Номинация "научная работа": Цикл: "Проявление климатических тенденций в структуре радиотеплового поля над акваториями Мирового океана" (Астафьева)

Тенденции изменений климатической системы изучаются на основе анализа данных микроволнового спутникового мониторинга Земли на частотах, отражающих влаго- и водозапас тропосферы, — глобальных радиотепловых полей, сформированных в ИКИ РАН из полосовых данных спутниковой программы DMSP и собранных в электронной коллекции GLOBAL-Field (http://www.iki.rssi.ru/asp), содержащей по два глобальных поля радиояркостной температуры в сутки с разрешением по поверхности 0.5х0.5 градусов за период с 1995 по 20007 гг. и позволяющей изучать атмосферные процессы с масштабами от сотен километров до планетарных и от синоптических до межгодовых. Детально анализируется структура радиотеплового поля над акваториями Мирового океана.

Свойства климатической системы Земли изучаются на основе анализа долговременных рядов, характеризующих климатические изменения в разных диапазонах временных масштабов [1]. Данные получены в результате палеореконструкций, 130–150-летних наблюдений в инструментальную эпоху и более чем 10-летнего спутникового мониторинга Земли в микроволновом диапазоне. Показано, что сверхнизкочастотные климатообразующие колебания, хотя и очень сложные по форме, нехаотичны. Хаос — прерогатива погоды.

Изучаются проявления Эль-Ниньо [2] в структуре глобального радиотеплового поля и возможности прогноза событий Эль-Ниньо по данным микроволнового мониторинга. Полученные результаты согласуются с изменениями индекса Южного колебания (SOI) и так же хорошо отслеживают начало события Эль-Ниньо, как SOI или индекс Nino 3.4. Однако ни один из этих параметров не позволяет предсказать "сценарий" развития Эль-Ниньо — будет ли оно катастрофически интенсивным, как в 1997–98 гг. или слабым, как в 2002–03 гг. Выработанный на основе анализа структуры глобального радиотеплового поля "влажностный критерий" позволяет прогнозировать именно сценарий развития Эль-Ниньо, что чрезвычайно важно.

Выявлены межгодовые колебания [3] расположения и величины (с небольшим положительным трендом за период с 1999 по 2006 гг.) максимума радиояркостной температуры Tr вблизи экватора (ассоциирующегося с внутритропической зоной конвергенции, ВЗК), а также минимумов Tr в высоких широтах обоих полушарий с последующим резким ростом (ассоциирующимся с появлением в области исследования снежно-ледяного покрова, имеющего высокую Tr). За исследуемый период положение минимумов в обоих полушариях (и границ снежно-ледяного покрова) сместилось на север, что согласуется с климатическими тенденциями последнего времени — потеплением в Арктике и небольшим похолоданием в Антарктиде. Совместный анализ [2] статистики и треков тропических циклонов (ТЦ) над северной Атлантикой и структуры радиотепловых полей показал корреляцию между наличием поздних ТЦ в экстратропической стадии, с одной стороны, и временем образования снежно-ледяного покрова, с другой. Выявлено согласие между временем начала холодного сезона и его продолжительностью — чем раньше начинается холодный сезон, тем дольше он длится.

Анализ серий ежесуточных глобальных полей [4] показал, что изменения радиотеплового поля, которые можно ассоциировать с появлением крупномасштабных долговременных областей с пониженным или повышенным влагосодержанием атмосферы, могут приводить к резким изменениям направления и скорости движения ТЦ. Кроме того, мощные ТЦ, выносящие из ВЗК огромные количества влаги в более высокие широты, сами существенно изменяют состояние атмосферы над Атлантикой и оставляют долгоживущий крупномасштабный след, который безусловно влияет на прохождение очередных ТЦ. Проведена аналогия [5] между интенсивными природными атмосферными вихрями и диссипативными вихревыми лазерными солитонами при их взаимодействии с неоднородностями поля или с другим вихрем. Показано, что даже не очень значительные неоднородности поля могут заметно изменить траекторию вихря — как вихревого лазерного солитона, так и ТЦ. Представленная аналогия имеет качественный характер, однако может быть привлечена для объяснения некоторых свойств ТЦ — например, часто наблюдаемых и непредсказуемых на первый взгляд резких изменений траекторий ТЦ или появление ТЦ с "нестандартными" траекториями. Наше исследование показывает необходимость слежения за неоднородностями поля, по которому ТЦ продвигается и в котором эволюционирует, т.е. необходимость спутникового мониторинга изменений достаточно удаленного атмосферного окружения ТЦ и учет этих данных в прогностических моделях для адекватного прогноза траекторий ТЦ. Показано, что для адекватного описания динамики и энергетики ТЦ, теоретические и прогностические модели должны учитывать динамические и метеорологические условия в достаточно удаленном крупномасштабном атмосферном окружении циклона — в рассмотренных случаях это была практически вся северная акватория Атлантического океана.

На основе созданной авторами [6] 3-мерной модели циркуляции атмосферы исследуются механизмы формирования циклонических вихрей в тропической атмосфере Земли в области ВЗК. В начальных и граничных условиях модели используются наблюдательные данные о структуре доминирующих воздушных потоков, формирующихся во внутритропической зоне конвергенции над северной Атлантикой в периоды ее наибольшей термодинамической интенсивности и неустойчивости. Циклонические возмущения получены без внесения соответствующих вихревых возмущений, они возникают при достаточно сильных изгибах внутритропической зоны конвергенции и только при учете вертикального и меридионального переноса воздушных масс в начальных и граничных условиях.

Представленный цикл работ выполнен при поддержке Программы № 16 Президиума РАН, а также частично поддержан грантами РНП 2.1.1/4694 и РФФИ 07-02-00294а.

1. Астафьева Н.М. Свойства климатического аттрактора по данным микроволнового спутникового мониторинга атмосферы // Труды международной конференции "Трансформация волн, когерентные структуры и турбулентность" (MSS-09), ИКИ РАН, Москва, 23-25 ноября 2009 г., С. 364-369.

2. Астафьева Н.М. Прогноз развития Эль-Ниньо по данным микроволнового спутникового мониторинга // Исследования Земли из космоса, 2010, № 4. с.

3. Н.М. Астафьева, Г.Р. Хайруллина. Проявление некоторых климатических тенденций в структуре радиотеплового поля над Атлантикой // Исследования Земли из космоса, 2010, № 3, с. 41-48.

4. Н.М. Астафьева, М.Д. Раев. Влияние крупномасштабного удаленного атмосферного окружения на траектории тропических циклонов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. Т. 7. № 1.-М.: ООО «ДоМира», 2010. – 366 с. С. 61-74.

5. Н.Н. Розанов, Н.М. Астафьева, С.В. Федоров, А.Н. Шацев. Аналогии траекторий тропических циклонов и вихревых лазерных солитонов при взаимодействии с неоднородностями // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. Т. 7. № 1.-М.: ООО «ДоМира», 2010. – 366 с. С. 136-148.

6. И.В. Мингалев, Н.М. Астафьева, К.Г. Орлов, В.С. Мингалев, О.В. Мингалев. Механизм возникновения циклонических возмущений в области ВЗК и их раннее обнаружение // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. Т. 7. № 1.-М.: ООО «ДоМира», 2010. – 366 с. С. 112-125.