Введение к работе
Актуальность темы и объект исследования. В холодное полугодие над морями высоких широт на спутниковых изображениях часто видны конвективные мезомасштабные циклоны с облачной системой в форме запятой или спирали. Горизонтальные размеры мезоциклонов (МЦ) варьируют от 100 до 1000 км, время жизни составляет от нескольких часов до 3 суток. МЦ становятся причиной резкого ухудшения погоды, которое сложно прогнозировать из-за взрывного характера их возникновения и очень быстрого развития. Своевременное обнаружение и достоверная оценка их характеристик являются крайне важной задачей для обеспечения безопасности мореплавания, рыбного промысла и прибрежного строительства. Актуальность исследований мезомасштабного циклогенеза растет в связи с происходящими на планете климатическими изменениями, таянием морских льдов, освоением транспортировки грузов северным морским путем, работами на шельфе.
Интенсивные морские МЦ называют полярными циклонами, арктическими ураганами, арктическими бомбами. Спиральная форма облачной системы, маловетреная и малооблачная центральная часть, окруженная облачным кольцом (глаз), ураганный ветер вблизи глаза, развитие мощной конвекции и наличие теплого ядра - все это придаёт МЦ сходство с тропическими циклонами. Размер циклона зависит от географической широты и толщины бароклинного слоя. Большинство МЦ формируются вблизи кромки льда или холодного побережья, где толщина бароклинного слоя невелика. Здесь наблюдается положительная, но более слабая взаимосвязь между географической широтой и размером циклона, поэтому доминирующим фактором в определении размера МЦ является толщина бароклинного слоя [7].
Над дальневосточными (ДВ) морями мезомасштабный циклогенез изучался мало, за исключением Японского моря. Статистические исследования повторяемости, размеров и других характеристик мезоциклонов практически отсутствуют. При изучении МЦ мультисенсорный подход использовались лишь в отдельных случаях. В работе исследовались мезоциклоны над Японским и
Охотским морями, западной частью Берингова моря до 180в.д. и прилегающей к нему акваторией Тихого океана до 47с.ш. со скоростью приводного ветра 12 м/с и выше на основе мультисенсорных спутниковых измерений.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы является исследование структуры и характеристик интенсивных мезоциклонов, оценка их вклада в процессы взаимодействия океана и атмосферы и статистический анализ мезомасштабной циклонической деятельности над ДВ морями по данным спутникового мультисенсорного зондирования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
сформировать массив спутниковых изображений с мезоциклонами в холодное полугодие (октябрь-апрель) за период 2003-2011 гг., выявить основные районы формирования и распространения МЦ;
получить статистические данные о межгодовой и внутригодовой изменчивости количества МЦ и распределении их по размерам над районом исследований на основе спутниковых видимых и ИК-изображений;
получить количественные оценки паросодержания атмосферы, водозапаса облаков и скорости приводного ветра в мезоциклонах по спутниковым пассивным микроволновым измерениям;
получить количественные оценки взаимосвязи паросодержания атмосферы, скорости приводного ветра и потоков тепла от морской поверхности в атмосферу в условиях развития мезоциклонов.
Научная новизна результатов. Выявлены районы формирования и характерные траектории мезоциклонов над Охотским морем и западной частью Берингова. Уточнены районы формирования и траектории МЦ над Японским морем. Получены оценки межгодовой и внутригодовой изменчивости мезомасштабной циклонической деятельности. Получены количественные оценки паросодержания атмосферы и водозапаса облаков в МЦ, выявлена зависимость паросодержания атмосферы от скорости приводного ветра. Получены оценки потоков тепла от морской поверхности в атмосферу в мезоциклонах над ДВ морями, выявлена связь распределения потоков явного и скрытого тепла с районами их формирования.
Научная и практическая значимость работы. Получены количественные характеристики такого малоизученного явления, как интенсивные морские мезоциклоны, выполнены статистические оценки мезомасштабной циклонической деятельности над ДВ морями. Результаты исследований могут быть использованы в прогностических моделях мезоциклонов и прогнозе связанных с ними опасных явлений погоды.
Обоснованность и достоверность полученных результатов. Достоверность идентификации мезоциклонов в поле облачности основана на опыте дешифрирования спутниковых видимых и ИК-изображений и подтверждается сопоставлением их с полями приводного ветра по данным скаттерометров и полей паросодержания атмосферы по данным микроволновых радиометров. Характеристики мезоциклонов определялись по алгоритмам, разработанным в лаборатории, которые прошли апробацию и используются в научных исследованиях. Результаты работы докладывались на российских и международных конференциях. Основные положения диссертации опубликованы в рецензируемых журналах.
Положения, выносимые на защиту.
-
-
Над ДВ морями в холодное полугодие (октябрь-апрель) возникает в среднем около 200 мезоциклонов со скоростью ветра > 12 м/с. МЦ имеют горизонтальные размеры 100-600 км, преобладают размеры 200-400 км. Пик повторяемости МЦ приходится на зимние месяцы. Количество МЦ растет при увеличении суммарной продолжительности холодных вторжений.
-
Мезоциклоны формируются над ДВ морями при тех же условиях, что и в других районах мезомасштабного циклогенеза: разность температур вода- изобарическая поверхность 500 мб (АТ500) ~ 38-43С, разность температур вода-воздух AT ~ 4-8С. При интенсивной адвекции холода AT может превышать 20С.
-
Формирование мезоциклонов в поле водяного пара может быть обнаружено раньше, чем в поле облачности. Паросодержание атмосферы в мезоциклонах примерно в 2 раза выше фоновых значений и примерно в 3-4 раза выше паросодержания континентальной воздушной массы, выходящей на морскую поверхность, и растет с увеличением скорости приводного ветра. В центре МЦ паросодержание близко к фоновым значениям.
-
Среднесуточные суммарные потоки тепла от морской поверхности в атмосферу в мезоциклонах над ДВ морями примерно в 2 раза выше
среднемесячных значений и составляют 200-500 Вт/м , а в южной части
Японского моря могут достигать 600-1000 Вт/м .
Апробация результатов работы. Основные результаты работы опубликованы в четырёх журнальных статьях (одна статья принята в печать), в 8 статьях в трудах конференций и симпозиумов, доложены автором на двух международных и 6 российских конференциях.
Реализация результатов. Основные результаты работы использовались при выполнении плановых тем института, отражены в отчётах по ФЦП «Мировой океан», по грантам РФФИ 06-05-96076-р_восток_а, 08-05-99109- р_офи, 11-05-12047-офи-м-2011 и по международным проектам.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 научных работ, из них 3 статьи в журналах из списка ВАК, 1 - в зарубежном рецензируемом журнале, 1 принята к печати в журнале из списка ВАК, 8 - в сборниках трудов международных конференций, 13 - в сборниках тезисов российских конференций, 12 - в сборниках тезисов международных конференций.
Личный вклад автора. Автором создан архив спутниковых изображений с МЦ над ДВ морями за 7 холодных месяцев (октябрь-апрель) периода 20032011 гг. Представленные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами. Расчеты, анализ и интерпретация полученных результатов сделаны автором лично.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём работы 171 страница, включая 62 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 104 источников и 14 приложений.
Похожие диссертации на Интенсивные мезомасштабные циклоны над дальневосточными морями в холодное полугодие по данным спутникового зондирования
-
