Program Tropical Ocean Global Atmosphere
Program Globalnej Atmosfery Oceanu Tropikalnego ( TOGA ) był dziesięcioletnim badaniem (1985-1994) Światowego Programu Badań nad Klimatem (WCRP), którego celem było przewidywanie zjawisk klimatycznych w skalach czasowych od miesięcy do lat.
TOGA kładła nacisk na tropikalne oceany i ich związek z globalną atmosferą. Podstawą projektu TOGA jest założenie, że dynamiczna regulacja oceanów w tropikach jest znacznie szybsza niż na wyższych szerokościach geograficznych . W związku z tym zakłócenia pochodzące z zachodniego Pacyfiku (takie jak El Niño ) mogą rozprzestrzeniać się w całym basenie w skali czasu tygodniowej w porównaniu do lat w przypadku odpowiedniej propagacji w całym basenie na wyższych szerokościach geograficznych. Znaczenie krótszych czasów dynamicznych skaluje się w pobliżu równika jest to, że są one podobne do tych z wysokoenergetycznych modów atmosferycznych. To podobieństwo pozwala na tworzenie sprzężonych trybów między oceanem a atmosferą. Projekt TOGA odegrał kluczową rolę w opracowaniu kompleksowego systemu obserwacji równikowego Oceanu Spokojnego i położył ważne podwaliny pod prognozy ENSO, asymilację danych i zrozumienie interakcji powietrze-morze.
Tło i motywacja
Korzenie programu TOGA sięgają lat dwudziestych XX wieku i prac Sir Gilberta Walkera nad tak zwaną oscylacją południową, pozornym powiązaniem między anomaliami ciśnienia atmosferycznego w całym Oceanie Spokojnym, które wydają się być głównym motorem wzorców pogodowych . Prace te kontynuował Jacob Bjerknes w latach 60. XX wieku, kiedy utrwalił związek między zjawiskiem El Nino, anomalią ciepłej zimy w normalnie chłodnych wodach u wybrzeży Peru, a oscylacją południową. Połączona El Nino – oscylacja południowa (ENSO) okazała się głównym czynnikiem przyczyniającym się do sezonowej zmienności klimatu, co ma zarówno implikacje dla ludzi, jak i dla gospodarki. Badania tych powiązanych zjawisk kontynuowano w latach 70. i 80. XX wieku poprzez różnorodne badania obserwacyjne i modelowe, które obejmowały odkrycie równikowych fale Kelvina , potencjalny prekursor zjawiska ENSO.
Mając to na uwadze, Światowy Program Badań nad Klimatem zaczął planować trwającą dekadę inicjatywę badawczą mającą na celu zrozumienie interakcji ocean-atmosfera w tropikalnych basenach oceanicznych. Cele tego programu zostały ugruntowane, gdy w latach 1982-1983 duże wydarzenie El Nino, w tamtym czasie najsilniejsze do tej pory, uderzyło bez wcześniejszego przewidzenia lub wykrycia. To szczególnie silne wydarzenie było przerywane suszą, powodziami, ekstremalnymi upałami i silnymi burzami. Wydarzenia te jasno określiły potrzebę lepszych mechanizmów predykcyjnych dla ENSO oraz potrzebę wiarygodnych danych w czasie rzeczywistym wspierających prognozy.
Start i cele naukowe TOGA
TOGA została wystrzelona w 1985 roku z zamiarem zbadania zmienności oceanicznej i atmosferycznej we wszystkich trzech tropikalnych basenach oceanicznych. Stany Zjednoczone skupiły się na basenie Pacyfiku, a fundusze zapewniły National Oceanic Atmospheric Association (NOAA), National Science Foundation (NSF) oraz National Aeronautics and Space Administration (NASA). Konkretne cele i cele naukowe TOGA były;
- Uzyskanie opisu oceanów tropikalnych i globalnej atmosfery jako systemu zależnego od czasu w celu określenia stopnia przewidywalności systemu w skalach czasowych od miesięcy do lat oraz zrozumienia mechanizmów i procesów leżących u podstaw jego przewidywalności.
- Zbadanie wykonalności modelowania układu pary ocean-atmosfera w celu przewidywania jego zmian w skalach czasowych od miesięcy do lat; I
- Zapewnienie podstaw naukowych do zaprojektowania systemu obserwacji i transmisji danych do przewidywania operacyjnego, jeśli taka zdolność zostanie wykazana, za pomocą sprzężonych modeli ocean-atmosfera.
Aby osiągnąć cele TOGA, zaplanowano i wdrożono strategię wielkoskalowego, długoterminowego monitoringu górnej części oceanu i atmosfery, intensywnych i bardzo szczegółowych badań zorientowanych na procesy oraz modelowania poprzez szereg krajowych, międzynarodowych i wysiłki międzynarodowe. Działania w zakresie modelowania były koordynowane przez TOGA Numerical Experimentation Group (TOGA NEG).
System obserwacyjny
W ramach programu TOGA stworzono zaawansowany system obserwacji oceanów w celu wspierania badań i prognozowania cykli ciepła ENSO. Podczas gdy stosowano tradycyjne metody, takie jak statki okazjonalne i mierniki pływów śródlądowych, ukoronowaniem było rozmieszczenie tablicy Oceanu Atmosfery Tropikalnej (TAO).
TAO Array było wspólnym przedsięwzięciem NOAA i Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL), składającym się z 70 zacumowanych boi stacjonujących wzdłuż równikowego Oceanu Spokojnego, dostarczających w czasie rzeczywistym dane o wietrze, temperaturze powierzchni morza i temperaturze głębokiego oceanu za pomocą Autonomous Temperature Line Acquisition System ( ATLAS).
Ponadto naukowcy biorący udział w programie korzystali z wielu produktów pochodzących z satelitów, mimo że nie zostały one stworzone specjalnie na potrzeby programu. Najważniejsze były zaawansowany radiometr bardzo wysokiej rozdzielczości NOAA (AVHRR) do pomiaru temperatury powierzchni morza, eksperyment topograficzny (TOPEX) / Poseidon do pomiaru wysokości powierzchni morza oraz różne pasywne satelity mikrofalowe do pomiarów prędkości wiatru.
Podsumowując, połączenie danych satelitarnych i danych in situ z dostępem w czasie rzeczywistym okazało się kluczowe dla powodzenia programu.
TOGA COARE
W latach 1992-1993 prowadzono specjalny projekt terenowy znany jako eksperyment badawczy sprzężonej atmosfery oceanicznej (TOGA-COARE). Czteromiesięczny wysiłek obejmował 1200 osób, ponad 16 000 godzin na statku, 125 lotów samolotami i uwolnienie 12 000 radiosond . Jego podstawową misją było zbadanie regionu basenu ocieplenia zachodniego Pacyfiku, w szczególności pod kątem:
- Metody interakcji z atmosferą oceanu
- Mechanizmy organizujące konwekcję
- Reakcja oceaniczna na połączoną siłę wyporu i naprężenia wiatru
- Interakcje atmosferyczne / oceaniczne, które wpływają na inne regiony
Eksperyment TOGA-COARE zaowocował lepszym zrozumieniem zmienności atmosferycznej i oceanicznej w skalach międzysezonowych, w tym zjawisk takich jak oscylacja Maddena-Juliana i porywy wiatru zachodniego. Ponadto program COARE zapewnił ulepszenia w zakresie parametryzacji modeli chmur cumulus, mieszania oceanów i przepływów powietrza i morza.
Wyniki
Program TOGA bezpośrednio zaowocował lepszym teoretycznym zrozumieniem cyklu ENSO, w tym interakcji między wahaniami pasatów a temperaturą powierzchni morza. Ponadto pomogło wyjaśnić ewolucję, rozwój i zanik wydarzeń ENSO.
W wyniku TOGA powstały modele prognoz sezonowych (zarówno statystyczne, jak i dynamiczne). Udoskonalenie tego zaowocowało pierwszą udaną prognozą ENSO w 1986 r. i opracowaniem rocznych prognoz przed zakończeniem programu.
Wpływ projektu TOGA wykraczał poza czysto naukowe odkrycia, ale zmienił sposób prowadzenia prac w dziedzinie oceanografii i meteorologii. Program TOGA zapoczątkował nową współpracę między oceanografami i meteorologami oraz zapoczątkował nową kulturę otwartego dostępu do danych. Zamiast zbierać i wykorzystywać własne dane przez każde badanie, dane były teraz swobodnie dostępne dla wszystkich w czasie rzeczywistym.
Być może największym sukcesem programu TOGA było udane przewidywanie i monitorowanie El Nino w latach 1997-1998, jednego z największych wydarzeń El Nino w historii. Tylko z ustaleniami i metodami zbierania danych określonymi w programie TOGA taki sukces operacyjny byłby możliwy.