Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Блокирующие антициклоны: общие понятия, теории и современные исследования 11
1.1. Определения и характеристики блокирующих процессов 11
1.2. Теории образования, существования и разрушения блокирующих антициклонов 15
1.3. Объективные критерии идентификации и оценки блокирующих образований 18
1.4. Климатология блокирующих образований 24
1.5. Воспроизведение блокингов в гидродинамических моделях общей циркуляции атмосферы 28
1.6. Выводы по главе 1 31
Глава 2. Материалы и методика исследования 33
2.1. Метод разложения случайных полей по естественным ортогональным функциям (ЕОФ) 36
2.2. Методика анализа блокирующего антициклона как целостного атмосферного объекта 38
2.3. Индекс оперативного прогнозирования блокирующих образований (TM, зональный индекс)
2.4. Индекс интенсивности блокирования (BI) 43
2.5. Метод расчета функции тока 44
2.6. Индекс неустойчивости квазистационарных атмосферных циркуляционных режимов (I3) 46
2.7. Метод получения корреляционных связей 50
2.8. Циркуляционные индексы: Арктическая осцилляция и Северо
Атлантическое колебание 51
2.10. Выводы по главе 2 54
Глава 3. Оценка условий атмосферной циркуляции и синоптических процессов аномально жаркого лета 2010 года над центральными регионами России 55
3.1. Общая характеристика погоды при блокирующей ситуации летом 2010 года 55
3.2. Синоптические механизмы длительной стабилизации летнего субтропического антициклона и причины его многократной регенерации 60
3.3. Выводы по главе 3 90
Глава 4. Особенности зимних термобарических полей макромасштабной перестройки атмосферной циркуляции над Европой, приведших к формированию теплого блокирующего антициклона в западном секторе Арктики 92
4.1. Режим циркуляции и погоды при блокирующей ситуации зимой 2012 года 92
4.2. Блокирующий потенциал зимнего высокоширотного антициклона над Баренцевым морем 94
4.3. Выводы по главе 4 118
Глава 5. Количественные оценки блокирующих образований 120
5.1 Исследование изменчивости блокирующих образований над территорией ЕТР и её связь с режимами Северо-Атлантического колебания (САК) и Арктического колебания (АО) на примете лета 2010 года и зимы 2012 года120
5.2. Анализ вихря как целостного образования применительно к исследованию блокирующих антициклонов 2010 и 2012 годов 130
5.3. Оценка блокирующих ситуаций при помощи индекса оперативного прогнозирования (индекс TM) на примере лета 2010 года и зимы 2012 года146
5.4. Оценка блокирующих ситуаций при помощи индекса интенсивности (BI) на примере лета 2010 года и зимы 2012 года 151
5.5. Использование индекса неустойчивости В.П. Дымникова (I3) для оценки времени существования блокирующих антициклонов 153
5.6. Автоматизированный алгоритм расчета области и интенсивности блокирующих образований
5.7. Выводы по главе 5 159
Заключение 162
Список литературы 164
- Климатология блокирующих образований
- Индекс интенсивности блокирования (BI)
- Синоптические механизмы длительной стабилизации летнего субтропического антициклона и причины его многократной регенерации
- Блокирующий потенциал зимнего высокоширотного антициклона над Баренцевым морем
Введение к работе
Актуальность исследования
Блокирующие антициклоны оказывают существенное влияние на жизнедеятельность людей, работоспособность отраслей экономики, что связано с погодными условиями при их продолжительном стационировании, когда формируются значительные аномалии температуры воздуха (положительные в летнее время и отрицательные в зимнее), аномалии осадков, метеорологические условия, способствующие накоплению вредных примесей и ухудшению качества воздуха, повышенная ультрафиолетовая облученность в летнее время года. Согласно всемирному Атласу смертности и экономических потерь от погодных, климатических явлений и явлений, связанных с водой, аномально жаркая погода лета 2010 года, сформировавшаяся в результате длительного стационирования блокирующего антициклона, унесла почти 56000 человеческих жизней и нанесла экономический ущерб на сумму более 12 млрд. долларов США.
Изучение механизмов данного процесса может быть ключом к прогнозированию экстремальных погодных явлений. Задача прогнозирования блокингов связана с трудностями ввиду нерегулярности их формирования и неоднородности их характеристик.
При многообразии работ, посвященных блокированию, наиболее важные вопросы так и остаются неразрешенными, среди которых: отсутствие единой теории образования, длительного существования и разрушения блокирующих антициклонов; прогнозирование их реалистичного времени стационирования; факторы, влияющие на их формирование, стабилизацию и разрушение. В частности, малоизу-чены физические процессы, влияющие на длительность «жизненного цикла» антициклонов.
Большинство исследований блокирующих ситуаций основано на использовании обобщенной информации (средних декадных, средних месячных значениях геопотенциала, компонент скорости ветра и других величин), что затрудняет понимание механизмов формирования циркуляционных и погодных аномалий.
В этой связи в диссертационной работе на основе ежедневной информации проведен анализ формирования синоптических процессов и выделения физических механизмов поддержания длительного существования блокирующих антициклонов, что особенно актуально для последующего их учета в задачах численного моделирования.
Для этого в данной работе детально рассмотрены две экстремальные ситуации:
а) Аномально жаркое и сухое лето 2010 года, повлекшее значительный экономический ущерб и тяжело отразившееся на здоровье людей и продемонстрировавшее весь набор неблагоприятных и опасных явлений погоды, обусловленных
наличием в летнее время блокирующего антициклона экстремальной продолжительности и интенсивности.
б) Зима 2012 года, когда формирование высокоширотного блокирующего антициклона привело, с одной стороны, к установлению восточного переноса холодного сибирского воздуха на юг европейской территории России и в страны Средиземноморья и, с другой стороны, к формированию на севере России и в российском секторе Арктики самых крупных зимних положительных аномалий температуры воздуха.
Объектом исследования являются блокирующие антициклоны.
Предметом исследования являются синоптические условия формирования и количественные характеристики блокирующих антициклонов.
Целью работы является комплексный анализ условий атмосферной циркуляции, приведших к необычайно жаркой погоде летом 2010 года и аномальным холодам зимой 2012 года над Европой, и выяснение причин формирования исключительно устойчивых антициклонов, вызвавших на длительное время макромас-штабное нарушение (блокирование) западного переноса воздушных масс.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Оценка условий атмосферной циркуляции и синоптических процессов аномально жарким летом 2010 года над центральными районами европейской территории России.
-
Детальное исследование длительной стабилизации субтропического антициклона лета 2010 года в несвойственном для него районе умеренной зоны и выявление причин его многократной регенерации.
-
Анализ синоптических механизмов зимнего потепления в Арктике, приведших к выносу холодного воздуха из Сибири в средние и южные широты Европы и исследование блокирующего потенциала зимнего высокоширотного антициклона над Баренцевым морем.
-
Анализ блокирующего антициклонического вихря (циркуляционной системы), как единого целого, и выявление факторов, влияющих на его генерацию, развитие и разрушение.
-
Оценка диагностических и прогностических возможностей количественных критериев (индексов) блокирующих образований.
-
Разработка автоматизированного алгоритма, позволяющего диагностировать блокирующие антициклоны, выполнять расчёт их интенсивности и прогнозировать время их существования.
Научная новизна работы
Впервые показано, что процесс многократной регенерации является определяющим фактором продолжительного существования летнего блокирующего антициклона.
Предложены синоптические механизмы формирования аномально теплой по-4
годы и высоких блокирующих антициклонов зимой в российской Арктике с одновременным образованием серии холодных циклонов над югом Европы, приведших к кардинальной перестройке макромасштабной циркуляции.
Использован новый подход к анализу вихря как целостного образования впервые применительно к задачам блокирования западного переноса.
Разработан новый автоматизированный алгоритм, позволяющий выявить блокирующий антициклон, оценить степень его развития и спрогнозировать время его существования.
Практическая значимость работы
Практическая значимость работы заключается в том, что её результаты позволили открыть целый ряд новых факторов, влияющих на поддержание и разрушение блокирующих антициклонов, разработать новый автоматизированный алгоритм их диагностирования, оценки интенсивности и прогнозирования, а также получить синоптические схемы блокирующих ситуаций применительно к задачам прогнозирования экстремальных условий погоды над Европой.
Полученные результаты и выводы диссертации по блокирующим процессам могут быть востребованы в организациях Росгидромета и Российской академии наук, занимающихся исследованиями погоды и климата в Арктике и в Европе.
Личный вклад автора
Все анализируемые результаты работы получены автором лично или в соавторстве с кандидатом географических наук Натальей Николаевной Соколихиной, доктором географических наук Семеновым Евгением Константиновичем и доктором географических наук Кисловым Александром Викторовичем. Личный вклад автора состоит в самостоятельном проведении всех необходимых расчетов, анализе использованных данных, а также в интерпретации полученных результатов. Необходимые расчетные программы, используемые на всех этапах исследования, созданы автором. Кроме того, автором был разработан алгоритм, позволяющий диагностировать и оценивать интенсивность блокирующих антициклонов, а также производить расчет времени существования блокинга. Автор принимал непосредственное участие в написании научных статей по теме диссертации и в представлении научных докладов, в том числе в качестве докладчика на международных конференциях.
Положения, выносимые на защиту
Синоптические механизмы длительной стабилизации летнего субтропического антициклона в центре европейской территории России и причины его многократной регенерации, связанные с вхождением в его циркуляцию подвижных антициклонов арктического и полярного фронтов.
Типовые схемы зимних термобарических полей макромасштабной перестройки атмосферной циркуляции и установления восточного переноса воздуха из Сибири на юг европейской территории России и в страны Средиземноморья.
Роль адвекции тепла в зимнюю Арктику в формировании высокого и теплого антициклона над Баренцевым морем.
Вклады факторов, влияющих на генерацию, развитие и разрушение блокирующих антициклонов в летний и зимний периоды, полученные из уравнения завихренности при анализе вихря как целостного образования.
Алгоритм, позволяющий выявить блокирующий антициклон, оценить степень его развития и спрогнозировать время существования этого образования.
Публикации
Соискатель имеет 14 опубликованных работ, в том числе 6 статей в журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертации, 8 тезисов докладов конференций, в том числе 3 тезиса в рецензируемых трудах международных конференций.
Основные результаты исследования опубликованы в журнале Метеорология и гидрология (2012, 2013, 2015, 2017). Результаты исследования также нашли отражение в Трудах Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации (2017). Результаты работы были представлены на отечественных и зарубежных конференциях: на Международном молодежном научном форуме «ЛОМОНОСОВ-2011», «ЛОМОНОСОВ-2012», «ЛОМОНОСОВ-2013», Москва; 2nd International Ocean Research Conference’ International Scientific Committee, UNESCO’s Intergovernmental Oceanographic Commission and The Oceanography Society, в 2014 г., Барселона; «IGU Regional Conference», в 2015 г., (2 устных доклада).
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы - 130 страниц, включая 59 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 152 наименования, в том числе 90 на английском языке.
Климатология блокирующих образований
В 1990 г. Тибалди и Молтени [Tibaldi, 1990] доработали индекс Ленас и Оакланда, предложив добавить условие для исключения случаев смещения к югу западного струйного течения средних широт (подробнее см. главу 2). По существу, это условие означает, что к северу от блокирующего антициклона должен существовать заметный западный поток (не менее 8 м/с).
На основании индекса TM (от Tibaldi и Molteni) разработано множество его вариаций. К примеру, Вастон и Колуччи [Waston, 2002] расширили охват индексом приполярных областей и вычислением градиента геопотенциала к югу от области блокирования. Модификация vTM [Hinton, 2009; Ringer, 2006] основана на использовании индекса ТМ с условием зависимости заблокированной широты от долготы и на понятии центральной заблокированной широты, предложенной в [Pelly, 2003]. Еще один индекс, основанный на индексе ТМ, был предложен Скайфе [Scaife, 2010]: М{срг, ср2) = - — Г2 и sm((p)d(p , где (р12 - выбираемые широты, а - радиус Земли, П - угловая скорость вращения Земли, и - зональная компонента скорости ветра. Вместо анализа поля геопотенциала они используют геострофический баланс и зональную компоненту скорости ветра на 500 гПа. Авторы резюмируют, что будут получены схожие с индексом ТМ результаты, но данный индекс удобнее при проведении расчетов на модельных данных, так как зональная компонента присутствует в выходных данных всех численных моделей.
В 1990 г. В.П. Дымников предложил использовать свой индекс неустойчивости для оценки времени существования блокирующего образования [Dymnikov, 1990]. Для понимания связи между индексом неустойчивости и продолжительностью существования квазистационарного атмосферного циркуляционного режима автором были выбраны режимы блокирования над северо-восточной частью Атлантического океана (13 ситуаций) и построен график зависимости времени существования блокингов от индекса 13 (подробнее см. главу 2).
Лупо и Смит [Lupo, 1995], используя климатические данные ЕЦСПП (ECMWF) за три года, провели анализ блокирующих антициклонов в Северном полушарии и предложили индекс BI для выявления наличия блокирования и вычисления его интенсивности. Как и индекс ТМ, предложенный Тибалди и Молтени, BI основан на данных геопотенциала на высоте 500 гПа (подробнее см. главу 2).
В [Pelly, 2003] предложен PV - в индекс блокирования (В) для выявления блокирующего антициклона, основанный на концепции потенциального вихря Эртеля Р V потенциальной температуры в как основных динамических характеристик атмосферы [Hoskins, 1985] и отсутствии влияния неадиабатических процессов. Используя эти предположения, в2 выступает в роли индикатора происхождения воздушной массы, вовлеченной в процесс блокирования. По [Pelly, 2003] блокирующий антициклон представляет собой явление обращения знака меридионального градиента потенциальной температуры на динамической тропопаузе в окрестности широты климатологического шторм-трека, имеющее горизонтальный масштаб 1500 км и более и существующее не менее 5 дней. В качестве динамической тропопаузы берется поверхность 2pvu потенциального вихря Эртеля. Обычный меридиональный градиент в на динамической тропопаузе характеризуется более высокими значениями в на юге и низкими на севере. На рис. 1.3.2 представлена характерная конфигурация блокирующего образования.
Согласно [Pelly, 2003] индекс блокирования вычисляется по следующей формуле: А(р В= — Гс+ 9d(p - — Гс 9d(p , А р J Pc A pJ p -А р С 2 где (рс - характерная широта, на которой чаще всего наблюдаются блокирующие ситуации (далее - характерная широта блокирования), Аср -характерный широтный масштаб блокинга, обычно принимаемый в 30 по широте, в - потенциальная температура. В 0 в западном потоке, при В 0 - блокирование на рассматриваемой долготе . Авторы выделяют 4 вида блокирующих ситуаций: а) Локальное блокирование в конкретный срок - область, в которой индекс В положителен по расчетам за конкретный срок на, как минимум, трех широтах и на интервале 5 по долготе. б) Крупномасштабное блокирование - область В 0 не менее 15 по долготе и 30 по широте за конкретный срок. в) Эпизод блокирования - крупномасштабное блокирование, наблюдающееся не менее 4 дней в интервале 10 долготы. г) Секторное блокирование - так же как б) и в), но локализация внутри секторов (65 по долготе, где наблюдается блокирование не менее 15), последовательно наблюдающееся не менее 4 суток.
Схема распределения потенциальной температуры на поверхности PV = 2pvu для расчета PV - в индекса блокирования В на заданной долготе Я0: жирная линия - репрезентативная изолиния в = const при наличии блокирующего антициклона (Pelly, 2003; Шакина, 2011)
Более того, в указанной работе был представлен новый подход к анализу блокирующих образований, который основан на использовании изменяемой характерной широты блокирования ( рс , central blocking latitude), которая зависит от долготы, определяющей расположение срс как широты с максимальным среднегодовым значением высокочастотных переходов кинетической энергии на поверхности 300 гПа. Значимость данного подхода была продемонстрирована авторами на примере уточнения климатологического центра блокирования в Тихом океане: данный центр был сильно переоценен с точки зрения частоты образования блокингов и ошибочно расположен в районе 175 в.д. вместо 225 в.д.
Как было показано выше существует довольно большое количество индексов для определения наличия и характеристик блокирующих антициклонов. Каждый из методов имеет свои плюсы и минусы. Для корректного использования каждого из них необходимо задавать границы минимальной продолжительности существования блокирующего антициклона во времени, которая в различных источниках разнится от 4 до 10 дней, и границы по пространству. В работе [Shukla, 1983] длительность в 7 дней была обоснована результатами исследования зависимости общего числа дней с заданными пороговыми значениями аномалии геопотенциала от продолжительности существования этой аномалии. Было выявлено два максимума: 2 дня и 7 дней. Первый объясняется влиянием подвижных антициклонов, а второй – процессами блокирования. В части определения антициклона как блокирующего по пространству заметно аналогичное разнообразие используемых критериев: в индексе TM [Tibaldi, 1990] использован критерий необходимости наличия как минимум 12 последовательно заблокированных долгот, в то время как в работе Донга [Dong, 2008] указывается значение в 20, Барриопедро в работе [Barripedro, 2006] предложил значение 12,5 с допущением одной незаблокированной долготы, в [Pelly, 2003] вводится понятие секторное блокирование с наличием 15 заблокированных долгот в данный момент времени в 65 окне по долготе. В ряде работ [Tyrlis, 2008; Hoskins, 2008; Hinton, 2009] данный интервал 65 сокращали до 45.
Индекс интенсивности блокирования (BI)
Материалами для исследования процессов блокирования летом 2010 г. и зимой 2012 г. послужили аэросиноптические данные электронного архива ГИС «Метео» НПЦ «Мэп Мейкер», содержащего данные наблюдений метеорологических и аэрологических станций Росгидромета, данные радиозондирования, данные реанализа NCEP/NCAR, данные наблюдений Метеорологической обсерватории МГУ (МО МГУ), данные индексов циркуляции Центра климатических прогнозов (http://cpc.ncep.noaa.gov).
В первой части работы приводятся результаты проведенной с использованием комплексного анализа всей метеорологической информации типизации синоптических процессов в июне-августе 2010 г. и январе-феврале 2012 г. над европейской территорией России (далее - ЕТР), которые привели к формированию, соответственно, исключительно жаркой и холодной погоды в несвойственных районах. В основу типизации была положена концепция естественного синоптического периода (далее - ЕСП), под которым согласно [Хромов, 1974] принято понимать промежуток времени (чаще всего 5-10 суток) над определенной территорией Земли, в течение которого развертывается определенный синоптический процесс (режим атмосферной циркуляции).
Следует, однако, отметить, что строгого определения режимов циркуляции нет. Даже известные и общепринятые классификации режимов циркуляции такие, как классификации Дзердзеевского, Гирса и Вангейнгейма, основываясь, безусловно, на физических процессах, имеют скорее описательный характер, нежели формально количественный. В связи с этим В.П. Дымников [Dymnikov, 1990] показал, что понятие режима квазистационарной атмосферной циркуляции (режима блокирования) можно описать траекторией такой системы, которая в фазовом пространстве расположена вблизи к неустойчивому стационарному решению. Такое решение, в принципе, может быть также устойчивым, когда траектории системы покидают его окрестности из-за внешнего нестационарного воздействия, например, в связи с годовым циклом радиационных источников тепла.
В настоящее время изучению процесса блокирования посвящено большое количество работ. Эти исследования показали, что в модельных экспериментах режимы с блокированием, в некотором смысле, близки к стационарным решениям задачи, вообще говоря, неустойчивым, поэтому время существования такого решения по существу зависит от того, по какой траектории происходит движение, и устойчивости решения самой задачи.
Именно по этой причине было уделено большое внимание исследованию траекторий подвижных антициклонов, последующих регенераций и режимов циркуляции по данным наблюдений (электронный архив ГИС «Метео» за июнь-август 2010 г. и за январь-февраль 2012 г.). Для этого по данным за каждый день (срок 12:00 ВСВ) исследуемого периода строились карты приземной фактической погоды, распределения температуры, сумм осадков, полей изогипс (Н850, Н500, Н700, Н500, Н300, Н200, Н100), изотерм на изобарической поверхности 850 гПа и относительной топографии H1500000. Анализ этих карт позволил провести типизацию и выделить ЕСП синоптических процессов, наблюдавшихся в 2010 и 2012 годах. Вторая часть работы посвящена исследованию возможностей диагностирования и прогнозирования процессов атмосферного блокирования при помощи количественных критериев, позволяющих оценивать наличие и интенсивность образований, препятствующих западному переносу. Для проверки диагностических и прогностических свойств индексов они рассчитывались по данным реанализа NCEP/NCAR.
Надежность данных NCEP/NCAR была «проверена» по данным архива ГИС «Метео». Для этого по данным наблюдательных подразделений Росгидромета строились поля изогипс на изобарической поверхности 500 гПа, по ним выделялась область антициклона. По данным реанализа рассчитывались функции тока на этой же поверхности, также за каждые сутки (12 ВСВ), строились карты их распределения. Совместный анализ этих карт показал хорошее соответствие данных реанализа со станционными. Также в работе [Садоков, 2011] показана хорошая согласованность массивов данных реанализа NCEP/NCAR, ECMWF и JMA (после корректировки систематических различий) между собой. Автором использовались три массива реанализа за периоды с 1979 по 2001 г., за которые имелись сравнимые данные и по которым рассчитывались частоты появления высотной фронтальной зоны (далее - ВФЗ). Сначала был проведен визуальный анализ карт, который показал хорошее совпадение. Но при детальном рассмотрении оказалось, что при расчете по данным реанализа NCAR и JMA значения всех данных отличаются от данных ECMWF на определенную константу. Если учитывать эту разность, то результаты по трем массивам реанализа оказываются сравнимыми. Для сопоставления данных могут быть использованы разные процедуры, авторами была использована процедура взвешенного осреднения. В указанной работе определялось широтное положение ВФЗ для каждой долготы Северного полушария. Затем из массивов положения ВФЗ выделялась долгота, для которой имелись признаки блокирующих ситуаций, и для каждой долготы рассчитывалась частота появления блокирующих ситуаций. Далее были построены кривые частоты блокирующих ситуаций. В целом, кривые неплохо согласуются между собой. Поэтому было сделано заключение о согласованности трех массивов данных реанализа между собой после устранения систематических различий.
Как было упомянуто в главе 1, согласно [Хромов, 1974], блокирующими называются высокие стабилизировавшиеся антициклоны, нарушающие западный перенос в средних широтах. Традиционно такие антициклоны определяются как области больших высот изобарической поверхности 500 гПа. Количественные и объективные критерии наличия и интенсивности блокирования, определяемые на основе топографии этой поверхности, предложены в [Rex, 1950], [Lejens, 1983], [Tibaldi, 1990], [Lupo, 1995] и [Dymnikov, 1990]. В качестве критериев в данном диссертационном исследовании были выбраны следующие: индекс блокирования Тибальди и Мольтени (индекс ТМ), критерий наличия и интенсивности блокирования (индекс BI) и индекс неустойчивости Дымникова (индекс 13).
Синоптические механизмы длительной стабилизации летнего субтропического антициклона и причины его многократной регенерации
С начала второй половины июля и до середины августа практически над всей центральной частью ЕТР располагался исключительно устойчивый, теплый и высокий субтропический антициклон, который на длительное время вызвал макромасштабное нарушение (блокирование) западного переноса воздушных масс и способствовал установлению на огромной территории европейской части России небывало жаркой погоды и жестокой засухи. В данном разделе проведено исследование условий длительной стабилизации субтропического антициклона в несвойственном для него районе умеренной зоны, и выявлены причины его многократной регенерации.
Комплексный анализ всей существующей информации позволил в июле-августе 2010 г. выделить пять периодов (этапов) регенерации субтропического антициклона (табл. 3.2.2), связанных с вхождением в его циркуляцию подвижных и относительно холодных антициклонов умеренных и высоких широт, развивающихся в тылу циклонических серий. При этом все вторжения были разделены по траекториям смещения подвижных антициклонов на три типа: полярное вхождение с севера и с севера-запада; ультраполярное вхождение с востока и с северо-востока; западное вхождение с Атлантики и с Балтийского моря. В итоге предлагается следующая типизация:
Для каждого этапа регенерации были построены сборно-кинематические карты, на которых нанесены положения центров подвижного антициклона через 12-ти часовые отрезки времени и нанесены траектории их смещения (рис. 3.2.6). Анализ этих карт показывает, что во всех пяти случаях регенерации подвижные антициклоны, возникающие в тылу циклонических серий, быстро покидали высокие широты и смещались в основном в южном направлении со средней скоростью 20-30 км/ч (480-720 км/сутки). На четвертые-пятые сутки они достигали центральных районов ЕТР и вливались в циркуляцию субтропического антициклона, поддерживая и продлевая ее существование в определенном географическом регионе.
Сборно-кинематические карты для: а) полярного вхождения подвижного антициклона с Норвежского моря (15-19.07); б) западного вхождения подвижного антициклона с Балтийского моря (19-23.07); в) полярного вхождения подвижного антициклона с Норвежского моря (24-28.07); г) ультраполярного вхождения подвижного антициклона с Баренцева моря (02-08.08); д) полярного вхождения подвижного антициклона с
Норвежского моря (11-15.08) Естественно, что при таком перемещении, в результате взаимодействия с подстилающей поверхностью и воздействии вертикальных движений происходило кардинальное изменение основных термодинамических характеристик воздушной массы подвижного антициклона. Прежде всего её температуры, влагосодержания и условий стратификации, т.е. воздушная масса в результате такой трансформации на своем пути к югу меняла свой основной тип и вливалась в систему субтропического антициклона практически с теми же высокими температурами, которые наблюдались до её вторжения в данный регион.
Изменение свойств воздушной массы на этапе регенерации при её смещении из высоких широт к югу в системе подвижного антициклона.
Для анализа процесса трансформации воздушной массы на её пути к субтропическому антициклону рассмотрим наиболее типичный случай регенерации, наблюдавшийся 24-28 июля, тип полярное (с СЗ) вхождение подвижного антициклона с Норвежского моря.
На приземной карте за 24 июля (рис. 3.2.7а) видно, что в первый день в тылу арктического циклона в холодном воздухе образовалось обособленное ядро высокого давления. Максимальная температура воздуха в этом регионе была ниже 10С (рис. 3.2.7б). На карте H1500000(рис. 3.2.7в), где изогипсы являются изотермами средней температуры в нижнем пятикилометровом слое атмосферы, видно, что средние температуры в этом регионе близки к температурам над Карским морем и Ямалом. В поле изогипс Н500 (рис. 3.2.7г) над образовавшимся антициклоном наблюдается ложбина, что говорит о его крайне низкой вертикальной мощности. В то же время над Москвой на Н500 наблюдается ярко выраженная антициклоническая циркуляция, совпадающая с областью тепла на карте изотерм H1500000. На карте суточных сумм осадков (рис. 3.2.7д) наглядно представлен эффект блокирования циклонической деятельности высоким и теплым антициклоном над Москвой и Самарой. Видно, что весь центр ЕТР, Поволжье, Нижняя Волга и Заполярье находятся под влиянием этого антициклона и практически свободны от осадков. Сильные дожди идут на крайнем севере ЕТР, побережье Черного моря, а также в Центральной Европе.
Блокирующий потенциал зимнего высокоширотного антициклона над Баренцевым морем
В средней тропосфере этот период характеризуется наличием блокирующего антициклона над Южным Уралом. Высокому давлению на Н500 (рис. 4.2.1в) соответствует теплый воздух (рис. 4.2.1г). Важно отметить, что приземный антициклон над сильно выхоложенной поверхностью находится в районе Омска, тогда как в средней тропосфере его центр смещен на запад. А над центральной частью России в средней тропосфере расположился холодный циклон.
В последующие дни продолжается устойчивое продвижение всей системы на запад, на ЕТР.
В первый день данного периода на высотных картах (Н500) Москва находилась под влиянием двуцентрового циклона, который простирался в меридиональном направлении от Черного моря к Кольскому полуострову. На приземной карте в данный день к городу приближался гребень высокого давления (1030 гПа). Минимальная температура составляла -7,2С, максимальная – -4,4С. Во второй день периода Скандинавский циклон изменил конфигурацию поля изогипс на карте АТ500. Здесь отмечалось расположение Москвы в высотной ложбине. В последующие дни периода было зафиксировано постепенное понижение температуры воздуха. 2 период (с 24.01 по 26.01) – дальнейшее продвижение САЦ в район Сыктывкара. Появление холодного циклона на Н500 над Севером Каспия. Обращение горизонтального градиента температуры (H1500000) над центром ЕТР.
У земли отрог САЦ продолжает свое продвижение на северо-запад в центральные районы ЕТР. Его центр расположен над Сыктывкаром, т.е. приближается к уже тёплой тропосфере субарктического бассейна (рис. 4.2.2 а,б). А в области максимальной адвекции холода над севером Каспия возникает холодный высокий циклон. В дальнейшем мы увидим, что формирование таких холодных циклонов в средней тропосфере (рис. 4.2.2 в,г) сыграет ведущую роль в продвижении холодного континентального воздуха из Сибири в южные районы России и далее в страны Средиземноморья. Этот холодный циклон в паре с антициклоном над Средней Волгой усиливает юго-восточный перенос холодного воздуха.
С первого же дня периода отмечалась серьезная перестройка поля изогипс на карте Н500, где Москва уже находилась под влиянием антициклона на востоке и циклона над Каспийским морем, которые формировали юго-восточные потоки, что привело к дальнейшему понижению температуры воздуха. Ночные минимумы достигали -18С, дневные максимумы – не более -10С. На приземной карте поле атмосферного давления также изменило свою конфигурацию: преобладало поле высокого давления, которое вместе с многоцентровым циклоном над Европой формировали южные потоки, впоследствии сменившиеся восточными, юго-восточными. В последний день периода атмосферное давление уже превышало 1045 гПа.
а) приземная карта погоды; б) карта температуры воздуха у земли (С); 500 в) карта поля изогипс Н500; г) карта изотерм H1500000 за 24 января 2012 г. (12:00 ВСВ) 101 3 период (с 27.01 по 30.01) – смещение приземного антициклона в район севера ЕТР и образование второго холодного циклона над Турцией. Усиление восточного переноса над центральной южной частью ЕТР
Появление холодного циклона над Турцией усиливает восточный перенос и «гонит» холодный воздух Сибири в Южную Европу и на Балканы. У земли этот перенос занимает пространство от Архангельска до Израиля (рис. 4.2.3 а,б). Такие холодные и глубокие циклоны на высоте Н500 (рис. 4.2.3 в,г) крайне редкое явление для Средиземноморья и Юга России. Основная (климатическая) локализация этих образований на таких высотах находится в районе Арктического бассейна. В последующие дни антициклон продолжит свое смещение на запад (к Санкт-Петербургу) с уменьшением своей интенсивности. К 30 января на севере ЕТР и Западной Сибири образуется новый антициклон, т.е. начинается новый процесс блокирования (рис. 4.2.4).
Данный период характеризуется устойчивым восточным переносом воздуха в Московский регион. Существенных изменений в температуре воздуха зафиксировано не было. Среднесуточная температура была ниже климатической нормы не более, чем на 5С, хотя при этом существовали потоки из Западной и Восточной Сибири, где отмечались температуры ниже -30С. Давление в Москве было более 1050 гПа. 4 период (31.01-03.02) – начало нового этапа блокирования на Н500, образование третьего холодного циклона над Швейцарией. Формирование между Ямалом и Средиземноморьем восточного переноса (рис. 4.2.5, а-г).
В структуре приземного поля давления в районе Москвы кардинальных изменений не наблюдалось, а на высотах произошла перестройка поля: над приземной областью антициклона наблюдались холодные высотные циклоны, которые «принесли» вместе с собой холод на ЕТР. Минимальная температура воздуха составляла уже ниже -20С при норме -10С. Стоит добавить, что для Москвы данные отрицательные температуры не являются критическими, в отличие от европейских стран.