Наша научная группа из AER провела компьютерное моделирование двух разрушительных ураганов, неистовствовавших в 1992 г. Когда один из них - Иники - прошел прямо над гавайским островом Кауаи, погибло несколько человек, был нанесен огромный материальный ущерб и целые лесные массивы сровнялись с землей. Месяцем ранее ураган Эндрю обрушился на Флориду южнее Майами и превратил в пустыню целый регион.

Если учесть несовершенство существующих методов прогнозирования, наш первый эксперимент моделирования имел неожиданный успех. Чтобы изменить путь Иники, мы прежде всего выбрали место в ста километрах западнее острова, в котором должен оказаться ураган через шесть часов. Затем составили данные возможных наблюдений и загрузили эту информацию в систему 4DVAR. Программа должна была рассчитать мельчайшие изменения основных параметров первоначального состояния урагана, которые модифицировали бы его маршрут нужным образом. В этом первичном эксперименте мы допускали выбор любых искусственно созданных возмущений.

Оказалось, что самые значительные преобразования коснулись первоначального состояния температуры и ветра. Типичные изменения температуры по всей сети координат составляли десятые доли градуса, но самые заметные изменения - увеличение на 2°С - оказались в нижнем слое к западу от центра циклона. Согласно расчетам, изменения скорости ветра составили 3,2-4,8 км/ч. В некоторых местах скорость ветра изменилась на 32 км/ч в результате незначительной переориентации направления ветра вблизи центра урагана.

Хотя обе компьютерные версии урагана Иники - первоначальная и с внесенными возмущениями - казались идентичными по структуре, небольших изменений ключевых переменных было достаточно, чтобы ураган развернулся за шесть часов на запад, а потом двинулся прямо на север, оставив остров Кауаи нетронутым. Относительно малые искусственные преобразования начальной стадии циклона были обсчитаны системой нелинейных уравнений, описывающих его деятельность, и через шесть часов ураган пришел в назначенное место. Мы на верном пути! В последующем моделировании использовалась координатная сетка с более высокой разрешающей способностью, а систему 4DVAR мы запрограммировали на сведение к минимуму материального ущерба.

В одном из экспериментов мы усовершенствовали программу и рассчитали приращение температуры, которое могло бы обуздать ветер у берегов Флориды и снизить ущерб, нанесенный ураганом Эндрю. Компьютеру предстояло определить наименьшие возмущения в начальном температурном режиме, которые могли бы снизить силу штормового ветра в последние два часа шестичасового периода. Система 4DVAR определила, что лучший способ ограничить скорость ветра - провести большие преобразования начальной температуры около центра циклона, а именно: изменить ее на 2-3°С в нескольких местах. Меньшие изменения температуры воздуха (меньше 0,5°С) произошли на расстоянии от 800 до 1000 км от центра бури. Возмущения привели к образованию волнообразно чередующихся колец нагрева и охлаждения вокруг урагана. Несмотря на то что в начале процесса была изменена только температура, значения всех основных характеристик быстро отклонились от реально наблюдавшихся. В неизмененной модели ураганные ветры (более 90 км/ч) накрывали южную Флориду к концу шестичасового периода, чего не наблюдалось при внесении изменений.

Чтобы проверить надежность полученных результатов, мы провели такой же эксперимент на более сложной модели с большей разрешающей способностью. Результаты оказались схожи. Правда, через шесть часов на видоизмененной модели возобновились сильные ветры, поэтому понадобились дополнительные вмешательства, чтобы уберечь южную Флориду. Вероятно, чтобы держать под контролем ураган в течение определенного промежутка времени, необходимо запускать серию запланированных возмущений.