Атмосферные реки над океаном и сушей

Атмосферные реки (АР) – неформальный термин, введенный и используемый рядом исследователей для описания «нитевидной» структуры атмосферной циркуляции в нижней тропосфере. Некоторые результаты моделирования дали основания предполагать, что меридиональный перенос атмосферной влаги в средних широтах почти полностью осуществляется в сравнительно узких (шириной 500 – 1000 км), динамически формирующихся и разрушающихся «каналах» повышенного влагосодержания – АР. В основном формирование АР происходит над акваториями Мирового океана, где интегральное влагосодержание в среднем выше и нет создающего механические препятствия рельефа. Тем не менее, в исследованиях последних лет отмечаются и анализируются подобные АР процессы и над сушей, особенно в равнинных и прибрежных областях. Дополнительной методической сложностью такого анализа является то, что предложенные в литературе простейшие пороговые критерии детектирования АР по величине интегрального влагосодержания, далеко не универсальные в отношении АР над Мировым океаном, еще менее адекватны применительно к АР-подобным явлениям над сушей. Необходим тщательный анализ формируемых потоков скрытого тепла в сравнении с их фоновыми значениями.
Спутниковый радиотепловой мониторинг Земли предоставляет важнейшую информацию о состоянии атмосферы, в частности, в виде восстановленных по данным фактических наблюдений глобальных полей интегрального влагосодержания. Развиваемый авторами подход спутникового радиотепловидения позволяет на их основе реконструировать динамику атмосферных процессов мезо- и синоптического масштабов. Объемы и качество накопленных к настоящему времени спутниковых данных создают предпосылки для систематического изучения пространственной структуры и динамики атмосферной циркуляции в контексте климатических исследований на интервалах в несколько десятилетий.
Опираясь на полученные ранее результаты, авторы внесли ряд существенных усовершенствований в свою методику анализа структуры атмосферной циркуляции скрытого тепла и автоматического детектирования АР. Алгоритм разделения воздушных масс по гистограммам интегрального влагосодержания, ранее требовавший подбора некоторых настроечных параметров, полностью формализован и автоматизирован путем программной реализации нелинейной аппроксимации кривых на основе генетического алгоритма и алгоритма Левенберга-Марквардта. Подтверждена предварительно выдвинутая гипотеза, что гистограмма распределений интегрального влагосодержания над акваториями Мирового океана может быть аппроксимирована в виде суммы четырех гауссовых функций, причем два крайних пика характеризуют, соответственно, арктические (антарктические) и тропические воздушные массы, а два промежуточных – смесь воздушных масс умеренных широт. Характеристические параметры разложения рассчитаны и представлены в виде непрерывных временных рядов на пятнадцатилетнем интервале, что открывает возможности для их дальнейшего климатологического анализа. Кроме того, полученные разложения обеспечивают реализацию алгоритма морфологического анализа структуры атмосферной циркуляции, в частности, направленного на автоматическое детектирование осей потенциальных АР.
В докладе также рассмотрены новые возможности детектирования АР-подобных явлений над сушей, что связано с использованием радиотепловых поляриметрических измерений и многоканальных измерений вблизи линий сильного поглощения водяным паром. Несмотря на то, что по полноте и точности дистанционные данные об интегральном влагосодержании над сушей существенно уступают данным над океаном, они могут быть использованы для формирования, в первом приближении, целостной картины глобальной атмосферной циркуляции по фактическим спутниковым наблюдениям.