| 1 |
1 сентября 2015 г.-31 августа 2016 г. |
Анализ воспроизведения моделью COSMO-CLM отдельных экстремальных погодных явлений в Баренцевом море |
| Результаты этапа: Впервые в российской практике проведены эксперименты с высоким пространственным разрешением (менее 3 км) для территории западного сектора российской Арктики. В ходе экспериментов для данного региона апробирована методика вложенных сеток с переходом через «серую зону» 10 – 5 км. Целью экспериментов было воспроизведение наиболее экстремальных случаев наблюдавшихся скоростей ветра на побережье Баренцева моря, причём предварительно были определены новые свойства статистического распределения скоростей ветра. В результате анализа этих свойств были выделены два типа экстремумов скоростей ветра, названных «чёрными лебедями» и «драконами», в соответствии с недавно введённой Н. Н. Талебом и Д. Сорнеттом терминологией.
В данной работе для регионального моделирования атмосферы с высоким разрешением использовалась мезомасштабная негидростатическая модель COSMO-CLM (версия 5.0). Это климатическая версия региональной мезомасштабной модели COSMO, разрабатываемая одноимённым консорциумом (Consortium for Small-scale Modeling), включающим в себя национальные службы прогноза погоды ряда стран, в том числе РФ (Росгидромет). Развитие климатической версии модели осуществляется в рамках международного научного сообщества CLM-Community [www.clm-community.eu], она основана на тех же описаниях динамики, физических параметризациях и численных решениях, которые реализованы в оперативной COSMO. Главные отличия климатической версии модели от оперативной заключаются в ряде модификаций и расширений, предназначенных для долговременных численных экспериментов, таких как большая глубина моделируемого слоя подстилающей поверхности и учет сезонного хода параметров подстилающей поверхности.
Постановка экспериментов включала в себя выбор конфигурации модели, начальных данных, горизонтального и вертикального разрешения, модельной области, использование технологии даунскейлинга («вложенных сеток»). При-менялась следующая схема: горизонтальное разрешение модели – 0.120, начальные данные – реанализ ERAInterim (горизонтальное разрешение ~0.750), 40 модельных уровней по вертикали, в большинстве случаев использовался даунскейлинг до разрешения 2,8 км. Модельная область охватывала акваторию Баренцева и части Карского морей и прилегающих акваторий, севера ЕТР. Использовалась стандартная конфигурация модели, с использованием приведённых выше параметров. В каждом эксперименте граничные данные реанализа поступали каждые 6 часов. Было выбрано несколько ситуаций для проведения численных экспериментов с мезомасштабной негидростатической моделью COSMO-CLM: 15–17.12.1997, 29–30.10.2000, 26.01.2002, 05.02.2003, 12.12.2013. Период каждого эксперимента составлял 7 дней, с тем расчётом, чтобы рассматриваемое экстремальное событие оказалось в середине этого периода. |
| 2 |
1 сентября 2016 г.-31 августа 2017 г. |
Статистический анализ характеристик экстремальных явлений погоды в Баренцевом море в условиях современного климата |
| Результаты этапа: В первую очередь, следует отметить, что во всех случаях динамику процессов синоптического масштаба (циклогенез) модель воспроизвела очень хорошо. Это было выявлено при сравнении результатов моделирования с архивом синоптических карт. Далее проанализируем воспроизведение мезомасштабных особенностей атмосферной циркуляции в каждой ситуации. Рассмотрим случай с экстремальными ветрами 29 – 30 октября 2000 г. В данной ситуации наблюдалось усиление скоростей ветра над южной оконечностью Новой Земли, и в проливе Карские Ворота. Регион находился на северо-восточной периферии мощного циклона, перемещавшегося по югу Баренцева моря. Мощные СВ ветры были ориентированы вдоль Карских Ворот, а также инициировали резкие катабатические ускорения и порывы ветра на юго-западном побережье Новой Земли. Средние скорости ветра в проливе достигали 20 м/с, с порывами до 24 – 26 м/с. Наблюдалась чёткая пятнистость поля ветра над островами и прибрежными территориями, а также полосы усиленного ветра над акваториями в Баренцевом море. Очевидно, это возмущения мезомасштаба. На детализированных картах проявились неоднородности поля ветра, по-видимому, связанные с гидродинамическим влиянием суши и ускорением ветрового потока в проливе.
Другая ситуация, наблюдавшаяся 12.12.2013, 06 СГВ, характеризовалась максимальными скоростями ветра из рассматриваемых и наиболее близко воспроизведёнными моделью. Мощный циклон (с давлением в центре <965 гПа) перемещался с СВ на ЮЗ Баренцева моря, сильно сгущённые изобары располагались квазипараллельно береговой линии. Такое сочетание факторов и дли-тельное сохранение этой ситуации, очевидно, способствовало формированию таких чрезвычайных аномалий скорости ветра. Причём область максимальных ветров сохранялась на сотни километров от берега, в открытом море. Более детальная карта демонстрирует также очень существенный горизонтальный сдвиг ветра через береговую линию: 12 – 20 м/с в средних скоростях, 26 – 32 м/с в порывах.
Анализ этих и других случаев показал, что с горизонтальным разрешением 2 – 3 км динамику объектов синоптического масштаба и общую структуру поля ветра модель воспроизводит хорошо. Важным обстоятельством является то, что мезомасштабная модель COSMO-CLM оказалась способна воссоздавать над морем и вблизи побережий скорости ветра, приближающиеся к наблюдаемым экстремальным значениям.
С разрешением 2,8 км модели удаётся воспроизвести детальное пятнистое поле ветра, обусловленное, как правило, местными орографическими или динамическими факторами. С одной стороны, модель систематически занижает реально наблюдавшиеся средние значения скорости ветра и порывов на морском побережье до 4 – 5 м/с. С другой стороны, при таких скоростях перемещения частицы воздуха (15 – 20 и более м/с) акцентирование внимание на воспроизведении характеристик в конкретной точке не имеет большого физического смысла. Поэтому для корректной оценки правомерно рассматривать не-которую область в окрестности данной точки, в пределах которой частица успевает переместиться за ~10 минут. Отталкиваясь от таких рассуждений, можно констатировать, что с пространственным разрешением порядка первых километров модель воспроизводит скорости ветра вполне адекватно.
Что касается задачи по выявлению генетических различий между выделенными типами экстремальных скоростей ветра («чёрные лебеди» и «драконы»), то в первом приближении явных отличий выявить не удалось. Частично это связано с пока недостаточной выборкой рассмотренных случаев. Однако, можно предположить, что к появлению подобного рода событий приводит ред-кое наложение крупномасштабных синоптических факторов (ориентация сильно сгущённых изобар в перемещающихся мощных барических образованиях относительно береговой линии) и ряда местных мезо- и микромасштабных факторов (рельеф, конфигурация береговой линии и др.). В перспективе дальнейших исследований генезиса экстремальных скоростей ветра в Арктике, таких как «чёрные лебеди» и «драконы», необходимо ориентироваться на негидростатические модели высокого разрешения с использованием технологии даунскейлинга. |
