В атмосферной циркуляции в средних широтах обоих полушарий обычно преобладают западные ветры и синоптические волны планетарного масштаба и меньшего масштаба, движущиеся преимущественно с запада на восток. Серьезным и частым исключением из этого «обычного» поведения является атмосферное блокирование. Блокирование возникает, когда обычному зональному течению препятствует установление квазистационарной, меридиональной циркуляционной структуры с высоким давлением, которая «блокирует» течение западных ветров и продвижение атмосферных волн и переносимых ими возмущений. Время жизни таких блокирующих структур может варьироваться от нескольких дней до нескольких недель. Их присутствие может сильно влиять на погоду на обширной территории средних широт, приводя к установлению аномальных метеорологических условий. Они могут выражаться в эпизодах сильных осадков или устойчивых антициклональных режимов, что, в свою очередь, приводит к наводнениям, экстремальным холодам, волнам тепла или кратковременным засухам. Установление атмосферного блокирования может сильно повлиять даже на качество воздуха с аккумуляцией высоких концентраций низкоуровневого озона летом и твердых частиц и других загрязнителей воздуха зимой, особенно в густонаселенных городских районах.
Атмосферное блокирование имеет тенденцию чаще происходить зимой и на определенных территориях, особенно в евроатлантическом и тихоокеанском секторах Северного полушария. В Южном полушарии эпизоды блокирования в целом менее часты, а долготная локализация менее выражена, чем в Северном полушарии.
Блокирование вызвало интерес у ученых-метеорологов в середине прошлого века, с пионерскими работами Берггрена, Болина, Россби и Рекса, и стало предметом бесчисленных наблюдательных и теоретических 3
исследований. Целью таких исследований изначально было найти общепринятое структурное и феноменологическое определение атмосферного блокирования. Исследования продолжились для изучения блокирующей климатологии с точки зрения географического распределения ее повторяемости и связанной с ней сезонной и межгодовой изменчивости. Уже во второй половине 20 века в литературе стало появляться большое количество теоретических работ по формированию блокингов. Такие теоретические исследования изучили широкий спектр возможных динамических механизмов, включая динамику волн планетарного масштаба большой амплитуды, в том числе разрушение волн Россби, множественные равновесные режимы циркуляции, крупномасштабное воздействие антициклонов синоптическими вихрями, нелинейные теории неустойчивости и влияние аномалий температуры поверхности моря, и это лишь некоторые из них. Однако на сегодняшний день не сформулирована уникальная теоретическая модель атмосферного блокирования, которая могла бы объяснить все его наблюдаемые характеристики...
В ходе выполнения данной работы были отобраны случаи зимнего и летнего атмосферных блокирований, которые обнаружились с помощью рассчитанного индекса зонального переноса, а также подтвердились при визуализации данных реанализа. Следующим этапом был анализ геопотенциальной высоты и поля ветра на уровне 850 гПа, осредненных по неделях для конкретных случаев зимних и летних блокингов по данным реанализа MERRA-2. На основе представления полученных результатов последовали выводы о максимальном значении геопотенциальной высоты на уровне 850 гПа, осредненных по неделям. В дальнейшем было рассмотрено поведение Fx, Fy и Fz компонент потока Элиассена-Пальма в период максимума, до и после него отдельно для зимнего и летнего сезонов. Большое внимание было уделено ситуациям зимнего атмосферного блокирования. Для зимних блокингов были построены амплитуды планетарных волн с волновыми числами 1, 2 и 3. По полученным данным был оценен вклад блокирующих ситуаций в тропосфере на генерацию волн в стратосферу.
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1. Из рассмотренных пяти случаев атмосферного блокирования зимой три блокинга очевидно связаны с событиями внезапного стратосферного потепления - январь-февраль 1991, январь 2010 и январь-февраль 2012. Во всех данных трех ситуациях отмечается похожая эволюция во времени компонент (Fx, Fy и Fz) потока волновой активности:
1.1 До становления блокирующей ситуации Fx, Fy и Fz увеличивались до момента максимального значения геопотенциальной высоты.
1.2 С момента разрушения блокирующего антициклона все компоненты уменьшались.
2. При рассмотрении амплитуд планетарных волн с волновыми числами 1, 2 и 3 отмечается увеличение амплитуды всех трех гармоник или ПВ1 и ПВ3 во время стагнирования антициклона, исключение - блокинг 2012 г., когда наблюдалось незначительное усиление только ПВ1.
2.1 До наступления блокирующей ситуации отмечается усиление ПВ1 или ПВ2 в зимы, когда блокинг формируется сразу после ВСП.
2.2 Усиление амплитуды второй и третьей гармоник отмечается практически у земной поверхности во всех случаях зимнего блокирования, что свидетельствует о более активном взаимодействии тропосферы и стратосферы.
3. При рассмотрении ситуаций летнего атмосферного блокирования не возможно однозначно проследить тенденцию поведения компонент (Fx, Fy и Fz) потока волновой активности, так как летом волновая активность слабая и компоненты ведут себя по разному.
3.1 До становления блокирующей ситуации Fx в пяти случаях из семи увеличивалась до момента максимального значения геопотенциальной высоты, Fy увеличивалась во всех случаях, а Fz увеличивалась в четырех случаях.
3.2 С момента разрушения блокирующего антициклона компонента Fx в пяти из семи случаев уменьшается, Fy уменьшается во всех случаях, а Fz уменьшается в шести случаях.
4. Все рассматриваемые зимние и летние блокинги относятся к Q- блокированию.
