УДК [551.515.1+551.466.33].001.572(261.1)
О характеристиках глубоких циклонов и экстремального волнения в Северной Атлантике по данным реанализа ERA-Interim
Т. В. Красюк*, Е. С. Нестеров*
Анализируется связь траекторий зон опасного волнения в Северной Атлантике с преобладающими режимами циркуляции атмосферы на основе данных реанализа ERA-Interim. Показано, что эти траектории зависят от сочетания фаз североатлантического и восточно-атлантического колебаний. Получены характеристики глубоких циклонов в Северной Атлантике в зимние месяцы (декабрь — февраль) за период 1989—2008 гг.
Ключевые слова: Северная Атлантика, опасное волнение, режимы циркуляции, глубокие циклоны.
Введение
Внетропические циклоны и вызываемое ими волнение в морях и океанах представляют научный и практический интерес. Они играют важную роль в переносе тепла и влаги в средних широтах, являясь существенным компонентом циркуляции атмосферы. Порождаемое внетропическими циклонами ветровое волнение может значительно влиять на судоходство, рыболовный промысел, добычу нефти и газа на шельфе и другие виды морской деятельности.
Для изучения характеристик циклонической активности и ветрового волнения широко используются данные реанализа, например, ERA-Interim, NCEP-CFSR, NASA-MERRA, JRA-25. Сравнение параметров вне-тропических циклонов по данным указанных массивов реанализа [22] показало, что число глубоких циклонов (с давлением в центре менее 960 гПа) в Северной Атлантике до 1990-х годов увеличивалось, а затем стало уменьшаться. Основной причиной различия в числе циклонов по данным реанализа является разное пространственно-временное разрешение в ис поль зуе мых схе мах.
По данным реанализа характеристик внетропических циклонов за 1871—2010 гг. на основе ансамблевого подхода было установлено [24], что значительное увеличение циклонической активности в Северной Атлантике во все сезоны как по числу, так и по интенсивности циклонов наблюдалось за весь период исследований (140 лет) и за последние 60 лет. Следует отметить, что максимальные значения характеристик были зафикси-
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации; e-mail: e-mail: krasjuk@mail.ru.
рованы около 1990 г. Сведения об увеличении в последние десятилетия частоты образования внетропических циклонов, ветра и волн с экстремальными характеристиками в северных частях Атлантического и Тихого океанов приводятся в обзоре [23].
В проекте IMILAST (Intercomparison of Mid Latitude Storm Diagnostics) [19] представлены результаты сравнения 15 алгоритмов определения траекторий и других характеристик внетропических циклонов на основе данных реанализа ERA-Interim за 20-летний период. Получено, что такие характеристики, как траектории, частота, продолжительность существования, межгодовая изменчивость циклонов, рассчитанные с помощью разных алгоритмов, лучше согласуются для глубоких циклонов, чем для менее ин тен сив ных.
На основе данных реанализа ERA-Interim создан веб-атлас, содержащий характеристики 200 глубоких циклонов в Северной Атлантике за 1989—2009 гг., что составляет 19% общего числа циклонов в Северной Атлантике за тот период [11, 19]. Циклоны идентифицировали по характеристикам относительной завихренности на изобарической поверхности 850 гПа. Атлас позволяет получать распределение в циклоне таких параметров, как давление, температура, влажность, направление и скорость ветра, характеристики вертикальной структуры и др.
Характеристики циклонической активности и ветрового волнения в Северной Атлантике изучались авторами многих работ [1, 2, 4—6, 14, 17, 20, 25]. В частности, установлено, что наибольшая повторяемость штормов наблюдается к югу от Исландии. Здесь в среднем бывает около 50 штор -мов в год со скоростью ветра более 17 м/с, из них 12—14% — жестокие штормы со скоростью ветра более 25 м/с [25]. Подобная оценка дается в работе [16]. В работах [14, 17] описано сильное влияние колебаний атмосферной циркуляции на характеристики волнения, в том числе экстремального.
Описан [16] шторм Квирин в Северной Атлантике, который наблюдался 13—14 февраля 2011 г. и был вызван последним из серии четырех глубоких циклонов. Этот циклон сформировался к югу от Ньюфаундленда, продвинулся на северо-восток. Произошло его быстрое углубление (на 34 гПа за 24 ч), при этом скорость ветра увеличилась от 28 до 38 м/с. По данным альтиметрии спутника "Jason-2", впервые за период 2002—2011 гг. максимальная высота волн вдоль трека длиной 533 км составила 20,1 м, средняя — 16,2 м. Длина волн достигала 700 м, период — 25 с. Максимальная скорость перемещения шторма составила 106,5 км/ч, а максимальная площадь акватории, где скорость ветра превышала 24,5 м/с, была более 500 000 км2. По оценкам, такие волны в Мировом океане возникают раз в год [16].
В статье рассматриваются некоторые характеристики глубоких циклонов в Северной Атлантике по данным атласа [11, 19] и областей экстремаль но го вол не ния по дан ным реа нали за ERA-Interim [13].
Исходные данные
Использовались данные о траекториях циклонов из вeб-атласа [11], поля высоты волн в Северной Атлантике из реанализа ERA-Interim [13],
ежедневные иоля геопотенциала изобарической поверхности 500 гПа из реанализа КСБР/ЫСАЯ [18], карты приземного давления (Брекнелл) [26], суточные и месячные значения индекса североатлантического колебания (САК), месячные значения индекса восточно-атлантического колебания (ВАК).
Реанализ БКЛ-1п1епт, созданный в Европейском центре среднесрочных прогнозов погоды вместо реанализа БКА-40, охватывает период с 1979 г. по начало 2014 г. Помимо метеорологических величин, он включает значения высоты волн в Северной Атлантике с дискретностью 6 ч, рассчитанные на основе модели WAM с горизонтальным разрешением 110 км. Для анализа высоты волн в реанализе использованы данные альтиметрии со спутников "БЯБ-1", "БЯБ-2", "Бпу18а1:", "1а80п-1" и "1а80п-2".
Авторами работы [9] была выполнена оценка точности расчета ветрового волнения в Северной Атлантике по данным реанализа БКА-40 путем сравнения с высотой волн, измеренной на заякоренных буях. Установлено, что в зимний период коэффициент корреляции между рассчитанной и измеренной высотой волн составляет 0,8—0,9. Поскольку рассматривается зимний период, то использование реанализа БКА-Шепт (более совершенного по сравнению с реанализом БКА-40 [13]) в большей степени способствует решению поставленных авторами данной статьи задач.
Траектории зон опасного волнения в Северной Атлантике и характеристики атмосферной циркуляции
Авторы работы [8] исследовали природу формирования экстремального вол не ния в Се вер ной Атлантике. Был рас смот рен 21 случай дос ти же ния волнами высоты более 14 м, зафиксированный в 2000—2011 гг. с помощью спутниковой альтиметрии и заякоренных буев (рис. 1). Как видно на рис. 1, экстремальное волнение в основном формируется в области шторм-трека (траектории большинства циклонов). Однако известно, что, во-первых, траектории циклонов могут различаться в зависимости от характера преобладающей атмосферной циркуляции [5, 20] и, во-вторых, экстремальные волны могут вызываться наиболее глубокими циклонами [8].
Поэтому целесообразно было рассмотреть типичные траектории зон опас но го вол не ния в Се вер ной Атлантике для основ ных ти пов цир куля-ции ат мосфе ры. По дан ным реанализа БКЛ-1п1епт для зим них пе ри одов (ноябрь — февраль) 1999—2013 гг. на основе рассчитанных значений высоты волн были по-стро е ны карты рас пре де ле-ния областей с высотой волн более 8 м в Северной Атлантике с дискретностью 6 ч (со глас но ти по во го пе речня опасных природных явлений, к опасным относятся волны, вы сота кото рых в прибреж-
Рис. 1. Местоположение экстремальных волн в Северной Атлантике в 2000—2011 гг.
ных районах составляет не менее 4 м,в открытом море — не менее 6 м,в открытом океане — не менее 8 м). Для случаев, когда такие области существовали непрерывно в течение 2—4 сут, были построены карты их положения с дискретностью 12 ч. Из полученных карт были отобраны типичные случаи и выполнен анализ связи траекторий областей опасного волнения с характеристиками атмосферной циркуляции.
Для описания условий в атмосфере рассматривались преобладающие режимы ее циркуляции с типичной продолжительностью 6—10 сут, пог рождаемые взаимодействием между атмосферными волнами планетарного и синоптического масштаба [3, 10]. Известно, что каждому режиму соответствует своя циклоническая активность, вызывающая аномалии ветра, температуры воздуха и других характеристик. Авторами работы [10] на основе ежедневных полей геопотенциала поверхности 500 гПа (Í500) за период 1958—2002 гг. были выделены четыре режима циркуляции атмосферы: NAO+, NAO- (положительная и отрицательная фазы североатлантического колебания), AR (атлантический гребень), S-BL (скандинавский бло кинг).
При положи тель ной фазе се ве ро атлан ти чес ко го коле ба ния (при положительном значении индекса СAК) исландский минимум и азорский максимум хорошо развиты и смещены к северу, градиенты давления между ними увеличены, зональная циркуляция усилена (режим 1). При отрицательной фазе (при отрицательном значении индекса СAК) происходит ослабле ние зо наль но го пе ре но са и уси ле ние ме ри ди о наль ных про цес сов [7] (режим 2). Режим AR (режим 3) напоминает отрицательную фазу восточно-атлантического колебания. В случае преобладания положительной фазы ВАК цик ло ни чес кая актив ность со средоточе на в вос точ ной час ти Северной Атлантики, при отрицательной фазе ВАК циклоническая активность ослаблена [1]. В случае режима S-BL (режим 4) над Северной Европой расположена положительная аномалия Í500, при этом ложбина распространяется на юго-восток от моря Лабрадор к Иберийскому п-ову [10].
Типичная ситуация хорошо развитой положительной фазы САК наблюдалась 8—11 февраля 2011 г. (среднее значение индекса САК в этот период составило 1,27). Поле геопотенциала Í500 характеризовалось положительной аномалией в средних широтах (40—50° с. ш.) и отрицательной аномалией в полярных широтах (55—70° с. ш.) (рис. 2а), что привело
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.