ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 5. С. 217-228

Взаимодействие морской поверхности и катабатического потока во фьордах Шпицбергена

И.А. Репина 1, 2 
1 Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва, Россия
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Одобрена к печати: 04.09.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-5-217-228
Возникновение стоковых (катабатических) ветров в полярных районах связано с сильным охлаждением воздуха на склонах ледниковых плато и движением его под действием силы тяжести вниз по склону. Эти ветра оказывают значительное влияние как на климат данных регионов, так и на энергетический баланс в прибрежной зоне. В свою очередь, сила ветров зависит от рельефа местности и синоптической ситуации в регионе. Исследование турбулентной структуры катабатических (стоковых) ветров проводилось в весенний период на Шпицбергене в районе протяжённых ледников (в долине Конгсфьорден-Конгсвеген) на границе ледника и фьорда, что даёт возможность оценивать структуру ветрового потока, выходящего на поверхность фьорда. Целью работы является определение и уточнение граничных условий для климатических моделей в районах с неоднородным рельефом, а также получение информации для интерпретации спутниковых данных. Из профильных измерений удалось обнаружить связь между высотой максимума ветра и устойчивостью приземного слоя атмосферы. При повышении уровня ветрового максимума устойчивость потока увеличивается, что приводит к расхождению между рассчитанными по теории подобия Монина – Обухова и измеренными значениями турбулентных потоков. Ошибки уменьшаются при использовании температурного параметра шероховатости и замене параметра устойчивости градиентным числом Ричардсона.
Ключевые слова: катабатические ветры, неоднородный рельеф, энергообмен атмосферы с подстилающей поверхностью, устойчивость атмосферы, универсальные функции теории подобия
Полный текст

Список литературы:

  1. Митягина М. И., Лаврова О. Ю., Бочарова Т. Ю. Наблюдение подветренных волн и вихревых структур за природными препятствиями в атмосфере при помощи радиолокационного зондирования морской поверхности // Исследование Земли из космоса. 2004. № 5. C. 44–50.
  2. Монин А. С., Обухов А. М. Основные закономерности турбулентного обмена в приповерхностном слое // Труды Института геофизики АН СССР. 1954. № 24. С. 163–187.
  3. Репина И. А., Иванов Б. В., Кузнецов Р. Д. Режим ветра над ледниковыми склонами (по данным измерений на архипелаге Шпицберген) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Т. 6(2). С. 180–187.
  4. Andreas E. L. A theory for the scalar roughness and the scalar transfer coefficients over snow and sea ice // Boundary-Layer Meteorology. 1987. V. 38(1). P. 159–184.
  5. Andreas E. L. Parametrizing scalar transfer over snow and ice: a review // J. Hydrometeorology. 2002. V. 3. P. 417–431.
  6. Argentini S., Viola A. P., Mastrantonio G., Maurizi A., Georgiadis T., Nardino M. Characteristics of the boundary layer at Ny-Alesund in the Arctic during the ARTIST field experiment // Annali di Geofisica. 2003. V. 46. No. 2. P. 185–196.
  7. Beine H. J., Argentini S., Maurizi A., Mastrantonio G., Viola A. The local wind field a Ny-Alesund and Zeppelin mountain at Svalbard // Meteorology and Atmospheric Physics. 2001. V. 78. P. 107–113.
  8. Beljaars A. C., Holtslag A. A. Flux parameterization over land surfaces for atmospheric models // J. Applied Meteorology. 1991. V. 30(3). P. 327–341.
  9. Bromwich D. H., Carrasco J. F. Satellite observations of katabatic wind propagation for Great distances across the Ross ice shelf // Monthly Whether Review. 1992. V. 120. P. 1940–1949.
  10. Cisek M., Makuch P., Petelski T. Comparison of meteorological conditions in Svalbard fjords: Hornsund and Kongsfjorden // Oceanologia. 2017. V. 59(4). P. 413–421.
  11. Esau I., Repina I. Wind climate in Kongsfjorden, Svalbard, and attribution of leading wind driving mechanisms through turbulence-resolving simulations // Advances in Meteorology. 2012. P. 568454. 16 p.
  12. Forland E. J., Hansen-Bauer I., Nordli P. Climate statistics and long-term series of temperature and precipitation at Svalbard and Jan Mayen. Oslo: Norwegian Meteorological Institute, 1997. DNMI-KLIMA report 21/97. 40 p.
  13. Geyer F., Ferand I., Smedsrud L. H. Structure and forcing of the overflow at the Storfjorden sill and its connection to the Arctic coastal polynya in Storfjorden // Ocean Science. 2010. V. 6. No. 1. P. 401–411.
  14. Gorter W., Van Angelen J. H., Lenaerts J. T., Van den Broeke M. R. Present and future near-surface wind climate of Greenland from high resolution regional climate modelling // Climate dynamics. 2014. V. 42(5–6). P. 1595–1611.
  15. Grachev A. A., Andreas E. L., Fairall C. W., Guest P. S., Persson P. O. G. SHEBA flux-profile relationships in the stable atmospheric boundary layer // Boundary-Layer Meteorology. 2007. V. 124. P. 315–333.
  16. Hanssen-Bauer I., Solas M. K., Stefensen E. L. The climate of Spitsbergenю Oslo: Den Norske Meteorologiske Institutt, 1990. DMNI 39/90 KLIMA report. 58 p.
  17. Ivanov V. V., Polyakov I. V., Dmitrenko I. A., Hansen E., Repina I. A., Kirillov S. A., Mauritzen C., Simmons H., Timokhov L. A. Seasonal variability in Atlantic water off Spitsbergen // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2009. V. 56(1). P. 1–14.
  18. Kilpelainen T., Vihma T., Olafsson H. Modelling of spatial variability and topographic effects over arctic fjords in Svalbard // Tellus A. 2011. V. 63. No. 2. P. 223–237.
  19. Li X., Zheng W., Pichel W. G., Zou C. Z., Clemente‐Colón P. Coastal katabatic winds imaged by SAR // Geophysical Research Letters. 2007. V. 34(3). L03804.
  20. Livik G. An Observational and Numerical Study of Local Winds in Kongsfjorden, Spitsbergen: M. S. thesis. Geophysical Institute, University of Bergen, 2011.
  21. Lüers J., Bareiss J. Direct near-surface measurements of sensible heat fluxes in the Arctic tundra applying eddy covariance and laser scintillometry — the Arctic Turbulence Experiment 2006 on Svalbard (ARCTEX-2006) // Theoretical and Applied Climatology. 2011. V. 105(3–4). P. 387–402.
  22. Noufal K. K., Najeem S., Latha G., Venkatesan R. Seasonal and long term evolution of oceanographic conditions based on year-around observation in Kongsfjorden, Arctic Ocean // Polar Science. 2017. V. 11. P. 1–10.
  23. Oltmanns M., Straneo F., Moore G. W., Mernild S. H. Strong downslope wind events in Ammassalik, southeast Greenland // J. Climate. 2014. V. 27 (3). P. 977–993.
  24. Roberts T. J., Dütsch M., Hole L. R., Voss P. B. Controlled meteorological (CMET) balloon profiling of the Arctic atmospheric boundary layer around Spitsbergen compared to a mesoscale model // Atmospheric Chemistry and Physics Discussions. 2015. V. 15. Iss. 19. P. 27539–27573.
  25. Rutgersson A., Smedman A. S., Högström U. Use of conventional stability parameters during swell // J. Geophysical Research: Oceans. 2001. V. 106(C11). P. 27117–27134.
  26. Sandvik A. D., Furevik B. R. Case study of a coastal jet at Spitsbergen ― comparison of SAR- and model-estimated wind // Monthly Weather Review. 2002. V. 130. No. 4. P. 1040–1051.
  27. Skeie P., Grønas S. Strongly stratified easterly flows across Spitsbergen // Tellus A. 2000. V. 52. No. 5. P. 473–486.
  28. Sundfjord A., Albretsen J., Kasajima Y., Skogseth R., Kohler J., Nuth C., Skarðhamar J., Cottier F., Nilsen F., Asplin L., Gerland S. Effects of glacier runoff and wind on surface layer dynamics and Atlantic Water exchange in Kongsfjorden, Svalbard; a model study // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2017. V. 187. P. 260–272.
  29. Svendsen H., Beszczynska-Møller A., Hagen J. O. The physical environment of Kongsfjorden-Krossfjorden, and Arctic fjord system in Svalbard // Polar Research. 2002. V. 21. No. 1. P. 133–166.
  30. Teigen S. H., Nilsen F., Skogseth R., Gjevik B., Beszczynska‐Möller A. Baroclinic instability in the West Spitsbergen Current // J. Geophysical Research: Oceans. 2011. V. 116(C7). C07012.
  31. Van den Broeke M. R. Momentum, heat, and moisture budgets of the katabatic wind layer over a midlatitude glacier in summer // J. Applied Meteorology. 1997. V. 36(6). P. 763–774.
  32. Vihma T., Kilpeläinen T., Manninen M., Sjöblom A., Jakobson E., Palo T., Jaagus J., Maturilli M. Characteristics of temperature and humidity inversions and low-level jets over Svalbard fjords in spring // Advances in Meteorology. 2011. P. 486807. 14 p.