Структура и эволюция полярных мезомасштабных циклонов в Карском, Беринговом и Чукотском морях по данным спутникового мультисенсорного зондирования и численного моделирования

Полярные мезомасштабные циклоны (ПМЦ, polar lows) – это интенсивные вихри, формирующиеся над поверхностью моря к северу от полярного фронта зимой, с горизонтальными размерами до 1000 км обычно характеризующийся облачностью в форме спирали или запятой. С ними связаны скорости ветра более 15 м/с и осадки до 40 мм/ч, что делает их опасными для проведения операций в море. Наиболее часто ПМЦ встречаются над поверхностью моря в зоне действия теплых течений, однако вследствие глобального потепления ПМЦ возникают и над открывшимися частями арктической акватории летом и осенью.
Проблема редкой сети контактных наблюдений над арктическими морями и недостаточного пространственно-временного разрешения реанализов решается путем совместного использования данных дистанционного зондирования (ДЗ) и численного моделирования. Данные ДЗ в видимом, ИК и микроволновом диапазонах используются для изучения направления и скорости протекания процесса, количественного описания его интенсивности и выявления особенностей, требующих детального анализа, а также для валидации численной модели, усвоения данных и оценки качества результатов моделирования.
Цель исследования – изучение структуры и эволюции ПМЦ с использованием изображений в видимом и ИК диапазонах, данных пассивного и активного микроволнового зондирования и численной мезомасштабной модели. Для анализа использовались изображения облачности, полученные со спутников Terra, Aqua и NOAA №№ 15, 16, 17, 18 и изображения, полученные радиолокатором с синтезированной апертурой ASAR спутника Envisat. По данным микроволнового радиометра AMSR-E спутника Aqua восстанавливались поля приводного ветра W, паросодержания атмосферы V, водозапаса облаков и осадков Q. Данные о ветре также были получены со скаттерометра QuikSCAT. Также привлекались данные радиозондирования, реанализа Arctic System Reanalysis, карты приземного и высотного анализа офиса прогнозов в Анкоридже и архива карт NWS DiFAX и карты ледовой обстановки, подготовленные по данным AMSR-E в университете Бремена.
Просмотр архивов изображений РСА позволил подобрать для детального анализа два ПМЦ в Карском (30.09.2008, 13.10.2007), и два в Чукотском и Беринговом морях (12.11.2007). Во всех случаях ПМЦ развивались под действием холодной адвекции с поверхности арктического льда в тыловой части более обширных погодных систем. Продолжительность жизни циклонов составила от 24 до 36 часов. Вихри характеризовались скоростями ветра до 15 м/с и значениями Q и V: 0.08 – 0.11 кг/м2 и 7 – 14 кг/м2 соответственно. Для циклона 30 сентября были найдены два изображения РСА, отображающие разные стадии развития ПМЦ.
Численные эксперименты осуществлялись с помощью Weather Research and Forecasting model (WRF), установленной на суперкомпьютере «Ломоносов» МГУ им. М. В. Ломоносова. Было поставлено 9 экспериментов, три для каждого случая ПЦ – с базовой конфигурацией, с однократным и многократным усвоением полей ветра QuikSCAT. Анализ результатов состоял из сравнения данных моделирования и наблюдений, оценки характера ухудшения прогноза после однократного усвоения данных в сравнении с многократным и количественной оценки отклика потоков тепла и импульса с поверхности на усвоение данных о ветре. В случае обнаружения анализировалось «теплое ядро» вихря.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 14-05-00959 «Характеристики мезомасштабных атмосферных циркуляций в Арктике и их влияние на энергообмен атмосферы и океана» (Вереземская П. С.) и гранта РФФИ № 13-05-12093-офи_м и ЦКП ДВО РАН “Спутниковый мониторинг Дальнего Востока для проведения фундаментальных научных исследований ДВО РАН” и соглашения ТОИ ДВО РАН с Японским аэрокосмическим исследовательским агентством JAXA (Баранюк А.В.).