Тема: СОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ В АЗИАТСКОЙ ЧАСТИ АРКТИЧЕСКОГО СЕКТОРА РОССИИ

Глобальные климатические изменения, активно обсуждаемые в последние десятилетия как в научном сообществе, так и среди обывателей, способны кардинально поменять привычный уклад жизни человечества в обозримом будущем. Северные регионы, в числе которых Арктика, наиболее уязвимы в этом плане: здесь наблюдаются устойчивая тенденция роста температур воздуха, значительное сокращение площади морских льдов, а также изменения в атмосферной циркуляции. Важным маркером глобального потепления в высоких северных широтах является участившееся число опасных конвективных явлений, к которым относятся грозы.
Данные Всемирной сети определения местоположения молний (WWLLN) показывают, что количество молний в Арктике (выше 65° с.ш.) утроилось за последние десять лет [49]. Ежегодный отчет Vaisala [60] подтверждает возросшую грозовую активность в высоких северных широтах; в отчете также упоминается о самой северной грозе из когда-либо зафиксированных на данный момент, произошедшей в 2019 году всего в 52 км от Северного полюса.
По оценкам ученых из разных стран [4, 56], экстремальность климата на севере будет только возрастать, и, возможно, арктические грозы в скором времени станут обычным летним явлением.
К сожалению, на сегодняшний день Россия не располагает достаточным количеством метеорологической информации об Арктическом секторе из-за малого числа наблюдательных станций, особенно в азиатской его части, что осложняет изучение атмосферы региона в условиях меняющегося климата. Однако игнорировать возросшую повторяемость грозовых явлений научное сообщество не в праве.
Всестороннее изучение климатических особенностей в Российской Арктике является одной из приоритетных задач, обозначенных в Указе Президента Российской Федерации «О стратегии развития Арктической зоны РФ и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года», в связи с чем настоящее исследование представляется крайне актуальным и востребованным как в научном, так и в прикладном аспектах.
Целью магистерской диссертации является оценка конвективного потенциала азиатской части Арктической зоны Российской Федерации.
В качестве объекта исследования выступает слой атмосферы до 6 км над Арктическим сектором России. Предметом является индекс неустойчивости атмосферы — Total Totals.
Опираясь на поставленную в работе цель, формируются следующие задачи исследования:
1. Сформировать два массива данных за период с 2015 по 2024 гг. (май— сентябрь) на станциях азиатской части Арктического сектора России: первый — для определения пороговых значений индекса неустойчивости Total Totals в дни с грозами и второй — для верификации данных реанализа ERA5 с данными высотных аэрологических наблюдений;
2. Определить пороговые значения индекса неустойчивости атмосферы Total Totals на станциях азиатской части Российской Арктики;
3. Проанализировать полученные результаты и сравнить с пороговыми значениями для разных регионов Арктики и Субарктики;
4. Провести оценку соответствия значений индекса неустойчивости Total Totals за 2015—2024 гг. (май—сентябрь), полученных по данным реанализа ERA5 и аэрологического зондирования;
5. Подробно рассмотреть отдельные грозовые дни на некоторых станциях Российской Арктики с использованием синоптической информации и результатов спутникового зондирования.
Материалами исследования являются два массива данных за теплый период с мая по сентябрь 2015—2024 гг. на станциях азиатской части Арктического сектора России: первый необходим для определения пороговых значений индекса неустойчивости Total Totals в дни с грозами и формируется по атмосферным явлениям, передаваемым метеостанциями, и результатам аэрологического зондирования; второй нужен для верификации данных реанализа ERA5 с данными аэрологических наблюдений.
При выполнении научной работы используются следующие методы: определение и описание территории исследования, формирование базы данных, методы описательной статистики, определение пороговых значений индекса неустойчивости, анализ результатов и их сравнительная оценка с другими регионами, верификация значений индекса неустойчивости по данным реанализа ERA5 с результатами аэрологического зондирования, анализ синоптической ситуации в дни с грозами на станциях Российской Арктики («кейс- стади» (case study)).
В рамках написания магистерской диссертации будут получены следующие результаты: пороговая шкала значений индекса неустойчивости Total Totals для азиатской части Российской Арктики; сравнительная оценка пороговых значений Total Totals для Арктического сектора РФ и других регионов Арктики и Субарктики; вывод о применимости продукта «Total Totals» реанализа ERA5 для установления факта наличия гроз и их локализации в Арктике; синоптические условия, характерные для грозовых событий в высоких северных широтах.
Все это позволит улучшить методики прогноза конвективных явлений в Заполярье и усовершенствовать глобальные и региональные климатические модели, а также может быть применено на практике в различных отраслях экономики севера.

Купить

Учитывая стремительные климатические изменения и возрастающую частоту проявления опасных конвективных явлений в Арктическом секторе России, сегодня как никогда актуально комплексное исследование атмосферы высоких широт. Азиатская часть Российской Арктики до сих пор остается слабо изученным регионом ввиду ограниченного числа наблюдательных станций и сложных климато-географических условий. В этой связи повышение осведомленности о происходящих процессах в таком труднодоступном регионе, как Арктика, востребованно и перспективно.
В настоящем исследовании была произведена оценка конвективного потенциала азиатской части Арктической зоны Российской Федерации за теплый период с мая по сентябрь 2015—2024 гг. В ходе работы была подробно изучена теоретическая сторона вопроса, климатические и физико-географические особенности региона, отобраны действующие метеорологические и аэрологические станции, сформированы два массива данных — для расчета пороговых значений индекса неустойчивости Total Totals и для проведения процедуры верификации значений индекса, рассчитанных по данным реанализа ERA5 и аэрологического зондирования, определены пороговые значения Total Totals для азиатской части Российской Арктики, выполнено сравнение полученных порогов с данными для других регионов, произведена оценка соответствия значений индекса неустойчивости Total Totals, полученных по данным реанализа ERA5 и аэрологического зондирования, а также рассмотрены отдельные грозовые дни на некоторых станциях с использованием синоптической информации и результатов спутникового зондирования.
В результате представляется возможным сделать следующие основные выводы исследования:
- значения индекса неустойчивости атмосферы Total Totals в более поздний срок зондирования (12 ч ВСВ) выше, чем в срок 00 ч ВСВ;
- пороговые значения Total Totals также больше в срок 12 ч ВСВ, особенно для 90%-ой вероятности развития грозы;
- для образования гроз в Арктике атмосферная неустойчивость должна достигать высоких значений (Total Totals > 45 единиц), что хорошо согласуется с аналогичными оценками для севера Сибири;
- наиболее грозовой месяц для Арктики — июнь;
- межгодовая изменчивость грозовых дней значительна, однако за рассмотренное десятилетие самым грозовым годом можно считать 2020;
- значения индекса неустойчивости Total Totals, рассчитанные по данным аэрологических наблюдений и реанализа ERA5, существенно отличаются;
- прибрежные арктические станции демонстрируют наилучшее согласие в значениях индекса Total Totals с данными реанализа, а внутриконтинентальные — наоборот;
- реанализ ERA5 систематически занижает значения индекса и характеризуется значительными ошибками в расчетах, особенно в сложных климатических и географических условиях (ст. Тикси);
- применение реанализа ERA5 для реконструкции значений индекса неустойчивости Total Totals может быть отличным вспомогательным инструментом для установления факта гроз на слабозаселенных территориях Арктики, но требует предварительных оценок соответствия значений с натурными данными и учета климато-географических особенностей конкретной территории;
- грозы в высокоширотной Арктике, как правило, связаны с грозовыми фронтами, переместившимися из умеренных широт, а также с прохождением фронтов мезомасштабных арктических циклонов (теплые фронты и фронты окклюзии).
Таким образом, поставленные в работе цель и задачи были успешно реализованы. Полученные результаты расширяют представления о современной грозовой активности в азиатской части Российской Арктики и демонстрируют потенциал использования атмосферного реанализа ERA5 при условии его корректной верификации и учета ряда локальных особенностей территорий.
Настоящее исследование может служить основой для дальнейших научных работ в области метеорологии и климатологии высоких северных широт, особенно по анализу состояния пограничного слоя атмосферы, а также быть полезным в прикладных целях — в различных отраслях экономики регионов севера: энергетике, строительстве жилья и коммуникаций, топливной промышленности, транспортной отрасли (в особенности — для безопасного функционирования Северного морского пути), сельском хозяйстве.
Таким образом, настоящее исследование вносит важный вклад в науку и практику, открывая перспективы для дальнейших комплексных исследований атмосферы полярных широт в контексте глобальных климатических изменений.

Купить