|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Экстремальные атмосферные явления внетропических регионов: статистика, моделирование, климатический прогноз (РФФИ)НИР
Extratropical atmospheric extremes: statistics, modelling, climate projecting
- Руководитель НИР: Кислов А.В.
- Участники НИР: Платонов В.С., Соколихина Н.Н., Суркова Г.В., Тудрий К.О.
- Подразделение: Кафедра метеорологии и климатологии
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2018 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-05-00509\18
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116021510206-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Глобальные и региональные изменения окружающей среды и общества
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 37.23.31 Моделирование климата. Прогноз климата
-
Ключевые слова:
климатический прогноз, экстремумы скорости ветра, блокирование, штормовая активность
climate projecting, storm activity, wind extremes, bloking -
Описание:
Продолжить исследование аномалий метеорологического режима, в первую очередь скорости ветра и осадков. Проверить предположение о том, что ограничение разрешающей способности атмосферных моделей является главной причиной, не позволяющей им воспроизводить экстремальные скорости ветра, в частности, не допускающее появление в выборке событий, принадлежащих двум разным семействам распределений: черным лебедям и драконам. Для это цели будет проанализированы данные детализированного 30-летний архива метеорологической информации, который был сгенерирован при участии авторов Проекта для региона Охотского моря и прилегающих районов Дальнего Востока и Тихого океана. Планируется исследование связи аномальности метеорологических полей с синоптическими ситуациями. Продолжить развитие методики исследования гидродинамическими способами атмосферных вихрей как целостных образований. Определить этим способом ключевые факторы в развитии вихрей, установить обратные связи между внутренними элементами гидродинамической вихревой системы. Применить найденные авторами Проекта связи экстремальных событий с синоптическими структурами для климатического прогноза статистики экстремальных событий. Продолжить исследование вариаций климата на масштабах в десятки-сотни дет для установления особенностей формирования экстремальных климатически обусловленных трансгрессий/регрессий Черного и Каспийского морей.
-
Abstract:
Continue research of anomalies of the meteorological regime, primarily wind speed and precipitation. Check the assumption that limiting the resolution of atmospheric models is the main reason that does not allow them to reproduce extreme wind speeds, in particular, not allowing the occurrence in the sample of events belonging to two different families of distributions: black swans and dragons. For this purpose, the data of a detailed 30-year archive of meteorological information, which was generated with the participation of the authors of the Project for the Sea of Okhotsk region and adjacent regions of the Far East and the Pacific, will be analyzed. It is planned to study the connection between anomalous meteorological fields and synoptic situations. Continue the development of the technique of studying the hydrodynamic methods of atmospheric vortices as integral formations. To determine the key factors in the development of vortices, to establish feedback relations between the internal elements of the hydrodynamic vortex system. Apply the links of extreme events with synoptic structures (established at previous stages of such project) for the climatic forecast of statistics of extreme events. Continue the study of climate variations at scales of tens or hundreds of years to establish the features of the formation of extreme climatically conditioned transgressions / regressions of the Black and Caspian seas.
-
Планируемые результаты:
1)Будет осуществлена проверка возможности воспроизведения аномалий метеорологических элементов (в том числе, оценка законов распределения вероятности аномалий) в рамках мезомасштабных атмосферных моделей высокого разрешения (6 км и 2,2 км). Будут установлены связи экстремальных аномалий скорости ветра с специфическими особенностями вихревых атмосферных структур или будет признано, что таковую связь на данном технологическом уровне моделирования установить невозможно. 2)Будет исследован генезис долгоживущих вихрей (в том числе тех, которые определяют ситуацию блокирования) в разные сезоны года. На этой основе буду сформулированы концептуальные модели вихревой динамики. 3)Будет разработан прогноз штормовой активности над акваторией Баренцева моря на 21 век в рамках сценариев СMIP3 и CMIP5. 4)Будут исследованы особенности динамики климата, приводящие у большим аномалиям уровней Черного и Каспийского морей, в том числе будут предприняты попытки объяснений, хотя бы на концептуальном уровне, климатических составляющих Хвалынских трансгрессий Каспия, соотношение между вариациями водообмена Босфора с колебаниями уровня Черного моря.
-
Научный задел:
Во-первых, статистический анализ экстремумов метеорологических величин в данных наблюдений, осуществляемый на основе классических подходов теории вероятностей, привел к заключению, что выборки экстремумов скорости ветра принадлежат к двум различным генеральным совокупностям (Kislov and Matveeva, 2016). Такого рода особенности, наблюдаемые в разных областях экономики, геофизики и др., были несколько лет назад обобщены Д.Сорнетом (D.Sornette), который на различных примерах продемонстрировал, что часто самые большие экстремумы не вписываются по частоте повторения и «мощностным» свойствам в статистическую модель, общую для экстремумов меньшей мощности. В отличии от последних (названых 15 лет назад Н.Талебом (N.Taleb) «черными лебедями»), им присвоено наименование «драконов». Естественным этапом развития данного направления является попытка проверки того, удастся ли воссоздать черных лебедей и драконов в численных экспериментах с различными атмосферными моделями. Было показано, что данные глобальной климатической модели INM-CM4 и реанализов драконов не содержат. Модель COSMO-CLM оказалась способна воссоздавать скорости ветра, приближающиеся к наблюдаемым экстремальным значениям, однако четко отделить ситуации, порождающие экстремумы типа черных лебедей и драконов пока оказалось невозможно. Во-вторых, создана не противоречащая данным наблюдений теория, объясняющая генезис климатически обусловленных трансгрессий и регрессий Черного и Каспийского морей на основе использования математического аппарата броуновского движения (Kislov, 2016 a, b). Большие вариации уровня складываются под влиянием не погашающих друг друга коротких аномалий разных знаков, эффект которых накапливается у массивных объектов, приводя их к эволюции. Данный подход с равным успехом применен к различным массивным объектам (горный ледник, Каспийское море, Черное море), находящимся под воздействием мелких случайных воздействий.
-
Основные результаты:
1)Будет осуществлена проверка возможности воспроизведения аномалий метеорологических элементов (в том числе, оценка законов распределения вероятности аномалий) в рамках мезомасштабных атмосферных моделей высокого разрешения (6 км и 2,2 км). Будут установлены связи экстремальных аномалий скорости ветра с специфическими особенностями вихревых атмосферных структур или будет признано, что таковую связь на данном технологическом уровне моделирования установить невозможно. 2)Будет исследован генезис долгоживущих вихрей (в том числе тех, которые определяют ситуацию блокирования) в разные сезоны года. На этой основе буду сформулированы концептуальные модели вихревой динамики. 3)Будет разработан прогноз штормовой активности над акваторией Баренцева моря на 21 век в рамках сценариев СMIP3 и CMIP5. 4)Будут исследованы особенности динамики климата, приводящие у большим аномалиям уровней Черного и Каспийского морей, в том числе будут предприняты попытки объяснений, хотя бы на концептуальном уровне, климатических составляющих Хвалынских трансгрессий Каспия, соотношение между вариациями водообмена Босфора с колебаниями уровня Черного моря.
- Добавил в систему: Кислов Александр Викторович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Экстремальные атмосферные явления внетропических регионов: статистика, моделирование, климатический прогноз |
| Результаты этапа: | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Экстремальные атмосферные явления внетропических регионов: статистика, моделирование, климатический прогноз |
| Результаты этапа: 1.В этапе 2017 г., исследованы экстремальные значения аномалий скорости ветра в регионе Охотского моря по данным метеорологических станций и по данным специального архива, сгенерированного на базе интегрирования региональной мезомасштабной модели COSMO-CLM. Этот архив сформирован путем детализированных расчетов на мелких сетках (с шагами по горизонтали ~13 и ~6 км) внутри выбранной территории, включающей о.Сахалин, Японское и Охотское моря, п-в Камчатку и прилегающие азиатские и тихоокеанские районы. На границах модельной области происходила регулярная подпитка данными реанализа ERA-Interim. Длинна рядов этого мезомасштабного реанализа составляет 30 лет. Анализ рядов измеренных на станциях экстремумов, показал, что функция распределения может быть представлена совокупностью двух функций распределения Вейбулла, что свидетельствует о наличии в выборке представителей двух различных семейств, обозначенных, в соответствии с намечаемой традицией, как «Черные лебеди» и «Драконы». Аналогичный вывод уже был сделан нами ранее на основе станционных данных, относящихся к Арктическому бассейну. На основе архива модельных данных высокого разрешения была осуществлена проверка применимости этих же законов распределения вероятности к результатам мезомасштабного воспроизведения ветра. Показано, что практически во всех случаях экстремальные аномалии могут быть охарактеризованы распределением Вейбулла с двумя характерными наборами параметров. Это значит, что вихревые структуры в мезомодели COSMO-CLM воспроизводятся адекватно реальности (во всяком случае, они ближе к ней, чем в случае применения моделей более грубого разрешения). Изучение аномалий осадков не выявило подобного рода разделения выборки данных на две группы событий. 2.Нами разработана методика, позволяющая изучать эволюцию атмосферного вихря (или вихревой системы, включающей вихри противоположной завихренности) как целостного образования. Она основана на вычислении факторов, влияющих на эволюцию относительной завихренности. Применение ее эффективно в случае вихря (вихревой системы), стабильно существующего на некоторой территории. В этапе исследований 2017 г. методика опробована на примере блокирующей ситуации, развившейся в Атлантическом секторе Арктики и над ЕТР зимой 2012 года. Адвекция тепла обеспечила рост температуры до положительных значений даже в архипелаге «Земля Франца-Иосифа», в то время как над территорией Европы сформировалась устойчивая отрицательная аномалия температуры. Для описания временной изменчивости вихревой структуры использовался введенный индекс «Y1», представляющий собой величину амплитуды при первом естественном ортогональном векторе, описывающим пространственно-временное состояние завихренности системы. Показано, что фактор горизонтальной адвекции тепла играл негативную роль, а существование антициклонической циркуляции поддерживалось динамическими причинами, приводящими к адвекции относительной завихренности. 3.Выполнен климатический прогноз явлений на Баренцевом море, характеризующихся экстремально высокими скоростями ветра. Использован подход, основанный на генетической связи экстремального явления с синоптическими ситуациями. Основанием к использованию такого подхода является то, что крупномасштабные синоптические структуры гораздо лучше воспроизводятся моделями климата, чем локальные экстремумы. В качестве основополагающего фактора формирования приземного поля ветра рассматривались поля атмосферного давления на уровне моря. В качестве исходных материалов выбраны данные 5-й фазы проекта CMIP – CMIP5, основанные на результатах численных экспериментов наиболее полных моделей земной системы, по сравнению с предыдущими версиями CMIP. Использованы данные 27 моделей, на их основе сопоставлен современный климат 1981-2005 гг. и прогностический сценарий RCP8.5 2081-2100 гг. Для них рассчитана повторяемость синоптических ситуаций, способствующих формированию экстремально высоких значений скорости ветра (превышающих порог значений 95 и 99 квантилей). Получено, что при реализации сценария RCP8.5 можно ожидать увеличение повторяемости синоптических ситуаций, сопровождающих экстремально высокие скорости ветра к концу XXI века. Выявлены четыре основных типа поля давления для этих случаев. Показано, что наибольший вклад в прогнозируемый рост повторяемости дают синоптические ситуации, при которых центр пониженного давления локализован в районе Шпицбергена, причем изобары над Баренцевым морем имеют наиболее ярко выраженный широтный характер по сравнению с другими типами. Осуществлен прогноз повторяемости случаев на территории Арктического региона для температуры воздуха в диапазоне «около нуля градусов», с которым связаны многие опасные и неблагоприятные метеорологические явления, приводящие к материальному ущербу для многих сфер экономики, хозяйства, и ухудшению условий комфортности существования населения. Получено, что для большей части Арктической зоны (за исключением Североатлантического сектора и Норвежского моря, где рост температуры приведет к учащению случаев с t>5 C) на фоне глобального потепления климата по сценарию RCP8.5 повторяемость дней с температурой около нуля возрастет на 10-20 и более дней в год. Наиболее выраженный рост отмечается над Северным Ледовитым океаном и арктическими морями, а также над Гренландией. 4.Вековые вариации климата регионального масштаба в регионе Европы и передней Азии ярко проявляются в аномалиях уровня Каспийского и Черного морей, реконструированных по данным об их трансгрессивно - регрессивном поведении. Установлено, что несмотря на их несомненную климатическую обусловленность, вопрос о происхождении «дополнительной воды», требуемой для обеспечения Хвалынских трансгрессий (ранняя стадия Хвалынской трансгрессии имела место во время второй стадии MIS 3 (~35-25 ka BP), поздняя стадия в позделедниковье (~17 - 12 ka BP), остается невыясненным. Показано, в частности, что не наблюдалось положительных аномалий осадков в водосборе р.Волга, которые могли бы способствовать увеличению ее стока для создания крупных подъемов уровня Каспия. Установлено также, что динамика уровня Черного моря также содержит необъяснимые черты, поскольку на современном уровне знаний имеется противоречие между реконструированным объемом вод, переносимым сквозь Босфор, и амплитудой реконструированных аномалий уровня Черного моря. Показано, что теория, объясняющая динамику аномалий уровня на основе накопления малых аномалий (разработанная на основе теории гауссового шума), не в состоянии объяснить большие вариации уровней Каспийского и Черного морей. Данные проблемы сформулированы в виде парадоксов. Их решение будет важным вкладом в объяснение причин генезиса вековых колебаний климата и выяснения причин неадекватного моделирования климата. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Развитие методов климатического прогноза опасных гидрометеорологических явлений |
| Результаты этапа: план выполнен | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".