Условия и механизмы мезомасштабного циклогенеза над Чукотским морем по данным мультисенсорных спутниковых измерений и реанализа

Сокращение ледяного покрова привело к активизации мезоциклонической деятельности над окраинными морями восточного сектора Евразийской Арктики (ВЕА). Полярные мезоциклоны (ПМЦ) стали появляться в тех районах, где ранее они наблюдались крайне редко (Rasmussen, Turner, 2003). С развитием Северного морского пути, освоением новых районов рыболовства и разработкой добычи полезных ископаемых на арктическом шельфе актуальность исследований мезомасштабного циклогенеза над ВЕА резко возросла. Мезоциклоническая деятельность в исследуемом регионе наиболее продолжительна над Чукотским морем, где она может наблюдаться до середины декабря, тогда как над морями Лаптевых и Восточно-Сибирским заканчивается в ноябре (Zabolotskikh et al., 2015; Гурвич, Заболотских, 2015; Gurvich et. al., 2016; Zabolotskikh et al., 2016). Это обусловлено более поздним его замерзанием по сравнению с другими морями ВЕА из-за поступления относительно теплых вод из Берингова моря. Исследование базировалось на комплексном использовании данных мультисенсорных спутниковых измерений и модели CFSv2 из оперативного анализа системы прогноза климата Climate Forecast System, Version 2 прогностического центра National Centers for Environmental Prediction (NCEP), дополненных синоптическими картами приземного анализа и барической топографии. Для идентификации ПМЦ по форме облачной системы использовались спутниковые видимые и инфракрасные (ИК) изображения, полученные спектрорадиометром MODIS (спутники Aqua и Terra) и радиометром VIIRS (спутник Suomi NPP). По данным радиометра AMSR2 (спутник GCOM-W1) восстанавливались поля паросодержания атмосферы, водозапаса облаков и скорости приводного ветра, для чего применялись алгоритмы, основанные на физическом моделировании радиояркостных температур уходящего излучения системы океан-атмосфера с последующим восстановлением геофизических параметров при помощи нейронных сетей. Совместный анализ полей вектора приводного ветра по данным CFSv2 и скаттерометра ASCAT (спутники MetOp-A/B) за период сентябрь-декабрь 2016 г показал, что пик мезоциклонической активности над Чукотским морем в 2016 г. приходился на ноябрь, а не на октябрь, как в 2007 г. и 2014 г. (Гурвич и др., 2016). Смещение пика с октября на ноябрь было обусловлено элементами крупномасштабной атмосферной циркуляции и гидрологическим режимом моря. Это следует из анализа среднемесячных карт геопотенциальных высот изобарической поверхности 500 гПа (АТ500) и приведенного к уровню моря атмосферного давления. В октябре 2016 г. Чукотское море находилось под воздействием адвекции тепла в системе глубоких беринговоморских циклонов, а в ноябре, в результате перестройки термобарического поля над бассейном Северного Ледовитого океана, ‒ под воздействием адвекции холода из приполюсных районов. Большая часть его акватории была свободна ото льда до конца первой декады декабря. При детальном анализе структуры, траекторий, условий формирования и развития ПМЦ со скоростью ветра ≥ 12 м/с в октябре и ноябре 2016 г. были выявлены типичные механизмы и основные районы мезомасштабного циклогенеза над Чукотским морем и прилегающей к нему с севера акваторией СЛО, обусловленные крупномасштабными атмосферными процессами, ледовой обстановкой и орографией побережья. Тип I ‒ подветренные ПМЦ, формируются под влиянием орографии п-ова Лисберн при северо-восточном направлении натекающего потока; тип II ‒ в зонах конвергенции воздушных потоков, направленных от ледяных полей; тип III ‒в зонах циклонического сдвига ветра на оси приземных барических ложбин; тип IV ‒ облачные запятые за холодным фронтом в тылу циклонов синоптического масштаба (вторичные вихри). Орографический эффект проявляется также при пересечении мезоциклоном восточной оконечности о-ва Врангеля. Появление зон конвергенции и узких барических ложбин указывает на вероятность мезоциклогенеза и может служить прогностическим признаком. Большое влияние на их развитие оказывают холодные высотные депрессии и бароклинные зоны в пограничном слое атмосферы, которые формируются вблизи ледовых кромок в результате температурных контрастов между ледяными полями и морской поверхностью. При выходе на Чукотское море с севера холодной высотной депрессии или ложбины и при разности температур морской поверхности и воздуха на уровне изобарической поверхности 500 гПа (АТ500) ΔТ ≥ 38-43°С, возникают интенсивные мезоциклоны с мощной конвективной облачностью. Если вклад бароклинной неустойчивости пограничного слоя атмосферы больше, чем конвективной (ΔТ < 38°С), мезоциклоны менее интенсивны. Мезоциклонические вихри над Чукотским морем, несмотря на небольшое количество водяного пара (4-8 кг/м2), отчетливо выделяются в полях паросодержания атмосферы на фоне более сухого воздуха, что может использоваться для их идентификации наряду с полями приводного ветра и спутниковыми изображениями облачности.

Работа выполнена при поддержке гранта ДВО РАН 15-I-1-009_о.