База данных, частично созданная на основе записей моряков 19-го века, обостряет наше представление об изменении климата за последние 150 лет.
Корабль полярного исследователя Роберта Фалкона Скотта «Терра Нова» пришвартован среди паковых льдов Антарктиды в начале 1900-х годов.
В сентябре 1879 года исследовательский арктический корабль USS Jeanette шел к северу от Берингова пролива, когда его окружили льдины и заморозили на месте. Заключенный в море экипаж из 33 человек почти два года боролся за выживание, пока их корабль не затонул, что вынудило их отправиться в опасное путешествие обратно к цивилизации. Пока они находились в затруднительном положении, экипаж проводил регулярные наблюдения за погодой - ветрами, облаками, атмосферным давлением, температурой - создавая подробные метеорологические записи там, где других не было.
Спустя сто сорок лет эта запись теперь помогает ученым реконструировать историю погоды и климата Земли с беспрецедентной точностью.
Журналы авианосца «Джанетт», который в конце концов вернулся в Соединенные Штаты вместе с 13 изможденными членами экипажа во главе с главным инженером Джорджем Мелвиллом, были одними из первых спасенных в рамках проекта «Старая погода: Арктика». гражданские научные усилия по оцифровке и расшифровке наблюдений за погодой, сделанных военными кораблями США, которые плавали в Арктике в 19-м и 20-м веках. Эти записи, наряду с аналогичными данными, хранящимися во многих других архивах, вводятся в Реанализ 20-го века, сложную базу данных реконструкции погоды, разработанную Национальным управлением океанических и атмосферных исследований, которая позволяет ученым характеризовать наводнения, засухи, штормы и другие экстремальные явления с истории - и использовать бурную погоду прошлого, чтобы понять настоящее.
На этой гравюре на дереве лейтенант-коммандер Джордж ДеЛонг и его группа выходят на берег с авианосца «Жаннетт» в 1881 году. Их корабль затонул после двухлетнего пребывания во льдах.
Ранее в этом месяце эта реконструкция была серьезно обновлена, когда ученые добавили в нее миллионы новых наблюдений из журналов старых кораблей и метеостанций по всему миру. Теперь усовершенствованная «погодная машина времени» NOAA может делать снимки атмосферы Земли восемь раз в день, вплоть до 1836 года.
«Каждые три часа мы предоставляем оценку погоды в любой точке мира», - говорит Лаура Сливински, научный сотрудник Кооперативного института исследований в области наук об окружающей среде Боулдерского университета Колорадо (CIRES).) и Лаборатория исследования системы Земли NOAA.«Это довольно уникально».
'Туман невежества'
Сегодня в распоряжении ученых есть множество спутников и метеостанций для изучения погоды. Но ведение спутниковых записей началось всего около 40 лет назад, а до середины 20 века метеостанций было гораздо меньше. Ученые могут использовать модели, чтобы «предсказать» погоду в более далеком прошлом, но без данных, которые можно было бы использовать в этих моделях, их реконструкции будут туманными.
«Мы называем это туманом невежества», - говорит Гилберт Компо, старший научный сотрудник NOAA’s CIRES.
Чтобы прорваться сквозь этот туман, исследователи NOAA потратили более десяти лет на сбор данных о поверхностном давлении, температуре и состоянии морского льда из архивов по всему миру, которые оцифровываются и расшифровываются с помощью добровольцев. Эти усилия по спасению данных включают в себя несколько итераций проекта Old Weather, проекта, который оцифровывал написанные от руки отчеты о погоде из Англии 19-го века, проект, ориентированный на бортовые журналы, которые вели австралийские морские капитаны, и многие другие.
Бортовой журнал USS Jeannette, корабля, который два года был заключен во льды, прежде чем затонуть. Экипаж отнес бревно в безопасное место.
После того, как письменные записи будут помещены в формат, который может использовать NOAA, они могут быть добавлены к повторному анализу 20th Century, который использует модель, аналогичную той, на которую опирается Национальная метеорологическая служба, чтобы делать прогнозы для получения снимков погоды. атмосфера возвращения в прошлое. Последняя версия повторного анализа включает на 25 процентов больше наблюдений за годы до 1930 года, что дает гораздо более надежные ретроспективные прогнозы, особенно для 19 века.
Каждый дополнительный корабельный журнал помогает. Например, в октябре 1880 года знаменитый своим могуществом циклон обрушился на город Ситка на Аляске. Старые версии Реанализа 20-го века вообще не могли воссоздать эту бурю. Но последнее обновление включает в себя наблюдения с USS Jamestown, судна, которое в то время было пришвартовано у берега. Благодаря своим показаниям давления, машина времени погоды теперь способна вызвать шторм в нужном месте в нужное время.
«Это похоже на каплю в море, но эти наблюдения складываются», - говорит Сливински.
Погода в прошлом и настоящем
Ученые уже успешно используют свою новую машину времени.
Барбара Мэйс Боустед, метеоролог и климатолог из Национальной метеорологической службы NOAA, использует его для изучения зимы 1880-1881 годов, широко описанной в «Долгой зиме», вымышленных мемуарах Лоры Ингаллс Уайлдер, основанных на ее воспоминаниях. вырос на юго-востоке территории Дакота. Она обнаружила, что многое из того, что Уайлдер написал о той зиме 50 лет спустя, верно.
«Первый снег выпал в октябре именно так, как описала его Лора», - говорит Боустед. «Ее описание того, что произошло, так же хорошо, как журнал погоды».
Частые снежные бури и резкие похолодания охватили центральную часть Соединенных Штатов с октября по апрель. Используя повторный анализ, Боустед удалось реконструировать глобальные атмосферные условия, ответственные за эту ужасную зиму, в том числе чрезвычайно негативную фазу Североатлантического колебания, модель, которая «сильно связана с холодной погодой где-нибудь к востоку от Скалистых гор в США», - говорит она..
Боустед продолжает использовать метеорологическую машину времени NOAA для изучения других экстремальных явлений, описанных в книгах Уайлдера. Тем временем другие ученые интересуются тем, что он может рассказать нам о самой суровой погоде на Земле сегодня.
Исследователь ураганов из Колорадского государственного университета Фил Клотцбах надеется использовать новый повторный анализ, чтобы увидеть, насколько хорошо сегодняшние инструменты прогнозирования ураганов работают для штормов 19-го века. Например, синоптики часто используют Эль-Ниньо для прогнозирования активности ураганов, поскольку более интенсивные годы Эль-Ниньо, как правило, совпадают с большим количеством циклонов в восточной части Тихого океана и меньшим количеством циклонов в Атлантике. Если бы эти отношения были слабее 150 лет назад, это могло бы рассказать нам кое-что о том, как изменение климата влияет на ураганы сегодня.
Ученые могут использовать погодную машину времени, чтобы задавать еще более важные вопросы, например, влияет ли изменение климата на Гольфстрим. Многие исследования, посвященные этой теме, «основаны на реконструкциях, которым всего 50-60 лет», - говорит Сливинский. «Если вы вернетесь на 100 лет назад, вы получите более полную картину того, является ли это тенденцией или это просто всплеск. Так что нам очень интересно посмотреть на это».
Исторические данные о погоде остаются довольно скудными для Южного полушария, особенно вокруг Антарктиды. И чем дальше в прошлое мы уходим, тем скуднее записи вообще. Это означает, что у NOAA еще есть возможности улучшить свою машину времени.
И поскольку миллионы записей о погоде все еще пылятся в архивах по всему миру, ученые надеются сделать именно это.
“[Штормы] быстрее или медленнее, сильнее или слабее? Волны тепла длятся дольше? - говорит Компо. «Мы действительно хотим, чтобы как можно больше кораблей рассеяли этот туман».