Интенсивные атмосферные вихри и их динамика: теоретические проблемы, анализ данных, лабораторные эксперименты и численное моделирование
Описание проекта
член-корр. РАН И. И. Мохов, рук.; зав. лаб. О. Г. Чхетиани, нс А. В. Чернокульский, внс М. В. Курганский, снс М. В. Калашник, гнс Е. Б. Гледзер, нс М. Г. Акперов, асп. А. А. Тимажев, внс С. Г. Чефранов, снс С. А. Ситнов, нс Ю. Л. Черноусько, снс А. Е. Гледзер, снс А. А. Хапаев, асп. Н. В. Вазаева, асп. М. А. Прокофьева
Вихревая активность играет ключевую роль в атмосфере Земли и в целом в земной климатической системе. При этом особое значение имеют наиболее интенсивные вихри. В рамках проекта намечено разностороннее взаимосвязанное исследование целой совокупности атмосферных вихрей различного пространственно-временного масштаба — от микро- до планетарного, включая торнадо, полярные мезоциклоны, тропические циклоны, внетропические циклоны и антициклоны, блокинги, центры действия, циркумполярные вихри.
Планируется анализ условий формирования и эволюции интенсивных вихрей в атмосфере с определением взаимосвязи и взаимовлияния вихрей различного масштаба. Будет проведен анализ существующих проблем в области детектирования атмосферных вихрей по современным данным и определения основных характеристик интенсивных вихрей различного пространственного и временного масштаба. Особый интерес представляет анализ условий формирования интенсивных вихрей при глобальных климатических изменениях, с оценкой относительной роли собственной климатической изменчивости и внешних естественных и антропогенных факторов. Важное значение при этом имеет количественная оценка роли интенсивных атмосферных вихрей в формировании погодно-климатических аномалий.
Сильнейшие региональные погодно-климатические аномалии связаны с продолжительными блокирующими антициклонами, для которых характерна слабая предсказуемость. В рамках лабораторных экспериментов и численного моделирования предполагается определить области изменения параметров системы, при которых возможна генерация крупномасштабных квазистационарных (в том числе блокирующего характера) структур с размерами порядка внешнего масштаба течений.
Планируется исследование влияния квазициклических климатических процессов на предсказуемость экстремальных вихревых режимов в атмосфере. Целый ряд результатов планируется получить впервые в мире.
В рамках проекта планируется получить новые результаты, связанные с формированием, развитием и разрушением интенсивных вихрей различного пространственно-временного масштаба.
Будут изучены условия формирования воздушных смерчей (торнадо) в регионах Северной Евразии при возможных изменениях климата, дана прогностическая оценка вероятности формирования воздушных смерчей в ближайшие десятилетия.
В рамках проекта планируется исследовать влияние глобальных климатических изменений на условия формирования и изменения основных характеристик интенсивных циклонов и антициклонов во внетропических и полярных широтах Северного полушария (повторяемость, размеры, интенсивность и др.) с оценкой роли естественной климатической изменчивости и антропогенных факторов. Намечено проведение методологического сравнения результатов определения характеристик циклонов и антициклонов с использованием автоматизированного метода и ручной обработки синоптических карт.
Планируется получить оценки взаимосвязи характеристик блокирующих антициклонов с процессами крупномасштабной климатической изменчивости в условиях меняющегося климата в XX и XXI веках. Намечен анализ влияния блокирующих антициклонов на формирование погодно-климатических аномалий в Северном полушарии в XX и XXI веках.
Планируется получить количественную оценку роли облачности в эволюции Сибирского антициклона.
Будет проведено теоретическое исследование интенсивных атмосферных вихрей мезо- и микромасштабов с акцентом на выяснение гидродинамических условий образования «торнадо-мезоциклонов», из которых образуются наиболее сильные смерчи (торнадо), а также интенсивных атмосферных мезоциклонов, включая полярные мезоциклоны (полярные «бомбы»).
Будет построена аналитическая модель нестационарного мезомасштабного вихря, развивающегося во времени благодаря совместному (синергетическому) действию выделения скрытой теплоты парообразования и взаимодействия вихря с подстилающей поверхностью, включая эффекты экмановского трения и орографических неоднородностей.
Будут сделаны оценки изменений параметров интенсивных мезоциклонических вихрей (их интенсивности, пространственных размеров и др.), сопровождающих вероятные изменения климатических условий в атмосфере.
В рамках лабораторных экспериментов и численного моделирования предполагается определить области изменения параметров системы, при которых возможна генерация крупномасштабных квазистационарных (в том числе и блокирующего или заблокированного характера) структур с размерами порядка внешнего масштаба течений.
Ожидаемые результаты в рамках проекта наряду с научной значимостью исключительно важны с точки зрения социально-экономических последствий в связи с увеличением риска экстремальных вихревых режимов при изменениях климата. Самые экстремальные погодно-климатические аномалии в российских регионах в последние годы были связаны с продолжительным блокированием зонального переноса в атмосфере — с блокирующими антициклонами, в том числе рекордное наводнение на Амуре в 2013 г., и засуха и пожары на европейской территории России летом 2010 г. Длительный блокирующий антициклон летом 2013 г., установившийся над Тихим океаном, заблокировал зональный перенос в атмосфере и способствовал формированию над восточной частью Азии (включая бассейн реки Амур) аномального циклонического режима с продолжительными интенсивными осадками. Летом 2010 г. длительный блокирующий антициклон над европейской частью России способствовал также формированию продолжительных дождей западнее (в Восточной Европе) и юго-восточнее (над Азией).
Полученные в рамках предлагаемого проекта результаты должны способствовать более адекватной оценке риска экстремальных событий, связанных с экстремальными вихревыми режимами в атмосфере.
Запланированные результаты будут соответствовать мировому уровню исследований. Результаты работ предполагается опубликовать в ведущих рецензируемых журналах, в том числе: Известия РАН. Физика атмосферы и океана, Метеорология и гидрология, Доклады академии наук, Письма в ЖЭТФ, ЖЭТФ, Механика жидкости и газа, Global and Planetary Change, Theoretical and Applied Climatology, Atmospheric Research, J. Fluid Mech.. По результатам проекта планируется 26 публикаций в рецензируемых журналах и подготовка итоговой коллективной монографии.
