Введение 4
Цели исследования 7
1. Механизмы изменения температуры при прохождении циклона и
обзор тематической литературы 8
2. Объект исследования 15
3. Физико-географическое описание региона исследования 17
4. Исходные данные 22
5. Методология исследования 24
5.1. Описание методов дистанционного зондирования 24
5.2. Построение сетки в стереографической проекции 25
5.3. Интерполяция треков циклонов в расчетную сетку и построение
полигонов воздействия 27
5.1. Используемые флаги для спутниковых измерений и интерполяция
данных в расчетную сетку 30
5.2. Связь полей ветра с циклонами по спутниковым данным 33
5.3. Определение аномалий полей температуры после прохождения
циклона 35
6. Описание полученных результатов работы 38
6.1. Плотность распределения внетропических циклонов за период
06.2002 - 12.2017 гг 38
6.2. Примеры изменения температуры при прохождении
внетропического циклона 39
6.3. Распределение аномалий температуры при прохождении
внетропических циклонов в течение первых суток 46
6.4. Изменения температуры в течение пяти дней после прохождения
внетропического циклона 51
6.5. Сравнение спутниковых и модельных данных при прохождении
внетропических циклонов 54
6.6. Пример изменения температуры при прохождении полярного
циклона 59
6.1. Выводы 62
Заключение 64
Список источников 65
В работе исследуется акватория Северной Атлантики. Над данной акваторией наблюдаются опасные атмосферные явления - внетропические и полярные циклоны. Внетропические циклоны - барические образования, с горизонтальными размерами 1000 - 3000 км в диаметре, районы зарождения циклонов находятся в средних широтах обоих полушарий. Внетропические циклоны играют большую роль в изменчивости погоды, являются важным элементом в системе переноса энергии, влаги и импульса в атмосфере. (Dacre & Gray, 2009; Hanson et al. 2004). Внетропические циклоны являются
достаточно частым явлением. В некоторых районах Северной Атлантики количество циклонов в месяц может достигать 10 - 12 случаев. Таким образом, количество циклонов в год над отдельным морем, например, Ирмингера или Гренландским, может достигать сотен случаев (Dacre & Gray, 2009). Скорости ветра во внетропических циклонах могут достигать ураганных значений по шкале Бофорта, что соответствует превышению 33 м/с. Время жизни циклонов составляет около нескольких дней, хотя отдельные циклоны могут существовать 10 - 12 суток (Hanson et al. 2004).
Полярные циклоны - мезомасштабные вихри с горизонтальными размерами до 1000 км, которые зарождаются в полярных областях обоих полушариях (Rasmussen & Turner, 2003). Полярные циклоны выделяют из класса менее интенсивных полярных мезоциклонов на основе развиваемой ими скорости ветра. Обычно минимальное требуемое значение скорости ветра составляет 15 м/с. Время жизни полярных циклонов, в основном, находится в пределах 12 - 24 ч, скорости ветра могут превышать 30 м/с, а в среднем составляют около 19 м/с (Smirnova et al. 2015). Полярные циклоны образуются реже внетропических. Над Северо-Европейским бассейном, который является частью исследуемого в данной работе региона и включает Норвежское, Баренцево и Гренландское моря, образуется около 45 полярных циклонов в год (Smirnova et al. 2015).
Несмотря на то, что и в полярных, и во внетропических циклонах наблюдаются высокие скорости ветра, отклик океана при прохождении этих циклонов изучен очень слабо, в отличии от отклика при прохождении тропических циклонов. Тропические циклоны имеют горизонтальные размеры в диапазоне от 500 до свыше 1000 км и скорости ветра от менее 17 м/с для тропических депрессий до свыше 70 м/c для ураганов пятой категории по шкале Саффира-Симпсона. Они способны вызывать снижение температуры поверхности океана на величину до 6°С, заглубление перемешанного слоя, перестроение поля течений (D’Asaro 2014; Price 1978, 1981; Emanuel, 1991).
В немногочисленных работах по изучению взаимодействия внетропических циклонов и океана анализируются отдельные случаи прохождения циклонов. В работах (Yao et al. 2008; Kobashi et al. 2019) на основе модельных и спутниковых данных показано, что во время прохождения внетропических циклонов может наблюдаться усиление турбулентных потоки тепла из океана в атмосферу, происходить заглубление толщины верхнего перемешанного слоя, а температура поверхности океана снижаться более чем на 3°С. Отмечается, что изменения температуры находятся в зависимости от того, как близко к побережью двигался циклон. Так, в открытом океане аномалии температуры меньше, чем у побережья. Данные результаты получены в северном полушарии Тихого и Атлантического океанов.
Работ, посвященных оценке влияния полярных циклонов на температуру поверхности океана также немного. Например, в (Saetra, 2008) представлены результаты модельного расчетов воздействия на океан полярного циклона над Северо-Европейском бассейном. По прошествии 12 ч ветрового воздействия циклона температура поверхности повысилась на 1.5°С. В данном случае это объясняется тем, что в этом регионе могут наблюдаться подповерхностные теплые слои, которые связаны с Северо-Атлантическим течением и его ветвями. Для отдельных областей этого региона, они могут наблюдаться с вероятностью до 40% в период ноябрь - апрель. В (Isachsen et al. 2013) показан случай прохождения полярного циклона над центральной частью 5
Норвежского моря в марте 2008 года. По данным микроволнового радиометра AMSR-E отмечаются области, где наблюдаются отрицательные и положительные аномалии величиной ±1.5°С.
В данной работе проводится исследование отклика верхнего слоя океана на прохождение внетропических и полярных, проявляющегося в изменениях температуры поверхности океана, на основе обширного массива данных. Исследуемый период для внетропических циклонов составляет 2002 - 2017 гг., а для полярных циклонов 2002 - 2009 гг. Регион исследования - акватория Северной Атлантики к северу от 45 град. с.ш., которая включает в себя моря Баренцево, Норвежское, Гренландское, Баффина, Северное, Лабрадор и Ирмингера.
В данной работы проведено исследование по взаимодействию внетропических и полярных циклонов с поверхностью океана. Были изучены работы, посвященные теме воздействия тропических циклонов на океан, изучены механизмы, которые вызывают изменение температуры, толщины перемешанного слоя, потоков на границе океан-атмосфера. Произведен обзор тематической литературы, связанный непосредственно с объектом исследования - полярными и внетропическими циклонами и изменениям температуры, которые возникают при их прохождении. При помощи спутниковых данных было показано, что внетропические циклоны способны приводить к изменению температуры на несколько градусов как в положительную, так и в отрицательную сторону, а возникающие аномалии могут наблюдаться на поверхности океана несколько дней.
В дальнейших исследованиях планируется установить за счет каких механизмов происходят изменения температуры, каков вклад каждого из них. Как уже отмечалось, внетропические циклоны важным звеном в системе атмосферного переноса, поэтому понимание как изменяется интенсивность циклонов, скорость их перемещения, распределение скорости приводного ветра, потоков тепла на границе океан-атмосфера при взаимодействии с подстилающей поверхностью также является важным.
