ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2015, № 2, с. 64-77
ДИСТАНЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ В АРКТИКЕ
НОВЫЕ РАЙОНЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЛЯРНЫХ ЦИКЛОНОВ В АРКТИКЕ КАК РЕЗУЛЬТАТ СОКРАЩЕНИЯ
ПЛОЩАДИ ЛЕДОВОГО ПОКРОВА © 2015 г. Е. В. Заболотских1, *, И. А. Гурвич2, Б. Шапрон3
1 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург 2Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
31/гетег, Брест, Франция *Е-таИ: liza@rshu.ru Поступила в редакцию 24.04.2014 г.
В работе исследовались мезомасштабные циклоны в морях российского (восточного) сектора Арктики с применением данных мультиспектрального спутникого дистанционного зондирования, карт приземного анализа и барической топографии. Применялись оригинальные методы оценки геофизических параметров по данным спутниковых пассивных микроволновых измерений, позволяющие максимально полно восстановить картину зарождения и эволюции мезовихрей. Анализ синоптической ситуации совместно со спутниковыми изображениями облачности и полями таких параметров океана и атмосферы, как скорость приводного ветра, влагозапас атмосферы и водозапас облаков, позволил сделать вывод о возникновении новых районов распространения мезомасштаб-ных циклонов в связи с потеплением климата Арктики и уменьшением площади ледового покрова. Детальное рассмотрение нескольких случаев мезоциклонов позволило определить типичные условия их формирования и выявить общие закономерности развития. Дальнейшее изучение мезомас-штабного циклогенеза в восточных морях Арктики крайне необходимо в связи с опасностью, которую представляют интенсивные мезоциклоны для транспортной и народно-хозяйственной деятельности в этих районах.
Ключевые слова: арктические мезомасштабные циклоны, российские моря Арктики, синергетиче-ский анализ
DOI: 10.7868/S0205961415020116
ВВЕДЕНИЕ
Циклонические атмосферные циркуляции с горизонтальными размерами 100—1000 км, зарождающиеся и существующие вне прямой связи с фронтальными системами синоптического масштаба, — нередкое явление в умеренных и высоких широтах. Наличие таких систем в атмосфере было обнаружено при анализе изображений облачного покрова, полученных со спутников в начале 60-х годов прошлого столетия. В литературе получило распространение несколько названий этого явления: "мезомасштабные вихри", "облачные запятые", "вторичные циклоны", "завихренности". В англоязычной литературе часто употребляется термин "Polar low". Наибольшее количество исследований посвящено мезових-рям, образующимся зимой в холодных воздушных массах над теплыми акваториями океанов в высоких широтах. Наиболее интенсивные мезо-вихри, образующиеся над открытыми районами океанов к полюсу от основной бароклинной зоны, получили название "полярные циклоны".
Время жизни таких циклонов относительно невелико (1—3 дня), что, совместно со сравнительно небольшими размерами, затрудняет их обнаружение и изучение (Rasmussen, Turner, 2003).
Мезоциклоны формируются и развиваются очень быстро. Небольшие размеры, короткий жизненный цикл и недостаточное покрытие открытого моря сетью гидрометеорологических наблюдений приводят к тому, что далеко не все ме-зоциклоны отмечаются на картах погоды. В то же время они хорошо видны в поле облачности на спутниковых видимых и инфракрасных (ИК) изображениях, в полях интегрального содержания водяного пара в атмосфере (Bobylev et al., 2011). Их облачные системы могут принимать вид облачной запятой или семейства облачных спиралей, состоящих из конвективных облаков, часто с безоблачным глазом в центре. Интенсивные мезоцик-лоны сопровождаются штормовыми ветрами и осадками и относятся к категории экстремальных погодных явлений, которые крайне затруднительно прогнозировать (Ninomiya et al., 2003).
Полярные циклоны изучаются уже более полувека. Большую группу работ составляют исследования, базирующиеся на анализе данных наблюдений, в том числе и спутниковых. Исторически это самые первые работы, связанные с интерпретацией снимков видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов. Часто такие работы направлены на рассмотрение одного или нескольких случаев мезовихрей. Ранние работы большей частью носили узконаправленный диагностический и/или описательный характер (Rasmussen, 1985), в то время как в современных исследованиях для анализа рассматриваемых случаев привлекаются данные контактных измерений, карты погоды, и, чаще всего, работы опираются на данные нескольких приборов, работающих в различных диапазонах электромагнитного спектра и позволяющих получить наиболее полную информацию о погодной системе (Mitnik, 2009; Mitnik, Gurvich, Pichugin, 2011; Гурвич, Пичугин, 2013). Из спутниковых данных для изучения полярных циклонов в настоящее время широко используются данные радиолокаторов синтезированной аппер-туры (РСА), видимые и ИК-изображения облачности, поля приводного ветра по данным скатте-рометров и поля различных геофизических параметров, восстановленных по данным спутниковых пассивных микроволновых измерений (Гурвич, Митник, Митник, 2010).
Изменения климата Арктики влияют на частоту и интенсивность полярных циклонов в различных регионах. Оценка степени этого влияния проводится в работах, носящих климатологический характер. Подобные работы базируются преимущественно на анализе спутниковых снимков и результатов модельных расчетов (например, на данных реанализа), т.е. на данных, способных представить достаточно длинный временной ряд. Такие работы исследуют климатологию мезових-рей, и важнейшей их целью являются изучение пространственно-временной изменчивости их появлений, и поиск взаимоствязи с важнейшими климатологическими циклами (Kolstad et al., 2009; Zahn, Storch von, 2008; Мохов и др., 2007). Так, результаты (Zahn, Storch, 2013) свидетельствуют о прогнозируемом в будущем уменьшении количества полярных циклонов в Арктике и снижении их интенсивности, связанных с более быстрым повышением температуры воздуха относительно температуры воды, а следовательно, с повышением устойчивости погранслоя атмосферы.
Изучение полярных циклонов необходимо в том числе и для исследования обратных связей, а именно — для оценки влияния воздействия ПЦ на изменения климата. Так, в работе (Condron et al., 2008) показано, что учет полярных циклонов крайне важен при моделировании крупномасштабной океанической циркуляции и кратко -срочных прогнозах погоды. А в (Condron, Ren-
frew, 2010) показано, что подобный учет ведет к тому, что прогнозируемое уменьшение количества полярных циклонов над морями Северо-Ев-ропейского бассейна, связанное с ростом температуры воздуха в Арктике, приведет к уменьшению глубинного перемешивания вод и ослаблению крупномасштабной океанической циркуляции. Что в свою очередь приведет к уменьшению потока тепла в Европу и Северную Америку.
Наиболее изученными районами мезомас-штабного циклогенеза являются моря атлантического сектора Арктики. Мезомасштабная циклоническая деятельность в этом регионе обусловлена характером крупномасштабной атмосферной циркуляции и относительно высокой температурой морской поверхности за счет влияния Гольфстрима. Мезомасштабный циклогенез над дальневосточными (ДВ) морями изучен меньше, за исключением Японского моря (Гурвич, Митник, Митник, 2008). Наименее освещен мезомасштаб-ный циклогенез над морями тихоокеанского сектора Арктики. Упоминание о "локальных мезоцик-лонах" на фоне крупномасштабной циркуляции в ряде мест арктического и беринговоморского побережья, которые возникают при определенных направлениях натекающего потока под влиянием орографии, встречается в монографиях (Зимич, 1998; Зимич, 2002).
Особую актуальность для российской науки исследования полярных циклонов приобретают в связи с резким уменьшением в последние годы площади Северного Ледовитого Океана, покрытой многолетними морскими льдами, и появлением новых районов открытой воды, потенциально пригодных для зарождения полярных циклонов (Comiso et al., 2008; Иванов и др., 2013). Такие моря, как Восточно-Сибирское, Чукотское, море Лаптевых, раньше закрытые ледовым покровом в течение всего года, к осени становятся свободными ото льда, а значит, подверженными возникновению и развитию полярных циклонов. Восточный сектор Арктики удален от основных циклогенетических зон Северного полушария. До последнего времени считалось, что на моря Восточной Арктики выходит лишь небольшая часть глубоких тихоокеанских циклонов, а над Восточной Арктикой обычно заполняются циклонические вихри из различных географических районов (Зимич, 1998). В исследованиях последних лет поднимаются вопросы об усилении меридио-нальности атмосферной циркуляции в связи с таянием арктических льдов и появлении сезонности арктического ледового покрова (Overland, Wang, 2010; Иванов и др., 2013). Эти факторы могут способствовать более частому выходу глубоких тихоокеанских циклонов к арктическому побережью и интенсификации циклонической и мезоциклонической деятельности над восточным сектором Арктики, что делает еще актуальнее ис-
следование мезомасштабного циклогенеза над этим районом.
В данной работе приводятся результаты предварительных исследований, подтверждающих факт существования мезоциклонов в российских морях арктического бассейна. Рассматриваются полярные циклоны в российских морях Арктики осенью 2007 г., когда был зафиксирован первый сентябрьский минимум площади ледового покрова в Арктике и осенью 2012 г. — во время абсолютного на текущий момент минимума.
Особенностью рассматриваемых регионов с точки зрения исследований мезомасштабных атмосферных процессов является неизученность относительно других, свободных полностью или частично ото льда, морей Арктики. Если для морей Северо-Европейского бассейна полярные циклоны изучаются давно и очень детально (Blechschmidt, 2008; Bracegirdle, Gray, 2008; Kol-stad et al., 2009; Zahn, Storch von, 2008; Мохов и др., 2007), то для морей российского сектора Арктики (кроме Баренцева моря) таких исследований не проводилось вовсе. В данной работе рассматриваются случаи полярных циклонов в море Лаптевых, Восточно-Сибирском и Карском морях.
Исследование
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.