Взаимодействие крупномасштабных и мезомасштабных процессов и экстремальные погодные явления в изменяющемся климате Этап 3 (заключительный)

По результатам выполненных в рамках проекта исследований и с использованием полученных данных за отчетный 2023 год опубликовано/принято в печать 5 статей, индексируемых в Web of Science Core Collection (WoS)/Scopus, из них 1 статья в журнале Q1 (Anthropocene) и одна статья подана в журнал Q1 (Journal of Hydrometerology). Подробный отчет с рисунками приведен в виде отдельного файла. На основе данных реанализа ERA5 для последних десятилетий (1979-2021 гг.) получены количественные оценки сезонных и региональных особенностей для значительной высоты волн в сопоставлении с изменениями циклонической активности в атмосфере Северного полушария. Сделаны оценки вклада внетропических циклонов в формирование соответствующих особенностей и изменений морского волнения. Максимумы повторяемости экстремального морского волнения зимой и летом соответствуют акваториям с повышенной повторяемостью циклонов, в частности, над Тихим и Атлантическим океанами. Получено, что вклад внетропических атмосферных циклонов в формирование значительных высот волн достигает 70% зимой и 50% летом. При этом наиболее сильный вклад связан с интенсивными циклонами - 90% зимой и 40% летом (Акперов и др., 2023). Разработана методология анализа и выделения мезомасштабных особенностей в атмосферной циркуляции в высокоразрешающих экспериментах по моделированию динамики атмосферы. В частности, сделан акцент на выделении так называемых мезомасштабных когерентных структур и анализе их взаимодействия с крупномасштабными особенностями динамики атмосферы. Когерентные структуры (КС), под которыми чаще всего понимают устойчивые во времени вихри, играют важную роль в климатической системе Земли, поскольку они вносят существенный вклад в процессы переноса импульса, тепла, массы и т. д. любой сплошной среды, в том числе атмосферы и океана. Показана потенциальная применимость двух из трех рассмотренных критериев выделения КС в пространственных геофизических данных (Кошкина и др., 2023). Получены количественные оценки изменений ветроэнергетических ресурсов в Арктике с использованием ансамбля региональных климатических моделей (РКМ) Arctic-CORDEX при сценарии изменения климата RCP8.5 для 2006—2099 гг. Проанализирована мощность ветроэнергетического потенциала, пропорциональная кубу скорости ветра. Для оценки мощности ветрового потока (МВП) применена процедура коррекции систематической ошибки модельной скорости приземного ветра с использованием данных ERA5 в качестве эталонных с последующей экстраполяцией скорости ветра на высоту турбины. По расчетам с помощью РКМ для XXI в. отмечено, в частности, заметное увеличение МВП над Баренцевым, Карским и Чукотским морями зимой. Летом проявляется общее увеличение МВП над Северным Ледовитым океаном. Согласно полученным модельным оценкам увеличение межсуточных вариаций МВП в целом не приводит к отклонениям скорости ветра до значений, при которых работа ветрогенераторов невозможна (Akperov et al., 2023). Получены количественные оценки пространственно-временной изменчивости осадков, включая экстремальные, с использованием с использованием ансамбля региональных климатических моделей (РКМ) EURO-CORDEX в сопоставлении с данными реанализа ERA5 для современного режима климата. Получено, что в целом РКМ адекватно описывают пространственную структуру средних осадков, однако существенно отклоняются от наблюдений в части воспроизведения экстремальных осадков и их трендов. Причины этих отклонений как с пространственным разрешением моделей, так и в недоучете локальных механизмов возникновения экстремальных осадков, связанном с конфигурациями моделей CORDEX, которые в значительной степени основаны на конфигурациях глобальных моделей и не учитывают эффекты негидростатики, особенно в орографически сложных регионах (Shahi et al., 2024). Проведено сравнение четырех, наиболее часто используемых методов – k-means (KM), иерархической кластеризации Уорда (HW), модели Гауссовой смеси (GM) и самоорганизующихся карт Кохонена (SOM) на примере выделения погодных режимов в Евро-Атлантическом секторе. Получены количественные оценки региональных особенностей распределения повторяемости экстремальных аномалий температуры, осадков и ветра в зимние месяцы во внетропической зоне Северного полушария, связанные с режимами атмосферной циркуляции (далее режим) в Евро-Атлантическом регионе. Методом кластерного анализа k -средних по суточным полям высоты геопотенциала реанализа ERA5 за 1979-2021 гг. выделены четыре наиболее характерных зимних режима циркуляции атмосферы в Евро-Атлантическом регионе, соответствующие Североатлантическому колебанию (САК) в положительной (САК+) и отрицательной (САК-) фазах, скандинавскому блокингу и режиму с аномально высоким давлением над Северной Атлантикой и низким над Европой. Проанализированы тренды повторяемости и структуры режимов. За исследуемый период не отмечено статистически значимых трендов сезонной повторяемости режимов, а также значимых трендов средних сезонных полей режимов в области экстремумов аномалий высоты геопотенциала. Это может свидетельствовать об устойчивости данных режимов в современных условиях изменения климата (Бабанов и др., 2023). Проведен обзор изменений характеристик атмосферного давления и осадков по данным ансамбля климатических моделей CMIP6 на территории России в XX и XXI столетиях. Показано, что последние 30 лет уменьшение осадков на Европейской территории России происходит на фоне увеличения среднего давления на уровне моря. По данным климатических моделей CMIP6 уменьшение осадков может продолжиться и в ближайшие десятилетия. В то же время, к 2050-м гг. давление на юге европейской территории России может понизиться, что может говорить об увеличении частоты циклонов в регионе.