vor include probabil îmbunătățiri ale reanalizelor, îmbunătățiri ale prognozelor meteorologice, un sistem de observare îmbunătățit și o bază îmbunătățită pe care pot fi construite elementele modelelor climatice. Dintre provocările tehnice, cinci domenii sunt cele mai importante: (1) asimilarea datelor cuplate pentru a ține seama de legăturile dintre diferite elemente ale sistemului terestru; printre exemple se numără cuplarea atmosferei și a oceanului, a oceanului și a criosferei și a atmosferei și a uscatului; (2) asimilarea datelor de ansamblu pentru a ține seama de variabilitatea naturală și/sau pentru a reprezenta erorile din sistemul terestru – aici, efortul tehnic se va concentra pe proiectarea unor ansambluri realiste; (3) realizarea asimilării datelor la rezoluții spațiale sporite, reprezentând sistemul terestru la scări mai fine (mezoscală și mai fine), inclusiv dezvoltări teoretice pentru a ține seama de modificările condițiilor de echilibru; (4) o mai bună reprezentare a erorilor (aleatorii și de bias) în observațiile și modelele utilizate în asimilarea datelor, inclusiv reprezentarea erorilor de prognoză, a erorilor de model și a corecției online a biasului; (5) extinderea și consolidarea estimării comune a stării și a abordării de modelare inversă pentru a studia ciclurile biogeochimice (de ex.g., ciclul carbonului). Provocarea principală în acest caz este consolidarea și integrarea eforturilor de asimilare a datelor comunitare ale agențiilor meteorologice și spațiale, ale activităților de cercetare și operaționale și ale platformelor de observare in situ și prin satelit, inclusiv toate colaborările continentale și globale, precum și aplicarea efectivă a acestor eforturi în vederea dezvoltării de noi misiuni de observare a Pământului.

Provocarea 2: Procese la scară mică în atmosferă

Sunt evidente mai multe provocări în ceea ce privește înțelegerea noastră fundamentală a proceselor la scară mică și a aplicațiilor aferente, multe dintre acestea fiind în prezent în curs de dezbatere și studiu activ. În primul rând, creșterea puterii de calcul permite simularea mai detaliată a problemelor de mecanică a fluidelor, astfel, chiar și fluxurile stratificate în mod stabil sunt acum modelate prin simulare numerică directă. În același timp, aceste tehnici avansate de calcul necesită, de asemenea, o nouă generație de scheme de parametrizare pentru predicția numerică a vremii (NWP) și modelarea climei. La rezoluții înalte, de exemplu, dinamica complexă care apare în zonele urbane nu poate fi neglijată și sunt necesare scheme NWP specifice pentru a le reprezenta. La dimensiuni mai mici ale grilei, așa-numita zonă gri a turbulenței este abordată în NWP, iar impactul acesteia trebuie înțeles și cuantificat. Există loc pentru îmbunătățiri în ceea ce privește reprezentarea norilor și a ciclului diurn al convecției profunde, iar același lucru este valabil și pentru procesele fizice care guvernează straturile limită stabile și ciclul diurn, precum și pentru natura intermitentă a turbulenței, în special în condiții de calm. În plus, rezoluțiile mai mari necesită, de asemenea, tehnici mai avansate pentru a permite interpretarea observațiilor efectuate. În meteorologia stratului limită, închiderea bilanțului energetic de suprafață și a bilanțului termic în observațiile de pe teren necesită o atenție sporită. În cele din urmă, provocările legate de date cu care se confruntă meteorologia vor crește, de asemenea, datorită în special disponibilității mai mari atât a observațiilor profesionale, cât și a observațiilor provenite de la mulțime (Muller et al., 2013).

Provocarea 3: Chimia poluării atmosferice

Componentele cheie ale unui program de abordare a celor mai importante provocări pentru cercetătorii din domeniul chimiei poluării atmosferice pot fi descrise la următoarele trei rubrici: (1) Poluarea interioară și sănătatea: având în vedere tendința oamenilor de a rămâne în mare parte în spații închise pentru muncă, școală și petrecerea timpului liber, este important să se studieze impactul poluării interioare asupra sănătății umane ca urmare a emisiilor din interior și/sau a infiltrării aerului ambiental extern. În ultimii ani, procesele care guvernează calitatea aerului interior s-au schimbat în mod semnificativ ca urmare a modificărilor aduse reglementărilor în domeniul construcțiilor în scopul unei mai bune eficiențe energetice. Există încă necunoscute considerabile în ceea ce privește sursele, compușii și procesele care afectează calitatea aerului interior și impactul acestuia asupra bunăstării umane. (2) Praful și calitatea aerului: odată cu îmbunătățirea continuă a caracteristicilor emisiilor autovehiculelor, efectele poluării cu aerosoli în zonele urbane pot fi acum atribuite din ce în ce mai mult altor surse de emisii, cum ar fi transportul prafului natural și resuspensia prafului rutier, în special în zonele din sudul Europei cu climă mai uscată, în zonele afectate de transportul prafului din deșerturile din Africa de Nord. Înțelegerea acestor impacturi și aplicarea unor măsuri de atenuare (pentru resuspensia prafului rutier) sunt ambele domenii de cercetare viitoare. (3) Arderea biomasei: în contextul schimbărilor climatice și al preocupărilor legate de impactul și costul combustibililor fosili, arderea biomasei este acum utilizată în mod obișnuit pentru încălzirea casnică în Europa. În multe zone urbane, în principal iarna, s-a constatat că biomasa domestică este o sursă importantă de poluare a aerului cu particule. Ar în prezent se pune un oarecare accent pe evaluarea impactului arderii biomasei în ceea ce privește calitatea aerului urban, precum și în ceea ce privește studiul caracteristicilor de emisie ale echipamentelor și instalațiilor de ardere a biomasei, precum și pe impactul compoziției particulelor arse din biomasă asupra sănătății umane.

Provocarea 4: Interacțiunile aerosoli-nori

Nu există nicio îndoială că particulele de aerosoli sunt implicate activ în formarea norilor prin furnizarea de nuclei de condensare a norilor (CCN) și nuclei de gheață (IN). S-a sugerat că schimbările în concentrațiile de aerosoli vor modifica durata de viață a norilor și eficiența precipitațiilor și, prin urmare, vor afecta forțarea radiativă a sistemului terestru. S-au depus eforturi mari pentru acest subiect, ceea ce a dus la evoluții rapide în ceea ce privește cunoștințele, metodologiile și tehnicile (de exemplu, Wang, 2013). În ciuda acestor progrese, este încă dificil să se tragă concluzii semnificative cu privire la efectele climatologice ale aerosolilor la scară regională și globală. În schimb, interacțiunile dintre aerosoli și nori la scări moleculare și microfizice au devenit din ce în ce mai previzibile, iar modelarea lor mai deterministă. Se pare că există un decalaj semnificativ în cunoștințele noastre între procesele la scară mică (moleculară și microfizică) și evenimentele la scară mare (regională/globală) din acest domeniu. Sugerăm că rămâne necesitatea de a sintetiza rezultatele la mai multe scări pentru a identifica în mod clar problemele implicate și pentru a îmbunătăți setul actual de instrumente și metodologii necesare pentru a închide acest decalaj.

Provocarea 5: Predicția meteorologică

Fenomenele descrise de fluide sunt complexe, cu toate acestea, aspectul legilor mișcării fluidelor este înșelător de simplu, ecuațiile care guvernează aceste legi sunt neliniare, ceea ce implică multiple (și greu de înțeles) tipuri de efecte de feedback. Atmosfera și evoluția temporală a stării sale nu scapă de această problemă. În orice caz, unul dintre punctele forte ale corpusului de cercetare în domeniul științelor atmosferice din ultimele decenii a fost stabilirea unor previziuni fiabile în intervalul 2-7 zile, având în vedere potențialul enorm de beneficii economice; cu toate acestea, astfel de tehnici suferă încă de probleme derivate din colectarea și utilizarea datelor, care sunt colectate în cea mai mare parte deasupra oceanelor. Utilizarea de noi date provenite de la sateliți și de la teledetecția terestră ar putea fi de ajutor în această privință, la fel ca și întreținerea corectă a seturilor de date tradiționale, cum ar fi rețeaua globală de rawinsonde, acum oarecum învechită. Îmbunătățirea măsurătorilor vaporilor de apă și a proprietăților suprafeței terestre reprezintă, de asemenea, o prioritate. Provocările fizice continuă să fie aceleași ca atunci când au fost definite în urmă cu mai mult de un deceniu (National Research Council, 1998), și anume: o mai bună înțelegere a naturii interacțiunii dintre procesele atmosferice și cele de la suprafața terestră, a ciclului hidrologic, a dinamicii convecției profunde, a rolului tropopausei în dinamica atmosferică, un nou impuls în dezvoltarea modelelor de mezoscală și o îmbunătățire a parametrizărilor utilizate în modelele de vreme și climă bazate pe valuri. Un exemplu al importanței acestor îmbunătățiri este rezistența la undele gravitaționale orografice, a cărei parametrizare în modelele de predicție a vremii și climei trebuie actualizată, având în vedere importanța unor efecte care s-au dovedit a fi importante în cercetările recente. Printre acestea se numără impactul forfecării vântului atât asupra rezistenței la suprafață, cât și asupra fluxului de impuls al valurilor (și disiparea acestuia), precum și rezistența produsă de valurile de sub vânt captive, a căror energie se propagă și este disipată mai degrabă în aval de sursa lor decât în sus. Implicațiile acestor unde de gravitație orografice asupra turbulenței în aer liber (CAT), un pericol foarte grav pentru aviație, nu au fost cuantificate în mod satisfăcător. Majoritatea metodelor de prognoză CAT utilizează predictori empirici care nu sunt legați în mod explicit de undele gravitaționale, dar este bine cunoscut faptul că forfecarea direcțională (care este omniprezentă în natură) duce la ruperea undelor gravitaționale, care poate fi o sursă importantă de CAT. Capturarea undelor gravitaționale sub vântul munților sau al dealurilor duce la formarea unor circulații închise, instabile și turbulente, cunoscute sub numele de rotoare, care reprezintă, de asemenea, un pericol serios pentru aviație. Înțelegerea noastră a condițiilor necesare pentru apariția acestor structuri de curgere este incompletă și va beneficia, fără îndoială, de progresele recente în teoria undelor montane.

Provocarea 6: Teledetecția pentru meteorologie și climă

Teledetecția terestră și prin satelit a adus progrese majore în înțelegerea atât a sistemelor meteorologice și climatice, cât și a modificărilor acestora (Yang et al., 2013), permițând cuantificarea proceselor și a stărilor spațio-temporale ale atmosferei, pământului și oceanelor. Utilizarea intensivă a imaginilor din satelit în meteorologie și modelele spațiale ale creșterii nivelului mării oferă exemple bune în acest sens. Durata seriilor de timp în cauză este, de obicei, prea scurtă pentru a permite utilizarea lor pentru a surprinde tendințele pe termen lung ale multor variabile climatice, astfel încât o provocare majoră este extinderea duratei acestor serii de timp. Teledetecția ciclurilor regionale și globale ale norilor și precipitațiilor este, de asemenea, necesară pentru monitorizarea climei și verificarea rezultatelor modelelor. Există două provocări notabile în domeniul fizicii atmosferei; prima este conceperea unor studii inovatoare axate pe microfizica norilor și pe relația cu fizica descărcărilor electrice, împreună cu toate aspectele legate de observarea și măsurarea electricității atmosferice, iar cea de-a doua este dezvoltarea de noi studii radiometrice și radar pasive care să ne ajute să înțelegem structura norilor și a precipitațiilor, cu un accent deosebit pe procesele de ploaie caldă tropicală, precipitațiile ușoare la latitudini medii, căderile de zăpadă, conținutul de apă lichidă și de apă înghețată din nori, apa precipitabilă și profilurile vaporilor de apă. O provocare hidrometeorologică constă în extinderea și îmbunătățirea observațiilor și modelării noastre privind părțile atmosferice și continentale ale ciclului apei pentru a permite închiderea acestuia (de exemplu, zonele montane, regiunile polare).

Provocarea 7: Ramura atmosferică a ciclului hidrologic

Printre numeroasele provocări legate de ciclul hidrologic, cele care se referă la transportul atmosferic al umidității trebuie să primească o mențiune specială datorită existenței lor în întregime în domeniul științelor atmosferice. Aici luăm în considerare cea mai presantă dintre provocările descrise în recenta analiză a lui Gimeno et al. (2012). Diagnosticul surselor de umiditate a devenit un instrument de cercetare important în analiza evenimentelor extreme (de exemplu, inundații, secete) și poate fi considerat un instrument de bază pentru evaluările climatice regionale și globale; prin urmare, este necesar să se verifice coerența diferitelor abordări utilizate pentru a stabili relațiile sursă-sursă pentru vaporii de apă atmosferici. De o importanță majoră este îmbunătățirea înțelegerii noastre cu privire la modul în care sursele de umiditate afectează izotopii precipitațiilor; acest lucru este important în sine, dar este, de asemenea, crucial pentru interpretarea corectă a celor mai importante arhive paleoclimatice, inclusiv a carotelor de gheață și a sedimentelor din peșteri. O altă provocare este o mai bună înțelegere a rolului transportului de umiditate ca principal factor responsabil pentru fenomenele meteorologice extreme (precipitații abundente prin intermediul unor structuri cum ar fi jeturile la joasă altitudine și râurile atmosferice sau seceta prin reducerea prelungită a aprovizionării cu vapori de apă din regiunile sursă de umiditate). Pentru a evalua dacă regiunile sursă de umiditate au rămas staționare în anii trecuți, este necesar să se înțeleagă efectele principalelor moduri de variabilitate a climei asupra variabilității regiunilor de umiditate, precum și modul în care are loc transportul de umiditate într-un climat în schimbare. Aceste întrebări nerezolvate constituie o provocare substanțială pentru oamenii de știință din domeniul climei.

Provocarea 8: Interacțiunea scărilor în simularea climei

Interacțiunea dintre diferite scări spațiale și temporale are ca rezultat ceea ce numim climă. (Lorenz 1967) a fost printre primii care a subliniat importanța interacțiunilor de scară în explicarea unora dintre caracteristicile cheie ale climei observate în diferite regiuni. Caracterul neliniar al majorității acestor interacțiuni de scară a făcut ca acestea să fie dificil de modelat și, ca urmare, acest lucru constituie încă o sursă de incertitudine în simulările climatice. Au fost propuse unele metode empirice de reducere a scării rezultatelor modelelor climatice, dar acestea sunt încă oarecum controversate (Pielke și Wilby, 2011), în special atunci când sunt utilizate pentru a interpreta proiecțiile climatice pe termen lung la scară regională. Utilizarea condițiilor la limită de la un model global în care sunt prevăzute interacțiuni cuplate între toate subsistemele majore ale sistemului climatic (atmosferă, ocean, biosferă și criosferă) prezintă o serie de probleme, cum ar fi reținerea erorilor climatice la scară largă în modelele globale, dependența mare de condițiile la limită laterale sau lipsa interacțiunii bidirecționale între modelele regionale și globale. Rolul proceselor atmosferice la scară mică, de obicei în cadrul unor fenomene de scurtă durată, se dovedește a fi extrem de relevant, în special în regiunile tropicale, unde sistemele convective la mezoscală interacționează cu circulațiile la scară mare și au o importanță crucială în ciclul hidrologic. De exemplu, ciclonii tropicali pot duce la ani foarte umezi sau foarte secetoși în unele regiuni, în funcție de activitatea și traiectoria lor. Acest element este destul de dificil de simulat în modelele climatice, dar contribuția sa la clima regională este dincolo de orice îndoială și trebuie să fie mai bine înțeleasă pentru a o încorpora în sistemele de modelare a climei.

Provocarea 9: Evenimente extreme

În ultimii ani, efectele diferitelor fenomene meteorologice și climatice au căpătat importanță în ochii mass-mediei și a întregii populații, în parte ca urmare a unor evenimente extreme, cum ar fi valurile de căldură din Europa (2003), Rusia (2010) sau SUA (2011), sau uraganele mortale și extrem de costisitoare care au lovit în ultimii ani zone dens populate, inclusiv New Orleans (Katrina, 2005) și zona metropolitană din New York (Sandy, 2012). De asemenea, perioadele prelungite de secetă au provocat probleme grave pentru producătorii de cereale, inclusiv în sudul Australiei (2002-2010) sau în sud-vestul SUA, sau prin creșterea probabilității de apariție a incendiilor de pădure (Amazonia, 2005 și 2010). Unele dintre aceste fenomene extreme sunt strâns legate de apariția unor modele de circulație viguroase, cum ar fi Oscilația Nord-Atlantică (NAO), sau de blocarea și deplasarea traiectoriei furtunilor și a jet stream-ului. Prin definiție, fenomenele extreme sunt rare într-o serie cronologică; prin urmare, există o nevoie urgentă, legată de analiza evenimentelor extreme, de a extinde seriile climatice cât mai mult posibil și, din acest motiv, reconstituirile climatului trecut pe baza datelor instrumentale, istorice și proxy continuă să fie indispensabile. Raportul recent al IPCC (IPCC, 2013) arată că acest interes crescând pentru evenimentele climatice extreme trebuie abordat în contextul mai larg al schimbărilor climatice, având în vedere că schimbările preconizate ale climei globale, regionale și chiar locale se vor resimți cel mai probabil prin modificări ale magnitudinii și frecvenței evenimentelor extreme.

Provocarea 10: Influența solară asupra climei

S-a estimat că aproximativ 8% din schimbările climatice globale recente pot fi atribuite variabilității solare, dar această cifră trebuie tratată cu prudență, având în vedere că o serie de aspecte ale forțării solare și mecanismele care cuplează variabilitatea solară cu sistemul climatic al Pământului rămân slab cunoscute (Gray et al., 2010). Având în vedere complexitatea și sofisticarea din ce în ce mai mare a modelelor atmosferice și climatice, precum și necesitatea de a spori acuratețea predicțiilor făcute, este important să se poată include în aceste modele o imagine mai completă a forțării solare. Sursele de forțare solară pot fi împărțite în componente radiative și componente determinate de particule. În prezent, accentul științific pentru forțarea determinată de radiații se deplasează de la răspunsurile globale la cele regionale, determinate de variațiile de iradiere spectrală solară (SSI). Rămân o serie de întrebări cu privire la natura variațiilor SSI, la modul în care acestea ar trebui implementate în modele și la modul în care acestea se vor schimba în ciclurile solare viitoare, dacă soarele se îndepărtează de marele maxim actual al activității solare și se îndreaptă spre un nou minim de maunder. Componenta determinată de particule este împărțită în continuare în efecte de precipitații de particule energetice (EPP) și efecte de raze cosmice (CR). Efectul EPP influențează inițial stratosfera superioară și termosfera inferioară. În timp ce efectele chimice ale EPP asupra atmosferei sunt în prezent bine cunoscute, există o nevoie urgentă de a înțelege și alte efecte dinamice, precum și mecanismele și magnitudinile potențiale în ceea ce privește clima Pământului. Influența potențială a PPE asupra climei este un domeniu de cercetare emergent, care capătă o importanță mai mare acum, când modelele climatice se extind la altitudini mai mari, care sunt influențate mai direct de PPE. EPP asigură una dintre căile cheie de transport din termosfera inferioară până în stratosferă și dincolo de aceasta, până în troposferă prin intermediul cuplării stratosferă-troposferă în regiunile polare. Efectul PPE ar putea, de asemenea, să devină mai pronunțat în viitorul apropiat, pe măsură ce forțarea radiativă devine mai influențată de trecerea la tipuri de activitate solară de tip „maunder minimum”. În prezent, componenta determinată de CR este considerată a fi cea mai puțin bine înțeleasă dintre sursele de forțare solară, deși se depun eforturi de cercetare internaționale dedicate și în curs de desfășurare pentru a aborda această problemă. Rezultatele recente au sugerat că, deși CR pot stimula nuclearea aerosolilor, în termeni globali aceste efecte nu sunt mari și rămân întrebări cu privire la mecanismele fizice care leagă CR și nuclearea aerosolilor.

Provocarea 11: Vremea și clima urbană

Insula de căldură urbană (UHI) este probabil cel mai bine cunoscut efect al prezenței orașelor asupra microclimatului local; temperatura aerului într-un oraș pe timp de noapte poate fi mult mai mare (până la 10°C sau mai mult) decât în zona înconjurătoare. Clima urbană, o ramură emergentă a meteorologiei în urmă cu 20 de ani, este acum un domeniu de cercetare matur. Acoperă o gamă largă de subiecte, de la studii teoretice fundamentale la cercetări mai aplicate, având ca obiectiv principal aplicarea cunoștințelor climatice pentru o mai bună proiectare a orașelor din întreaga lume. Micrometeorologia a fost întotdeauna un domeniu central de interes în studiile urbane, datorită scărilor implicate. Instrumentiștii din domeniul climatologiei urbane au fost pionieri în dezvoltarea continuă a instrumentarului și a analizei proceselor încă din anii 1970. Procesele care duc la formarea UHI (în mare parte de natură fizică, datorită formei tridimensionale și a materialelor care alcătuiesc țesutul urban) au apărut în urma acestor studii timpurii. În prezent, persistă o serie de provocări în ceea ce privește măsurarea acestui strat limită urban destul de complex. Noi instrumente de teledetecție cu rază scurtă de acțiune sunt utilizate pentru a obține o viziune specializată asupra proceselor fizice implicate. Astfel de dezvoltări instrumentale vor continua în mod inevitabil. Climatul urban a fost abordat de modelatorii atmosferici doar atunci când modelele atmosferice au atins o rezoluție suficient de mare (câțiva km) pentru a putea reprezenta orașele în mod explicit. Primele modele care reprezintă schimburile de energie și apă între suprafețele urbane și atmosferă au apărut la începutul anilor 2000 (a se vedea recenziile din Masson, 2006 și Martilli, 2007), iar în prezent sunt utilizate din ce în ce mai mult în modelele numerice de prognoză meteorologică. Primele intercomparări internaționale ale modelelor urbane (Grimmond et al., 2010, 2011) au analizat unele mijloace evidente de îmbunătățire, de exemplu în ceea ce privește reprezentarea vegetației urbane. În plus, cu aproximativ 15 ani mai târziu decât modelele atmosferice, modelele climatice regionale au acum rezoluții spațiale compatibile cu scările urbane. Acest lucru reprezintă, desigur, o nouă provocare în ceea ce privește reprezentarea adecvată a orașelor în modelele climatice. În mod similar, studiile de meteorologie urbană nu se pot limita la fizică sau chimie, ci trebuie să țină cont de comportamentul locuitorilor. Deși există deja studii biometeorologice, în special în ceea ce privește nivelurile de confort uman, interacțiunile dintre lumea meteorologică și cea socială, atât în ceea ce privește confortul uman, dar și în ceea ce privește consumul de energie dependent de meteorologie, de exemplu, constituie în continuare una dintre principalele provocări pentru meteorologii urbani.

Provocarea 12: Reducerea și refacerea stratului de ozon

Chiar dacă în multe regiuni se înregistrează încă minime ale concentrației de ozon stratosferic, încep să fie percepute semne de refacere. În stratosfera Antarcticii, concentrația de halocarburi a atins un maxim în jurul anului 2000 și apoi a început să scadă. Proiecțiile actuale sugerează că recuperarea completă ar putea avea loc în jurul anului 2050. Aceasta înseamnă că una dintre provocările majore este asigurarea monitorizării continue atât a ozonului, cât și a gazelor care epuizează stratul de ozon, pentru a garanta recuperarea. Îmbunătățirea înțelegerii de bază a proceselor și a simulărilor acestora este deosebit de importantă în contextul unui climat în schimbare. Trebuie simulate ambele direcții, și anume, modul în care o climă în schimbare va afecta stratul de ozon și modul în care refacerea ozonului va afecta vremea și clima. Așa-numitele modele climato-chimice (CCM, Lamarque et al., 2013) par a fi de o importanță esențială în acest caz.

Lista de mai sus a provocărilor pentru următorii ani în cercetarea în domeniul științelor atmosferice se referă doar la câteva dintre cele mai urgente întrebări nerezolvate și, în mod natural, rămâne incompletă. Provocările descrise aici nu trebuie să fie considerate ca fiind principalele subiecte de cercetare probabile în Frontiers in Atmospheric Science; orice lucrare interesantă legată de umbrela științelor atmosferice ar trebui să-și găsească loc în revistă.

Recunoștințe

Sprijinit parțial de MINECO (Spania), proiectul TRAMO și FEDER. Echipa de editori asociați ai Frontiers in Atmospheric Science oferă comentarii utile.

Gimeno, L., Stohl, A., Trigo, R. M., Dominguez, F., Yoshimura, K., Yu, L., et al. (2012). Surse oceanice și terestre de precipitații continentale. Rev. Geophys. 50:RG4003. doi: 10.1029/2012RG000389

CrossRef Full Text

Gray, L. J., Beer, J., Geller, M., Haigh, J. D., Lockwood, M., Matthes, K., et al. (2010). Influențe solare asupra climei. Rev. Geophys. 48:RG4001. doi: 10.1029/2009RG000282

CrossRef Full Text

Grimmond, C. S. B., Blackett, M., Best, M. J., Barlow, J., Baik, J-J., Belcher, S. E., et al. (2010). The international urban energy balance models comparison project: first results from phase 1 (Proiectul internațional de comparare a modelelor de bilanț energetic urban: primele rezultate din faza 1). J. Appl. Meteorol. Climatol. 49, 1268-1292. doi: 10.1175/2010JAMC2354.1

CrossRef Full Text

Grimmond, C. S. B., Blackett, M., Best, M. J., Barlow, J., Baik, J-J., Baik, J-J., Belcher, S. E., et al. (2011). Rezultatele inițiale ale fazei 2 a comparației internaționale a modelelor de echilibru energetic urban. Int. J. Climatol. 31, 244-272. doi: 10.1002/joc.2227

CrossRef Full Text

IPCC. (2013). Schimbările climatice: The Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Lamarque, J.-F., Shindell, D. T., Josse, B., Young, P. J., Cionni, I., Eyring, V., et al. (2013). The atmospheric chemistry and climate model intercomparison project (ACCMIP): overview and description of models, simulations and climate diagnostics. Geosci. Model. Dev. 6, 179-206. doi: 10.5194/gmd-6-179-2013

CrossRef Full Text

Lorenz, E. N. (1967). The Nature and Theory of the Atmosphere (Natura și teoria atmosferei). Geneva: WMO, 161.

Martilli, A. (2007). Cercetări actuale și provocări viitoare în modelarea mesoscală urbană. Int. J. Climatol. 27, 1909-1918. doi: 10.1002/joc.1620

CrossRef Full Text

Masson, V. (2006). Modelarea suprafețelor urbane și impactul orașelor la scară meso. Theor. Appl. climatol. 84, 35-45. doi: 10.1007/s00704-005-0142-3

CrossRef Full Text

Muller, C. L., Chapman, L., Grimmond, C. S. B., Young, D. T., și Cai, X. (2013). Senzorii și orașul: o analiză a rețelelor meteorologice urbane. Int. J. Climatol. 33, 1585-1600. doi: 10.1002/joc.3678

CrossRef Full Text

Consiliul Național de Cercetare. (1998). The Atmospheric Sciences: Entering the Twenty-First Century (Intrarea în secolul XXI). Washington, DC: The National Academies Press.

Pielke, R. A. Sr., și Wilby, R. L. (2011). Regional climate downscaling-what’s the point? EOS 93, 52-53. doi: 10.1029/2012EO050008

CrossRef Full Text

Wang, C. (2013). Impactul aerosolilor absorbanți antropogeni asupra norilor și precipitațiilor: o analiză a progreselor recente. Atmos. Res. 122, 237-249. doi: 10.1016/j.atmosres.2012.11.005

CrossRef Full Text

Yang, J., Gong, P., Fu, R., Zhang, M., Chen, J., Liang, S., et al. (2013). The role of satellite remote sensing in climate change studies (Rolul teledetecției prin satelit în studiile privind schimbările climatice). Nat. Clim. Change 3, 875-883. doi: 10.1038/nclimate1908

CrossRef Full Text

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.