«Отклик среднеширотных циклонов на взаимодействие океана и атмосферы на различных пространственно-временных масштабах»
«Отклик среднеширотных циклонов на взаимодействие океана и атмосферы на различных пространственно-временных масштабах»
Москва
Данный проект посвящен проблеме количественной оценки интегральной роли циклонов в формировании климата и погоды на континентах и отклику циклонической активности на океанские сигналы на временных масштабах от сезонного до климатического.
Проголосовало:
Поделиться в соц. сетях:

Автор проекта:

Тилинина Наталья Дмитриевна, Гавриков Александр Владимирович

Номинация:

Научное достижение

Наименование проекта:

«Отклик среднеширотных циклонов на взаимодействие океана и атмосферы на различных пространственно-временных масштабах»

Описание проекта:

Данный проект посвящен проблеме количественной оценки интегральной роли циклонов в формировании климата и погоды на континентах и отклику циклонической активности на океанские сигналы на временных масштабах от сезонного до климатического. Данная проблема принципиально важна, поскольку несмотря на огромное количество работ в этой области, начиная с исследований Бьеркнеса (Bjerknes 1964), реальный прогресс в предсказуемости среднеширотных аномалий климата за счет учета океанских процессов был очень небольшой. Нам представляется, что одним из блоков, в какой-то степени «потерянных» при поиске связей между аномалиями климатического состояния океана и аномалиями атмосферной циркуляции и климата, являются атмосферные среднеширотные циклоны и перенос ими тепла и влаги на континенты.
Проект позволил, в частности, проанализировать причины роста частоты и магнитуды экстремальных погодно-климатических аномалий, который наблюдается в последние десятилетия. Увеличение частоты засух и периодов продолжительных осадков (SREX 2012, IPCC 2013), приводящих к наводнениям, напрямую связано с характеристиками циклонической активности и потенциально с формированием серий циклонов и атмосферных рек в теплых секторах этих циклонов. Также важным концептуальным блоком проектя является понимание роли океана в изменении частоты этих процессов, что является критической задачей исследования предсказуемости увеличения или снижения частоты этих явлений на временных масштабах от сезонов до нескольких десятилетий.
Важная проблема, изучаемая в рамках проекта - невозможность изолировать океанский сигнал от обратных связей с циклонической активностью. Рассматривая отклик динамики циклонов на потоки из океана в атмосферу, важно осознавать, что сами эти потоки в значительной степени модулируются динамикой циклонов. В рамках норвежской модели формирования циклонов (Bjerknes 1923) в тылу каждого циклона над океаном происходит вторжение холодной воздушной массы на поверхность океана и обмен теплом между океаном и атмосферной – нагрев атмосферы. В этом случае циклонам отводится главная роль в формировании режима турбулентного нагрева атмосферы от океана в средних широтах. Однако, наши исследования показали, что далеко не все циклоны обеспечивают холодные вторжения достаточной интенсивности для формирования интегрального положительного потока тепла из океана в атмосферу, а только замыкающие циклоны в серии, в тылу которых происходит формирование атмосферного диполя – циклон-антициклон. Таким образом, научная парадигма, в которой циклонам отводится ключевая роль в формировании интегрального турбулентного теплообмена между океаном и атмосферой, нуждается в существенном уточнении. Кроме того, эта парадигма связана с пониманием таких феноменов организации шторм-треков, как кластеризация циклонов в серии и смещение циклонических траекторий на декадном масштабе. С одной стороны, эти два феномена являются критическими для воздействия океана на климат континентов, поскольку именно они указывают куда и с какой интенсивностью переносится тепло и влага с океана. С другой стороны, именно они должны быть наиболее тесно связаны с океанскими климатическими сигналами. Исследованию именно этих феноменов на различных временных масштабах и объяснению реакции циклонической активности на взаимодействие океана и атмосферы и посвящен этот проект.

География проекта:

Европейская территория России, Северная Атлантика

Цели и задачи:

Основная цель проекта - изучить и количественно охарактеризовать механизмы влияния океанской изменчивости в Северной Атлантике на характер циклонической активности, являющиеся ключевыми для формирования аномалий погоды и климата на Европейском континенте. Для достижения этой цели в проекте решались следующие основные задачи:
• Разработка метрик и численных алгоритмов для идентификации кластеризации циклонов над океаном и формирования циклонических серий циклонов и тестирование алгоритмов на основе данных атмосферных реанализов и результатов экспериментов с высокоразрешающими моделями атмосферы;
• Анализ межгодовых изменений повторяемости и интенсивности циклонических серий в Северной Атлантике и оценка многолетней статистики синоптических атмосферных условий приводящих к возникновению циклонических серий;
• Выполнение численных экспериментов по высокоразрешающей реконструкции (7-15 км) динамики атмосферы в Северной Атлантике с использованием модели WRF-ARW (Weather Research and Forecasting, Skamarock et al., 2008) и боковых граничных условий из реанализа ERA-Interim (Dee et al. 2011) (или ERA-5, при его доступности в конце 2017 года) за период с 1979 по 2017 гг., что обеспечит почти 40 лет непрерывных высокоразрешающих данных о состоянии атмосферы в Северной Атлантике;
• Исследование роли циклонических серий в формировании “атмосферных рек” и аномалий переноса тепла и влаги в Атлантическо-Европейском секторе на основе результатов численных экспериментов, оценка климатологии и межгодовой изменчивости переноса тепла и влаги атмосферными реками;
• Разработка методов идентификации смещений циклонических траекторий (poleward deflection) и построение долговременных рядов их характеристик, установление связей между смещениями траекторий циклонов и их кластеризацией;
• Количественный анализ межгодовой и междекадной изменчивости характеристик взаимодействия океана и атмосферы в Северной Атлантике на основе созданной реконструкции, судовых наблюдений и ретроспективных реанализов 20-го столетия (20CR, Compo et al. 2010; ERA-Clim, Poly et al. 2016).
• Анализ локальных и удалённых откликов характеристик циклонической активности (кластеризации и смещений траекторий), а также динамики атмосферных рек и связанного с ними переноса влаги в Атлантико-Европейском секторе на долгопериодную изменчивость потоков океан-атмосфера и физическое описание механизмов этих откликов на различных временных масштабах; Одновременное решение этих задач позволит впервые согласованно проанализировать отклики синоптической динамики атмосферы на океанские климатические сигналы на различных временных масштабах и оценить предсказуемость аномалий европейского климата, связанную с воздействием среднеширотной северной Атлантики.

Итоги реализации:

В ходе реализации проекта получены принципиально новые знания о роли циклонов в климатической системе Земли. Результаты проекта позволяют "заполнить" один из блоков, в какой-то степени «потерянных» при поиске связей между аномалиями климатического состояния океана и аномалиями атмосферной циркуляции и климата. Именно отсутствие детальных исследований, посвященных откликам атмосферной циркуляции на океанский сигнал является ключевым фактором плохой предсказуемости климата и погоды в Европе (включая ЕТР) на сезонном и декадном временных масштабах. Наши результаты позволяют существенно улучшить понимание нелинейных связей в климатической системе, что, в свою очередь, позволяет улучшить качество сезонных, годовых и декадных прогнозов погоды и климата на континентах.

Более подробная информация о результатах проекта доступна по ссылке - https://rscf.ru/news/found/top-10-yarkikh-nauchnykh-otkrytiy-2020-goda/
Проект был выбран Российским Научным Фондом, как один из 10 лучших проектов, поддержанных фондом.

Сроки реализации:

07.2017 - 06.2020