Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 5. С. 287-299
Анализ экстремального ветра в интенсивных внетропических циклонах над северной частью Тихого океана на основе измерений со спутника SMAP
М.К. Пичугин
1 , И.А. Гурвич
1 , А.В. Баранюк
1 1 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток, Россия
Одобрена к печати: 27.09.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-287-299
В холодное полугодие внетропические циклоны (ВТЦ) часто связаны с опасными погодными явлениями, особенно с ураганным ветром, высоким волнением и экстремальными осадками. Вместе с тем изучению долгосрочных изменений характеристик циклонов препятствуют пробелы в инструментах наблюдений и неопределённости в оценках циклонической активности как прогностическими моделями, так и реанализом. В настоящей работе исследованы ветровые условия в интенсивных внетропических циклонах над северной частью Тихого океана. Исследование основано на измерениях со спутника SMAP, а также данных реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов ERA5 и оперативного анализа национального центра прогнозирования состояния окружающей среды США NCEP-CFSv2. Микроволновый радиометр на спутнике SMAP позволяет восстанавливать ветер у морской поверхности со скоростью до 70 м/с, в том числе в зонах сильных осадков из-за крайне слабого рассеяния и ослабления электромагнитных волн отдельными гидрометеорами. Период исследования ограничен временем запуска спутника и составляет шесть холодных сезонов (ноябрь – март) с 2015 по 2021 г. В результате было выявлено 105 случаев внетропических циклонов с ураганным (>33 м/с) ветром, попадающих в полосу обзора радиометра. Большинство из них (около 60 %) регистрировалось в декабре и январе южнее Алеутских о-вов и п-ова Камчатки. Более 40 % ВТЦ демонстрировали «взрывной» характер развития и наблюдались преимущественно в районе продолжения течения Куросио. В отдельных случаях спутниковые оценки скорости ветра достилали 55–60 м/с. Анализ распределения максимальной скорости ветра по данным SMAP чётко выделяет отдельную группу наиболее интенсивных циклонов с особым механизмом формирования экстремального ветра. Мы предполагаем, что эти ВТЦ развивались по типу модели Шапиро – Кейзера с образованием мезомасштабной области экстремального ветра, также называемой sting jet. Сравнительный анализ распределения ветра в циклоне по данным SMAP и реанализов выявил значительную недооценку последними в области высоких скоростей более 25 м/с. Наибольшие расхождения со спутниковыми оценками скорости ветра показал реанализ ERA5 независимо от месяца или географического района.
Ключевые слова: спутниковое микроволновое зондирование, внетропические циклоны, северная часть Тихого океана, микроволновый радиометр SMAP, приводный ветер
Полный текстСписок литературы:
- Зверев А. С. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 711 с.
- Тунеголовец В. П. Циклоническая деятельность над северо-западной частью Тихого океана и дальневосточными морями России // Дальневосточные моря России. В 4-х кн. Кн. 1. Океанологические исследования. М.: Наука, 2007. С. 60–96.
- Bengtsson L., Hodges K. I., Roeckner E. Storm Tracks and Climate Change // J. Climate. 2006. V. 19. P. 3518–3543.
- Browning K. A. The sting at the end of the tail: Damaging winds associated with extratropical cyclones // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2004. V. 130. P. 375–399. https://doi.org/10.1256/qj.02.143.
- Burt S. D., Mansfield D. A. The Great Storm of 15–16 October 1987 // Weather. 1988. V. 43. P. 90–110.
- Chang E. K., Guo M. Y., Xia X. CMIP5 multimodel ensemble projection of storm track change under global warming // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2012. V. 117 P. D23118.
- Clark P. A., Gray S. L. Sting jets in extratropical cyclones: a review // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2018. V. 144. P. 943–969.
- Gramcianinov C. B., Campos R. M., de Camargo R., Hodges K. I., Soares Guedes C., da Silva Dias P. L. Analysis of Atlantic extratropical storm tracks characteristics in 41 years of ERA5 and CFSR/CFSv2 databases // Ocean Engineering. 2020. V. 216. P. 108–111.
- Gyakum J. R., Anderson J. R., Grumm R. H., Gruner E. L. North Pacific cold-season surface cyclone activity: 1975–1983 // Monthly Weather Review. 1989. V. 117. P. 1141–1155.
- Hawcroft M. K., Shaffrey L. C., Hodges K. I., Dacre H. F. How much Northern Hemisphere precipitation is associated with extratropical cyclones? // Geophysical Research Letters. 2012. V. 39. Art. No. L24809. https://doi.org/10.1029/2012GL053866.
- Hersbach H., Bell B., Berrisford P. Hirahara S., Horányi A. et al. The ERA5 global reanalysis // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2020. V. 146. Iss. 730. P. 1999–2049.
- Iwao K., Inatsu M., Kimoto M. Recent changes in explosively developing extratropical cyclones over the winter Northwestern Pacific // J. Climate. 2012. V. 25. P. 7282–7296.
- Kezunovic M., Dobson I., Dong Y. Impact of extreme weather on power system blackouts and forced outages: New challenges // 7th Balkan Power Conf. Šibenik, Croatia. Univerza v Ljubljani, 2008. 5 p.
- Michaelis A. C., Willison J., Lackmann G. M., Robinson W. A. Changes in Winter North Atlantic Extratropical Cyclones in High-Resolution Regional Pseudo-Global Warming Simulations // J. Climate. 2017. V. 30. P. 6905–6925.
- Mizuta R., Matsueda M., Endo H., Yukimoto S. Future Change in Extratropical Cyclones Associated with Change in the Upper Troposphere // J. Climate. 2011. V. 24. P. 6456–6470.
- Pfahl S., O’Gorman P. A., Singh M. S. Extratropical Cyclones in Idealized Simulations of Changed Climates // J. Climate. 2015. V. 28. P. 9373–9392.
- Pickart R. S., Moore G. W. K., Macdonald A. M., Renfrew I. A., Walsh J. E., Kessler W. S. Seasonal evolution of Aleutian low-pressure systems: implications for the North Pacific sub-polar circulation // J. Physical Oceanography. 2009. V. 39. P. 1316–1339.
- Saha S., Moorthi S., Wu X., Wang J., Nadiga S., Tripp P., Behringer D., Hou Y.-T., Chuang H.-Y., Iredell M., Ek M., Meng J., Yang R., Mendez M. P., van den Dool H., Zhang Q., Wang W., Chen M., Becker E. The NCEP Climate Forecast System Version 2 // J. Climate. 2014. V. 27. P. 2185–2208.
- Shapiro M. A., Keyser D. Fronts, Jet Streams, and the Tropopause // Extratropical Сyclones. The Erik Palmén Memorial Volume. Boston: American Meteorological Society, 1990. Ch. 10. P. 167–189.
- Schultz D. M., Browning K. A. What is a sting jet? // Weather. 2017. V. 72. P. 63–66.
- Sinclair V. A., Rantanen M., Haapanala P., Räisänen J., Järvinen H. The characteristics and structure of extra-tropical cyclones in a warmer climate // Weather and Climate Dynamic. 2020. No. 1. P. 1–25.
- Zabolotskikh E. V., Mitnik L. M., Reul N., Chapron B. New possibilities for geophysical parameter retrievals opened by GCOM-W1AMSR2 // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2015. V. 8. P. 4248–4261.
- Zappa G., Shaffrey L. C., Hodges K. I., Sansom P. G., Stephenson D. B. A Multimodel Assessment of Future Projections of North Atlantic and European Extratropical Cyclones in the CMIP5 Climate Models // J. Climate. 2013. V. 26. P. 5846–5862. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00573.1.
- Zhang S. Q., Fu G., Lu C. G., Liu J. W. Characteristics of explosive cyclones over the Northern Pacific // J. Applied Meteorology and Climatology. 2017. V. 56. P. 3187–3210. DOI: 10.1175/JAMC-D-16-0330.1.