Конфигурация и эволюция полей скорости ветра в полярных циклонах на основе моделирования с ассимиляцией данных спутниковых скаттерометров

Полярные циклоны — это мезомасштабные атмосферные вихри, которые образуются в полярных областях Земли на свободной ото льда поверхности. Продолжительность существования таких циклонов редко превышает 36 ч., размер циклона не превышает 1000 км, а скорости ветра в зоне воздействия действия циклона могут достигать ураганных значений (больше 33 м/с) и нести опасность для судоходства и береговых сооружений и населения (Rasmussen and Turner, 2003). Одним из основных регионов формирования полярных циклонов является Северо-Европейский бассейн (Баренцево, Норвежское, Гренландское моря), где ежегодно образуется 10 – 30 циклонов в год, а пик активности наблюдается с января по март (Rojo et. al, 2015; Golubkin et al., 2021).
Одним из основных инструментов для изучения полярных циклонов являются атмосферные реанализы (напр., Stoll et al., 2018). Однако из-за недостаточного пространственного разрешения и других факторов часть полярных циклонов не воспроизводится атмосферными реанализами. Кроме того, те циклоны, которые присутствуют в данных реанализов, в большинстве случаев имеют существенно заниженную скорость ветра (напр., Smirnova and Golubkin, 2017). Другим инструментом для изучения полярных циклонов являются спутниковые данные. С их помощью возможно, в частности, как проведение идентификации и мониторинга полярных циклонов (данные спектрорадиометров и инфракрасных радиометров), так и определение скорости и направления ветра в циклонах (данные скаттерометров). Получаемая по спутниковым данным информация о приводном ветре в циклонах более точная, однако, в связи с относительно узкой полосой обзора скаттерометров и конфигурацией орбит спутников, на борту которых они находятся, в течение времени существования какого-либо циклона есть существенные интервалы, когда покрытие циклона отсутствует, что препятствует детальному определению эволюции поля ветра в циклоне.
В данной работе было проведено численное моделирование полярных циклонов атмосферной моделью Weather Research Forecast (WRF) с использованием ньютоновских релаксационных методов ассимиляции данных (nudging). Для ассимиляции использовалась информация о приводном ветре (скорость и направление), полученная по данным скаттерометров ASCAT на борту спутников Metop-A/B, а также данные атмосферного реанализа ERA5. Моделирование было проведено для 50 полярных циклонов с 2013 по 2019 гг, для каждого циклона были получены ежечасные поля скорости ветра. Показано, что эти поля лучше согласуются с данными скаттерометров, чем поля атмосферной модели ERA5. Проведен анализ полей ветра для различных типов полярных циклонов и для различных этапов их жизненного цикла.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 22-27-00701.