Doktorska naloga: Žiga Zaplotnik o uporabi meritev vlage in aerosolov za napoved vremena

Pozdravljen Žiga in čestitke ob zaključku doktorskega študija. Tema tvoje doktorske naloge spada na področje uporabe satelitskih meritev in napovedi vremena. Naslov naloge je “Sklopitev aerosolov, vlage in vetra v 4D-variacijski asimilaciji opazovanj pri numeričnem napovedovanju vremena”. Nalogo si opravil pod mentorstvom prof. Nedjeljke Žagar (FMF).

Prosim, da na kratek in poljuden način predstaviš ozadje in raziskovalno vprašanje tvoje naloge.

Odgovor na to vprašanje terja vsaj nekaj uvoda. Danes je osnova za meteorološko napoved računalniška simulacija vremena. Kako podobna je ta simulacija dejanskemu razvoju vremena, je odvisno od natančnosti opisa fizikalnih procesov v ozračju, ter od tega, kako natančno poznamo trenutno stanje ozračja. Ta približek trenutnega stanja ozračja je kar začetek računalniške simulacije. V doktorski disertaciji sem se ukvarjal z načinom, kako bi začetni približek izboljšali, točneje, kako bi izboljšali natančnost vetra v začetnem približku. Informacija o vetru je zelo pomembna za napoved meteoroloških pojavov, katerih tipična horizontalna razsežnost je manjša od npr. 1000 km. To so tisti pojavi, ki tudi trajajo manj časa. Za napoved teh je informacija o vetru pomembnejša od informacije o temperaturi, vlagi in zračnem tlaku.

 

Opis vetra v začetnem približku lahko izboljšamo z uporabo novih meritev vetra, npr. s prvim vesoljskim Dopplerjevim lidarjem na nedavno izstreljenem satelitu Aeolus (z meritvami s tega satelita se je v svojem doktorskem delu ukvarjal kolega dr. Matic Šavli) ali pa novimi letalskimi meritvami ( s katerimi se je ukvarjal v svojem doktorskem delu kolega z ARSO dr. Benedikt Strajnar).
Informacijo o vetru lahko izboljšamo tudi drugače – z uporabo že obstoječih meritev vlage in sestave ozračja, npr. meritev ozona ter trdih atmosferskih delcev, aerosolov. S slednjim sem se ukvarjal v moji doktorski disertaciji. Predpostavimo lahko namreč, da je veter tisti glavni dejavnik, ki povzroča, da se koncentracija teh količin v atmosferi s časom spreminja. To pomeni, da lahko obratno tudi iz meritev prostorske porazdelitve vlage ali aerosolov, ki jih opravimo ob različnih časih, “izluščimo” informacijo o vetru. Čeprav se zdi problem trivialen, pa luščenje vetra otežujejo močno nelinearni procesi v atmosferi, npr. transport snovi z vetrom, fazni prehodi vode (npr. utekočinjanje vodne pare, pri katerem se sprosti ogromna količina energije), izpiranje aerosolov s padavinami ter mnogi drugi ponori in izvori aerosolov. Predvsem od točnosti opisa teh procesov je odvisno, kako dobro lahko izluščimo veter.

Kakšni pa so glavni rezultati in ugotovitve, do katerih si prišel?

Verjetno glavni rezultat te študije je, da je iz aerosolov mogoče izluščiti precej manj informacije o vetru kot iz meritev koncentracije vodne pare, kljub temu da je polje aerosolov bolj nehomogeno. Razlog je predvsem v tem, da so na Zemlji ogromna območja, kjer je koncentracija aerosolov zelo nizka. Na podlagi rezultatov sklepam, da bi bilo luščenje vetra iz aerosolov smiselno zgolj v suhem ozračju v tropskem in subtropskem Atlantiku, kjer je koncentracija prašnih aerosolov, ki izvirajo iz Sahare, zadosti visoka, hkrati pa je tudi transport snovi z vzhodnim tropskim vetrom zadosti velik. Je pa zelo verjetno, da tudi v primeru natančnih in gostih satelitskih opazovanj aerosolov ne bomo nikoli zmožni izluščiti vetra v primeru prisotnosti oblačnih plasti.
Pomemben rezultat, še posebej za operativno napovedovanje vremena, je tudi dejstvo, da je količina izluščenega vetra linearno odvisna od razmerja vplivov neznanih izvorov ali ponorov in transporta aerosolov. Slednje nam omogoča, da lahko preprosto določimo regije, kjer meritve aerosolov omogočajo izluščiti informacijo o vetru, in regije, kjer to ni mogoče storiti natančno.

Kakšni pa so tvoji načrti sedaj, ko si doktorski študij zaključil?

Kljub nekaterim drugim ponudbam, tudi v gospodarstvu, sem se odločil, da nadaljujem raziskovalno delo kot podoktorski raziskovalec na Fakulteti za matematiko in fiziko. Zaposlen sem na projektu z naslovom “Prispevek Rossbyevih in inercijsko-težnostnih valov k vertikalni hitrosti in pretoku gibalne količine v ozračju” pod mentorstvom prof. dr. Nedjeljke Žagar, torej nadaljujem delo v že usklajeni ekipi, v kateri se odlično razumemo, kmalu pa se nam bo pridružil še raziskovalec iz Irana. Ključno pri moji odločitvi je bilo, da je FMF odlično študijsko okolje z ogromno znanja ter z vrhunskimi raziskovalci v svetovnem merilu ter seveda, da je bila meteorologija vedno moj hobi. Ne skrivam pa, da bi si za nekaj let želel izkusiti tudi tujino, vsaj dokler sta hčerki še majhni. Vsekakor bi se po tem rad vrnil na FMF.
Želel bi si, da na katedri vzpostavimo meteorološki laboratorij, nekakšen spin-off, s katerim bi povezali akademijo, množico zdajšnjih in nekdanjih sodelavcev na katedri, ter gospodarstvo. Predvsem v energetiki (pa tudi v nekaterih drugih sektorjih, npr. transportu) je namreč zaradi pričakovanega masovnega prehoda na obnovljive vire energije (vetrno in sončno energijo) ter posledičnega nihanja cen energentov glede na potrebe in razpoložljivost (slednjo določa vreme), meteorološko znanje izjemno pomembno, povpraševanje po njem pa v zadnjih letih visoko. Hkrati pa je velik izziv tudi preteča grožnja spremembe klime, ki odpira celo vrsto novih raziskovalnih področij.

Hvala za odgovore in veliko sreče še naprej

Povezava na PDF doktorske naloge.

Intervju izvedel: doc. dr. Gregor Skok

Slika na vrhu prikazuje povprečno koncentracijo aerosolov v letu 2006. Vir: NASA

Vir druge slike: Baker, W. E., Atlas, R., Cardinali, C., Clement, A., Emmitt, G. D., Gentry, B. M., Hardesty, R. M., Källén, E., Kavaya, M. J., Langland, R., Ma, Z., Masutani, M., McCarty, W., Pierce, R. B., Pu, Z., Riishojgaard, L. P., Ryan, J., Tucker, S., Weissmann, M., Yoe, J. G. Lidar-measured wind profiles: The missing link in the global observing system. Bull. Am. Meteorol. Soc. 95, 543–564 (2014).