Исследование облачных и облачно-радиационных характеристик в Арктике в теплый период на основе данных полярных экспедиций NABOS

В работе представлен анализ характеристик облаков, радиационных потоков на поверхности, а также облачно-радиационного воздействия (форсинга) в морях Российской Арктики в теплый период на основе результатов судовых измерений, полученных в ходе трех полярных экспедиций NABOS (NANSEN AND AMUNDSEN BASINS OBSERVATIONAL SYSTEM). Экспедиции проходили в августе-сентябре 2013, 2015 и 2018 гг. на НЭС ‘Академик Федоров’ и НЭС ‘Академик Трешников’.

Балл и тип облачности определялись визуально с часовой дискретностью. Нижняя граница облаков измерялась при помощи лидара с минутной дискретностью. Измерения приходящей радиации в атмосфере проводились ежеминутно с использованием радиационного комплекса Kipp&Zonen. Приходящая радиация для безоблачной атмосферы была рассчитаны с учетом высоты Солнца (для коротковолновой области спектра) и с учетом температуры воздуха (для длинноволновой области спектра). Облачно-радиационное воздействие (ОРВ) определялось как разность между радиационными потоками в обычной и безоблачной атмосфере. Отдельно рассчитаны коротковолновое (КВ) и длинноволновое (ДВ) ОРВ, а также суммарное ОРВ (сОРВ=КВ ОРВ + ДВ ОРВ).

Анализ непрерывных наблюдений за облачностью показал, что за время наблюдений преобладали облака слоистообразной (50%) и слоисто-кучевых (30%) форм. Надо льдом преимущественно отмечалась слоистая облачность (до 70%), в то время как над открытой водой возрастала повторяемость слоисто-кучевых облаков. Облачность 10 баллов преобладала более чем в 70% случаев наблюдений.

Определены характерные значения радиационных потоков и облачно-радиационного эффекта в Российской Арктике в теплый период (август-сентябрь) по данным NABOS: для потока приходящей длинноволновой радиации медиана и интерквартильный разброс составили в среднем 305 Вт/м2 и 20 Вт/м2, для уходящей ~ 315 Вт/м2 и 10 Вт/м2 . Для потока приходящей коротковолновой радиации: ~ 30 Вт/м2 и 60 Вт/м2, отраженной: ~5 Вт/м2 и 10 Вт/м2. Медиана (разброс) длинноволнового облачно-радиационного эффекта составила 60 Вт/м2 (и 15 Вт/м2), коротковолнового -70 Вт/м2 (и 90 Вт/м2), суммарного -10 Вт/м2 (85 Вт/м2).

Дополнительно проведено сравнение значений сОРВ, ДВ ОРВ и КВ ОРВ по данным судовых измерений и по данным спутникового зондирования (базы данных CERES). Получено, что в целом спутниковые данные CERES показывают более низкие значения потоков приходящей и уходящей длинноволновой радиации (~ на 10 Вт/м2 ) и завышают потоки коротковолновой радиации по сравнению с данными NABOS (~ на 60 Вт/м2).

Проанализирована согласованность данных NABOS и CERES в зависимости от различных внешних параметров (концентрации морского льда, высоты солнца, характеристик облачности). Обнаружено, что наибольшие расхождения между данными отмечены для переходной концентрации льда: над полностью открытой или полностью ледовой поверхностью согласие выше. Отмечено разнонаправленная зависимость потоков (разная для КВ и для ДВ) от балла облачности. Выявлена зависимость от фазы облаков: в целом, для ледяных облаков соответствие между потоками выше, чем для водных (R2 = 0,5-0,7 и 0,3-0,4 соответственно).