Разработка гидродинамической, химико-климатической и физико-статистической моделей совместного влияния весенних стратосферных процессов и теплового состояния океана на формирование длительных аномалий погоды на европейской территории России

Проведен пространственно-временной анализ летних блокирующих ситуаций (стационарного антициклогенеза) в западной части Евразии, включая европейскую территорию России (ЕТР), за период 1949 - 2010 гг. Выявлены внешние по отношению к атмосфере факторы, влияющие на климатическую изменчивость повторяемости блокирующих ситуаций. Пространственные особенности возникновения летних стационарных антициклонов заключаются в том, что они чаще всего повторяются на ЕТР, таким образом данная территория Российской Федерации в наибольшей степени подвержена опасности возникновения летних засух. В Западной Европе повторяемость их значительно меньше. Во временном отношении повторяемость блокирующих ситуаций с 1949 по 2010 гг. испытывала заметный отрицательный тренд: максимум повторяемости приходится на конец 1950-х гг., минимум - в середине - конце 1990-х гг., причем снижение повторяемости по линии тренда довольно большое - от 14 до 3 дней. Другой важной особенностью временного хода повторяемости блокирующих антициклонов является наличие циклических изменений числа дней блокирования: до конца 1980-х гг. период циклических колебаний составлял примерно 10 - 12 лет, дальше произошел сбой цикличности, но с середины 1990-х гг. она восстановилась. Ввиду нестационарности данного временного ряда (изменение со временем периода и амплитуды колебаний) его трудно использовать для прогноза будущей интенсивности блокирования. Исследование возможных причин возникновения обнаруженных циклов показало, что на повторяемость блоков влияют, по крайней мере, два внешних по отношению к атмосфере фактора: солнечная активность и Северо-Атлантическое колебание температуры поверхности океана. Однако их влияние имело переменный характер: до середины 1980-х гг. повторяемость летних блокирующих ситуаций хорошо коррелировала с изменениями солнечной активности, после - с особенностями температурного поля Северной Атлантики. Впервые оценено влияние солнечной активности и Северо-Атлантического колебания в океане на повторяемость летних блокирующих ситуаций. Поскольку оба этих фактора имеют циклическую природу, найденные связи позволят оценить степень опасности возникновения засух на ЕТР в ближайшие 10 - 15 лет. Исследована модель тропосферы, позволяющая заменить реальные значения параметров тропосферы (на примере влажности) на их модельные значения. Проведена проверка модели влажности воздуха в Северном полушарии (Model of air humidity in the Northern Hemisphere ГОСТ 26352-84) на основе аэрологических данных. Сделаны следующие выводы: для восточных долгот наиболее хорошее совпадение модельных и экспериментальных осредненных высотных профилей массовой доли влаги выявлено для низких и средних широт. Для экваториальных и высоких широт различия достаточно существенны. Для области западных долгот в целом модель хорошо отражает реальную ситуацию, начиная с высоты 2 км. Различия имеют место в пограничном слое атмосферы, который в решении многих задач играет определяющую роль. Результаты анализа показывают, что данная модель влажности воздуха в Северном полушарии ГОСТ 26352-84 требует корректировки. Проведена разработка химико-климатической модели совместного влияния стратосферных процессов и теплового состояния океана на формирование длительных аномалий состава над территорией России. На основе данной модели проанализировано влияние температуры поверхности океана и площади его покрытия льдом на содержание озона и других газов на территории России. Разработаны глобальная и региональная модели изменения газового и аэрозольного состава нижней и средней атмосферы Евразии, охватывающие тропосферу и стратосферу и учитывающие взаимодействие глобальных и региональных процессов по методу вложенных сеток. Выполнены эксперименты по валидации моделей путем проведения численных экспериментов по переносу газовой или аэрозольной примеси в глобальном и региональном масштабах, вычисления времен жизни химически активных газов, представляющих интерес для настоящего проекта, моделирования концентрации парниковых газов в приземном слое атмосферы в глобальном масштабе и вычисления общего содержания исследуемых газов над территорией Российской Федерации. Результаты проведенных численных экспериментов показали, что комплекс глобальной и региональной моделей газового и аэрозольного состава атмосферы адекватно качественно и количественно воспроизводит наблюдаемые особенности атмосферного распределения химически активных парниковых газов, что позволяет использовать его далее для технологий обнаружения антропогенных воздействий на естественный газовый и аэрозольный состав атмосферы на основе сравнения результатов теоретического моделирования физических и химических процессов, определяющих пространственно-временную изменчивость состава атмосферы и измерений. В результате моделирования влияния глобальных волновых процессов на изменчивость газового состава стратосферы полярных районов с помощью химико-климатической модели получено, что распространяющиеся из тропосферы в стратосферу планетарные волны по-разному влияют на газовый состав стратосферы Арктики и Антарктики. При исследовании возможного влияния будущих изменений климата на газовый состав атмосферы были выполнены расчеты с использованием химико-климатической модели на период с 2016 по 2050 гг. При этом задавались три разных сценария изменения температуры стратосферы в этот период. Проанализированы результаты моделирования и численные оценки тенденций изменения состава атмосферы в последующие 20 - 40 лет.