Цепочки вихрей над Атлантикой и Тихим океаном: спутниковый мониторинг, численное моделирование и аналитика

Одним из важнейших процессов в климатической системе Земли является общая циркуляция атмосферы, поскольку именно изменения циркуляции атмосферы, влияя на динамику и термодинамику важнейших процессов системы океан-атмосфера (Эль-Ниньо – Ла-Нинья, тропический циклогенез и др.), определяют изменения структуры климатических полей. Существует тесная связь тропического циклогенеза с крупномасштабной динамикой атмосферы, структурой и устойчивостью крупномасштабных атмосферных движений, характерных для тропических широт, таких, например, как области с сильным муссонным ветром с неоднородным профилем скорости, муссонные ветры разного направления, крупномасштабные зональные ветра, генерирующие волны (вихри) Россби и др. Траектории, интенсивность и количество тропических циклонов (ТЦ) находятся в прямой зависимости от циркуляционных особенностей атмосферы. Например, годы абсолютных экстремумов количества ТЦ на планете (103 ТЦ в 1971 г. и 61 ТЦ в 1999 г., на 23% больше и на 27% меньше нормы, соответственно) и в Северном полушарии (75 ТЦ в 1971 г. и 41 ТЦ в 1999 г., на 31% больше и на 28% меньше нормы, соответственно), характеризуются разными типами атмосферной циркуляции: в течение всего 1971 года преобладали меридиональные процессы, а резкое ослабление меридиональной циркуляции и усиление зональных процессов наблюдалось в течение всего 1999 года. Согласно данным спутникового мониторинга в тропической атмосфере довольно часто наблюдаются не уединенный вихрь, а цепочка вихрей с чередующимся циклоническим и антициклоническим направлением циркуляции. Такие цепочки могут иметь различные масштабы (например, синоптического масштаба и менее), состоять из разного количества вихрей (от двух до пяти) и формироваться как на начальной стадии формирования тропических циклонов, так и самостоятельно.
В настоящей работе представлены результаты теоретического исследования вихревых цепочек, эволюционирующих в неоднородном зональном ветре, и интерпретация данных спутникового мониторинга атмосферы многоканальными СВЧ–радиометрами SSM/I (Special Sensor Microwave / Imager) в рамках программы DMSP (Defense Meteorological Satellite Program; http://dmsp.ngdc.noaa.gov/dmsp.html). Теоретически исследуется устойчивость вихрей в зональном потоке, а также влияние параметров зонального ветра на характерные масштабы вихрей и их периодическую структуру. Цепочки вихрей получены также в результате численного моделирования в рамках полной системы уравнений газовой динамики при исследовании механизмов формирования циклонических возмущений в тропической атмосфере — в области внутритропической зоны конвергенции.
Для интерпретации и сравнения использована информация Национального ураганного центра NHC (National Hurricane Center – Tropical Prediction Center NOAA, http://www.nhc.noaa.gov) и данные микроволнового спутникового мониторинга из электронной коллекции ИКИ РАН GLOBAL-Field (http://www.iki.rssi.ru), содержащей информацию о динамике распределения влаго- и водозапаса тропосферы. Хорошие регулярность и плотность покрытия (два полных поля в сутки с шагом 0,5×0,5° по земной поверхности) делают глобальные радиотепловые поля из электронной коллекции пригодными для изучения энергоемких термодинамических процессов, ответственных за перенос тепла и массы (влаги особенно) в атмосфере, в широком диапазоне пространственно-временных масштабов — от синоптических до междугодовых (за 15 лет) и как глобальных, так и региональных (от сотен километров до планетарных).