Спутниковое радиотепловидение атмосферных рек и джетов тропических циклонов

В докладе обсуждены подходы к систематическому изучению двух различных по своей природе типов атмосферных явлений, имеющих, тем не менее, много общего как объекты исследования. Оба они были выявлены феноменологически при анализе дистанционных данных, не имели до этого четкой метеорологической интерпретации, не выделялись в самостоятельные классы атмосферных процессов и не обозначались специальным термином. (Во втором случае описанная ситуация сохраняется до настоящего времени.) Оба типа явлений отчетливо проявляются в поле интегрального влагосодержания (ИВС) атмосферы, где представляют собой вытянутые «нитевидные» структуры повышенных на общем фоне значений ИВС. Есть основания считать, что оба типа явлений являются важными факторами адвекции скрытого тепла в нижней тропосфере, вклад которых в общий транспорт атмосферной влаги непропорционально велик по отношению к их размерам и времени существования.
1. Атмосферные реки
Термин «атмосферные реки» (АР, изначально – «тропосферные реки», [1]) обозначает протяженные области атмосферы (>2000 км в длину при ширине <1000 км [2] или 300 – 500 км [3]), с повышенными на общем фоне (20 мм – 40 мм, [2,3]) значениями ИВС. АР осуществляют транспорт атмосферной влаги из внутритропической зоны конвергенции (ВЗК) во внетропические области в северо-восточном (в северном полушарии) и юго-восточном (в южном полушарии) направлениях. Считается, что АР обеспечивают до 90% общего меридионального переноса скрытого тепла в средних широтах [4]. Сохраняются определенные проблемы воспроизведения характеристик АР в численных моделях [3], в связи с чем их определением, фактически, остается исходно данное феноменологическое описание, которое базируется на граничных значениях ИВС и потоков скрытого тепла [1,5-7]. Учитывая, что эти значения установлены наиболее надежно для северо-востока Тихого океана и не имеют универсальной применимости по всему Земному шару [2], сохраняется актуальность разработки процедуры автоматического детектирования АР [2,7] и создания для них климатологической базы данных глобального охвата по многолетним спутниковым наблюдениям.
В докладе представлена и проиллюстрирована примерами обработки предлагаемая процедура автоматического детектирования АР. С использованием этой процедуры формируется база данных АР (БДАР) по данным радиотепловых спутниковых наблюдений в интервале 2003 – 2017 гг. После завершения подготовительных работ будет обеспечен свободный доступ к БДАР через интерфейсы геопортала спутникового радиотепловидения [8]. В докладе также продемонстрированы уникальные возможности подхода спутникового радиотепловидения для анализа характеристик индивидуальных АР по дистанционным данным.
2. Джеты тропических циклонов
В поле ИВС атмосферы в окрестности тропического циклона (ТЦ) нередко наблюдается образование протяженных, узких, как правило, спирально закрученных полос высокого влагосодержания (значения ИВС около 40 мм и выше), соединяющих стену ТЦ с обширными областями конвергенции атмосферной влаги (ВЗК; западные оконечности акваторий океанов). Такие полосы наиболее заметны при уходе ТЦ в средние широты и обнаруживаются над всеми акваториями Мирового океана, охваченными тропическим циклогенезом, но, вероятно, реже всего – на северо-западе Тихого океана, где траектории ТЦ проходят над областями наиболее высоких (в среднем) значений ИВС. Для обозначения этих полос Е.А. Шарковым предложено название «джеты» (от англ. jet). Поскольку термин jet употребляется в метеорологии в отношении нескольких типов атмосферных явлений, связанных и с глобальной циркуляцией [9], и с эволюцией внетропических циклонов [10], и с атмосферными реками [11], следует подчеркнуть, что в данном случае речь идет о джете, ассоциированном с ТЦ, т.е. «джете тропического циклона». Авторами ранее показана связь между адвекцией скрытого тепла к центру ТЦ и его интенсификацией [12,13]. Закономерен вопрос о роли джета в эволюции ТЦ и, в частности, его вкладе в организуемые ТЦ конвергентные потоки атмосферной влаги в нижней тропосфере. Развитая методика анализа эволюции ТЦ с помощью спутникового радиотепловидения дополнена в работе процедурой расчета потоков скрытого тепла на отдельных элементах охватывающего контура, что позволяет выполнить анализ «розы потоков» – их пространственного распределения по периметру границы. Таким образом обеспечен, в частности, расчет абсолютного и относительного вкладов джета в общий поток скрытого тепла как для отдельных фаз эволюции ТЦ, так и в динамике на всем времени существования джета. В докладе обсуждаются реализация и примеры применения описанной расширенной методики анализа эволюции ТЦ в рамках спутникового радиотепловидения.
Создание использованного в работе программного обеспечения частично поддержано грантом РФФИ № 15-07-04422А.