Баланс энергии в полярном мезоциклоне над Баренцевым морем

Д. А. Яровая✉, В. В. Ефимов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: darik777@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Цель работы – исследовать влияние морского ледового покрова на интенсивность полярного мезомасштабного циклона, существовавшего 15–16 марта 2021 г. над Баренцевым морем.

Методы и результаты. Для численного исследования циклона использовалась полярная версия мезомасштабной модели WRF. Проведен численный эксперимент, в котором морской лед в расчетной области заменили водой с температурой 271,46 К. Чтобы выявить основные факторы усиления полярного мезомасштабного циклона, использовали уравнение баланса средней по пространству кинетической энергии циклона. Рассмотрены основные составляющие уравнения баланса кинетической энергии: работа силы, обусловленной радиальным градиентом давления, Fpres, влияние адвекции и работа инерционных сил Adv, а также работа силы турбулентного трения Ffric. Получено, что удаление морского льда из расчетной области привело к уменьшению интенсивности полярного мезомасштабного циклона. Проведено количественное сравнение величин Fpres, Adv и Ffric в основном расчете и в эксперименте и показано, что уменьшение интенсивности произошло в основном в результате уменьшения Fpres и Adv.

Выводы. Уменьшение Fpres является следствием того, что в основном расчете северная часть полярного мезомасштабного циклона располагалась над морским льдом и температура приповерхностного воздуха в этой части была на 25–30 ℃ ниже, чем в южной. Удаление морского льда привело к увеличению приповерхностной температуры воздуха на периферии циклона и уменьшению приповерхностного перепада давления между центром и периферией вихря. Уменьшение Adv связано с деформацией циклона в эксперименте, вследствие чего произошло увеличение пульсационной составляющей азимутальной и радиальной скорости. Оба этих фактора и привели к понижению интенсивности полярного мезомасштабного циклона в эксперименте.

Ключевые слова

полярный мезомасштабный циклон, мезомасштабное атмосферное моделирование, численный эксперимент, морской лед, модель WRF, баланс энергии

Благодарности

Работа выполнена в рамках проекта FNNN-2021-0002 «Фундаментальные исследования процессов взаимодействия в системе океан-атмосфера, определяющих региональную пространственно-временную изменчивость природной среды и климата» (шифр «Взаимодействие океана и атмосферы»).

Для цитирования

Яровая Д. А., Ефимов В. В. Баланс энергии в полярном мезоциклоне над Баренцевым морем // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 1. С. 5–20. EDN PCDVHM. doi:10.29039/0233-7584-2023-1-5-20

Iarovaia, D.A. and Efimov, V.V., 2023. Energy Balance in the Polar Mesoscale Cyclone over the Barents Sea. Physical Oceanography, 30(1), pp. 3-17. doi:10.29039/1573-160X-2023-1-3-17

DOI

10.29039/0233-7584-2023-1-5-20

Список литературы

  1. Rasmussen E., Turner J. Polar lows: Mesoscale Weather Systems in the Polar Regions. Cambridge : Cambridge University Press, 2003. 612 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511524974
  2. Polar low tracks over the Nordic Seas: a 14-winter climatic analysis / M. Rojo [et al.] // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2015. Vol. 67, iss. 1. 24660. https://doi.org/10.3402/tellusa.v67.24660
  3. Characteristics of cold-air outbreak events and associated polar mesoscale cyclogenesis over the North Atlantic Region / A. Terpstra [et al.] // Journal of Climate. 2021. Vol. 34, iss. 11. P. 4567–4584. doi:10.1175/JCLI-D-20-0595.1
  4. Kolstad E. W. A global climatology of favourable conditions for polar lows // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 660. P. 1749–1761. doi:10.1002/qj.888
  5. Stoll P. J. A global climatology of polar lows investigated for local differences and wind-shear environments // Weather and Climate Dynamics. 2022. Vol. 3, iss. 2. P. 483–504. https://doi.org/10.5194/wcd-3-483-2022
  6. Michel C., Terpstra A., Spengler T. Polar mesoscale cyclone climatology for the Nordic Seas based on the ERA-Interim // Journal of Climate. 2018. Vol. 31, iss. 6. P. 2511–2532. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0890.1
  7. A climatological study of polar lows in the Nordic Seas / G. Noer [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 660. P. 1762–1772. doi:10.1002/qj.846
  8. Sergeev D., Renfrew I. A., Spengler T. Modification of polar low development by orography and sea ice // Monthly Weather Review. 2018. Vol. 146, iss. 10. P. 3325–3341. doi:10.1175/MWR-D-18-0086.1
  9. Adakudlu M., Barstad I. Impacts of the ice-cover and sea-surface temperature on a polar low over the Nordic seas: a numerical case study // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 660. P. 1716–1730. doi:10.1002/qj.856
  10. Zabolotskikh E. V., Gurvich I. A., Chapron B. New areas of polar lows over the Arctic as a result of the decrease in sea ice extent // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2015. Vol. 51, iss. 9. P. 1021–1033. EDN WTNEGF. doi:10.1134/S0001433815090200
  11. Гурвич И. А., Заболотских Е. В., Пичугин М. К. Особенности мезомасштабного циклогенеза над восточным сектором Евразийской Арктики // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 5. С. 227–237. EDN XAEWWX. doi:10.21046/2070-7401-2016-13-5-227-237
  12. Яровая Д. А., Ефимов В. В. Численные эксперименты по чувствительности полярного мезоциклона над Баренцевым морем к источникам тепла // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 3. С. 243–260. doi:10.22449/0233-7584-2020-3-243-260
  13. Ефимов В. В., Яровая Д. А., Комаровская О. И. Мезомасштабный полярный циклон по спутниковым данным и результатам численного моделирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17, № 1. С. 223–233. EDN GYWGNW. doi:10.21046/2070-7401-2020-17-1-223-233
  14. Яровая Д. А., Ефимов В. В. Развитие мезомасштабного циклона 1–3 сентября 2015 г. по спутниковым данным и результатам численного моделирования // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56, № 6. С. 626–637. EDN JBEQFW. doi:10.31857/S0002351520060115.
  15. Smith R. K., Montgomery M. T., Kilroy G. The generation of kinetic energy in tropical cyclones revisited // Quarterly Journal of the Royal Meterolorological Society. 2018. Vol. 144, iss. 717. P. 2481–2490. https://doi.org/10.1002/qj.3332
  16. Roles of an upper-level cold vortex and low-level baroclinicity in the development of polar lows over the Sea of Japan / U. Shimada [et al.] // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2014. Vol. 66, iss. 1. 24694. doi:10.3402/tellusa.v66.24694
  17. Kinetic energy budget during the genesis period of Tropical Cyclone Durian (2001) in the South China Sea / Y. Wang [et al.] // Monthly Weather Review. 2016. Vol. 144, iss. 8. P. 2831–2854. https://doi.org/10.1175/MWR-D-15-0042.1
  18. Hong S., Noh Y., Dudhia J. A new vertical diffusion package with an explicit treatment of entrainment processes // Monthly Weather Review. 2006. Vol. 134, iss. 9. P. 2318–2341. https://doi.org/10.1175/MWR3199.1

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.