Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 249-264
Условия и механизмы мезомасштабного циклогенеза над Чукотским морем
И.А. Гурвич
1 , Е.В. Заболотских
2 , М.К. Пичугин
1 1 Тихоокеанский океанологический институт им В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, Россия
2 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 07.06.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-249-264
Работа посвящена районированию и типизации условий и механизмов мезомасштабного циклогенеза над Чукотским морем. 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 полярных мезоциклонов (ПМЦ) по форме облачной системы использовались спутниковые видимые и инфракрасные 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. Проводился совместный анализ полей вектора приводного ветра по данным CFSv2 и скаттерометра ASCAT (спутники MetOp-A/B) за период сентябрь – декабрь 2016 г. Были выявлены четыре основных механизма мезомасштабного циклогенеза над Чукотским морем и прилегающей к нему с севера акваторией Северного Ледовитого океана: I ― циклонический сдвиг ветра на оси барической ложбины; II ― реверсивно-сдвиговые ПМЦ в зоне конвергенции воздушных потоков; III ― подветренные ПМЦ под влиянием орографии п-ова Лисберн при северо-восточном направлении натекающего потока; IV ― облачные запятые за холодным фронтом в тылу циклонов синоптического масштаба (вторичные вихри). Установлено, что орографический эффект проявляется при пересечении ПМЦ восточной оконечности о. Врангеля. Основным условием для возникновения и развития ПМЦ является наличие холодных высотных депрессий и мелких бароклинных зон в пограничном слое атмосферы, которые формируются в результате больших температурных контрастов вдоль кромок льда. Несмотря на низкое содержание водяного пара в облачности ПМЦ (4–8 кг/м2), они отчётливо выделяются в полях паросодержания атмосферы, что можно использовать для их идентификации наряду с полями приводного ветра и спутниковыми изображениями облачности.
Ключевые слова: полярные мезоциклоны, Чукотское море, спутники, мультисенсорные измерения, паросодержание атмосферы, водозапас облаков, приводный ветер, ледяной покров
Полный текстСписок литературы:
- Гурвич И. А., Пичугин М. К. Исследование характеристик интенсивных мезомасштабных циклонов над дальневосточными морями на основе спутникового мультисенсорного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 1. С. 51–59.
- Гурвич И. А., Заболотских Е. В. Мезомасштабные полярные циклоны над восточным сектором Арктики по данным мультисенсорного спутникового зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 3. С. 101–112.
- Гурвич И. А., Митник Л. М., Митник М. Л. Мезомасштабный циклогенез над дальневосточными морями: исследование на основе спутниковых микроволновых радиометрических и радиолокационных измерений // Исследование Земли из космоса. 2008. № 5. С. 58–73.
- Гурвич И. А., Заболотских Е. В., Пичугин М. К. Особенности мезомасштабного циклогенеза над восточным сектором Евразийской Арктики // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 5. С. 227–237.
- Заболотских Е. В., Гурвич И. А., Шапрон Б. Новые районы распространения полярных циклонов в Арктике как результат сокращения площади ледового покрова // Исследование Земли из космоса. 2015. № 2. С. 64–77.
- Зимич П. И. Атмосферные процессы и погода Восточной Арктики. Владивосток: Дальнаука, 1998. 236 с.
- Blechschmidt A. M. A 2-year climatology of polar low events over the Nordic Seas from satellite remote sensing // Geophysical Research Lett. 2008. V. 35. No. 9. L09815. DOI: 10.1029/2008GL033706.
- Bobylev L. P., Zabolotskikh E. V., Mitnik L. M., Mitnik M. L. Arctic polar low detection and monitoring using atmospheric water vapor retrievals from satellite passive microwave data // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2011. V. 49. No. 9. P. 3302–3310.
- Chen F., von Storch H. Trends and Variability of North Pacific Polar Lows // Advances in Meteorology. 2013. V. 2013, Article ID 170387. 11 p. URL: http://dx.doi.org/10.1155/2013/170387.
- Condron A., Renfrew I. A. The impact of polar mesoscale storms on northeast Atlantic Ocean circulation // Nature Geoscience. 2012. V. 6. No. 1. P. 34–37.
- Fu G. Polar lows: Intense cyclones in winter. China Meteorological Press, 2000. 206 p.
- Gurvich I. A., Zabolotskikh E. V., Pichugin M. K. Mesoscale cyclones and cold air outbreaks over the eastern part of the Eurasian Arctic using the satellite multisensor measurements and reanalysis // 13th European Polar Lows Working Group (EPLWG) Workshop. 25–26 April 2016, Paris, France. URL: https://www.uni-trier.de/index.php?id=57240.
- Kolstad E. W. A new climatology of favourable conditions for reverse-shear polar lows // Tellus. 2006. V. 58A. P. 344–354.
- Kristjansson J. E., Thorsteinsson S., Kolstad E. W., Blechschmidt A.-M. Orographic influence of east Greenland on a polar low over the Denmark Strait // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2011. V. 137A. P. 1773–1789.
- Martin R., Moore G. W. K. Transition of a synoptic system to a polar low via interaction with the orography of Greenland // Tellus. 2006. V. 58A. P. 236–253.
- Mitnik L. M., Gurvich I. A. Satellite sensing of intense winter mesocyclones forming to the east of Korea // Current Development in Oceanography. 2011. V. 2. No. 2. P. 115–123.
- Ninomiya K. Polar/comma-cloud lows over the Japan Sea and the northwestern Pacific in winter // J. Meteorological Society of Japan. 1989. V. 67. P. 83–97.
- Ninomiya K., Wakahara K., Ohkubo H. Meso-a-scale low development over the northeastern Japan Sea under the influence of a parent large-scale low and a cold vortex aloft // J. Meteorological Society of Japan. 1993. V. 71. P. 73–91.
- Ninomiya K., Nishimura T., Susuki T., Matsumura S., Ohfuchi W. Polar low genesis over the east coast of the Asian continent simulated in an AGCM // J. Meteorological Society of Japan. 2003. V. 81. No. 4. P. 697–712.
- Orlanski I. A rational subdivision of scales for atmospheric processes // Bull. American Meteorological Society. 1975. V. 56. P. 527–530.
- Rasmussen E. A., Turner J. Polar lows: mesoscale weather systems in the Polar Regions. Cambridge: Cambr. Univ. Press, 2003. 612 p.
- Rojo M., Claud C., Mallet P.-E., Noer R. G., Carleton A. M., Vicomte M. Polar low tracks over the Nordic Seas: a 14-winter climatic analysis // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2015. V. 67. 24660. URL: http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v67.24660.
- Sergeev D. E., Renfrew I. A., Spengler T., Dorling S. R. Structure of a shear-line polar low // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2017. V. 143. P. 12–26.
- Shimada U., Wada A., Yamazaki K., Kitabatake N. Roles of an upper-level cold vortex and low-level baroclinicity in the development of polar lows over the Sea of Japan // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2014. V. 66(1). 24694. URL: http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v66.24694.
- Terpstra A., Spengler T., Moore R. W. Idealised simulations of polar low development in an Arctic moist-baroclinic environment // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2015. V. 141. Iss. 691. P. 1987–1996.
- Tsuboki K., Asai T. The multi-scale structure and development mechanism of mesoscale cyclones over the Sea of Japan in winter // J. Meteorological Society of Japan. 2004. V. 82. P. 597–621.
- Watanabe Shun-ichi I., Niino H., Yanase W. Climatology of polar mesocyclones over the Sea of Japan using a new objective tracking method // Monthly Weather Review. 2016. V. 144. No. 7. P. 2503–515.
- Yanase W., Niino H., Watanabe Shun-ichi I., Hodges K., Zahn M., Spengler T., Gurvich I. Climatology of polar lows over the Sea of Japan using the JRA-55 reanalysis // J. Climate. 2016. V. 29. No. 2. P. 419–437.
- Zabolotskikh E. V., Mitnik L. M., Chapron B. New approach for severe marine weather study using satellite passive microwave sensing // Geophysical Research Lett. 2013. V. 40. No. 13. P. 3347–3350.
- Zabolotskikh E. V., Gurvich I. A., Chapron B. (2016a) Polar lows over the eastern part of the Eurasian Arctic: The sea-ice retreat consequence // Geoscience and Remote Sensing Lett. 2016. V. 13. No. 10. P. 1492–1496.
- Zabolotskikh E., Gurvich I., Myasoedov A., Chapron B. (2016b) Detection and study of the polar lows over the arctic sea ice edge // Proc. 2016 IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS). 10–15 July 2016, Beijing, China. 2016. P. 7705–7707.
- Zabolotskikh E. V., Gurvich I. A., Chapron B. Detectability of the arctic polar lows over the Barents Sea ice edge using multi-sensor approach // Proc. Progress in Electromagnetics Research Symp. ― Fall (PIERS ― FALL). 2017. P. 2380–2384.