Полярные циклоны над Тихоокеанской Арктикой в октябре 2017 г. в условиях аномально низкой ледовитости

Полярные циклоны (ПЦ) − интенсивные мезомасштабные погодные системы − считались редким явлением над Тихоокеанской Арктикой (ТА). Таяние арктических льдов привело к сезонности ледяного покрова, более позднему осеннему ледоставу и, как следствие, к интенсификации мезоциклонической деятельности в регионе. В октябре 2017 г. здесь наблюдалась самая высокая повторяемость благоприятных условий для мезоциклогенеза с 1979 г. В настоящей работе рассматривается серия из четырех ПЦ над морями Чукотским и Бофорта 18-22 октября 2017 г., которые развивались в условиях аномально низкой ледовитости. Исследование основано на совместном использовании мультисенсорных спутниковых измерений и данных реанализов ERA5, MERRA-2 и NCEP-CFSv2. Один из ПЦ серии, который был идентифицирован как экстремальный, возник 19 октября во время холодного вторжения из центральной Арктики, резко интенсифицировался под центральной частью холодной тропосферной депрессии и перемещался с ней на юг, огибая побережье Аляски. По данным радиометров AMSR2 (спутник GCOM-W1) и WindSat (спутник Coriolis), на пике интенсивности скорость ветра в нем была близка к ураганной (более 30 м/с), что для ТА считается крайне редким. Сравнение траекторий четырех ПЦ, обнаруженных в полях облачности и полученных из массивов данных реанализа двумя методами − по атмосферному давлению на уровне моря и относительной завихренности на изобарической поверхности 850 гПа – показало, что реанализы в основном идентифицировали только два ПЦ с горизонтальными размерами более 200 км. ERA5 показал наилучшее соответствие спутниковым наблюдениям в обнаружении центра ПЦ с погрешностью определения траектории 50-60 км и, более того, практически одинаковые результаты для обоих методов их отслеживания. Оперативный анализ CFSv2 продемонстрировал несколько худшие результаты для алгоритма отслеживания на основе относительной завихренности, а в барических полях обнаружил только наиболее интенсивный ПЦ. Однако, в отличие от других, CFSv2 в поле завихренности смог обнаружить мелкомасштабный ПЦ со временем жизни менее 12 часов, но ложно обнаружил два ПЦ со временем жизни более 12 часов, которые не были идентифицированы ни на спутниковых изображениях облачности, ни в спутниковых полях вектора ветра. Предположительно, при определенных условиях компонент атмосферной модели в анализе CFSv2 генерирует несуществующие мезомасштабные низкоуровневые циркуляции. Анализ диаграмм распределения скорости приводного ветра в пределах экстремального ПЦ показал, что наборы данных ERA5, MERRA-2 и CFSv2 адекватно воспроизводят медианную скорость ветра. Экстремальная скорость (95-й перцентиль) согласуется со спутниковыми оценками в начальной и затухающей фазах развития ПЦ. В зрелой стадии реанализы ERA5 и MERRA-2 недооценивают экстремальные скорости ветра до 8 м/с. CFSv2 адекватно воспроизводит высокие скорости, но при пиковой интенсивности ПЦ расхождение со спутниковым ветром достигает 5 м/с. Занижение скорости ветра реанализами также выявляется в функциях плотности вероятности (PDF), представляющих распределение скорости по территории в радиусе 300 км от центра ПЦ. Скорость ветра, соответствующая пику PDF, варьируется для всех наборов данных в диапазоне 15-18 м/с, самые высокие скорости показывают спутники и ERA5. Для скоростей более 20 м/с спутниковый ветер имеет гораздо более высокие вероятности, чем наборы данных реанализов. Самые низкие скорости показывает MERRA-2 в хвосте своего распределения. Использование реанализов нового поколения для оценки эволюции и интенсивности полярных циклонов дает хорошие результаты, но надежное представление об экстремальных ПЦ по-прежнему остается сложной задачей как для оперативного прогнозирования, так и для климатических исследований. Прогрессу в этой области может способствовать развитие регионального реанализа с учетом мезомасштабных атмосферных и океанических процессов.

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы НИР «Технологии дистанционного зондирования Земли и наземных измерительных систем в комплексных исследованиях динамических явлений в океане и атмосфере» (регистрационный номер: 121021500054-3).