Международная конференция, посвященная памяти академика А. М. Обухова «ТУРБУЛЕНТНОСТЬ, ДИНАМИКА АТМОСФЕРЫ И КЛИМАТА» 13-16 мая 2013 года Содержание водяного пара в атмосфере над европейской территорией России в условиях блокирующего антициклона летом 2010 года Ситнов С.А., Мохов И.И. Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН Москва 1 Водяной пар в атмосфере • составная часть кругооборота воды в природе • ключевой элемент земной климатической системы ----------------------------------------------------------------------------------------------------------• N2, O2, Ar, Н2О, CO2 … • главный парниковый газ атмосферы • причина осадков, облакообразования • фазовые превращения, перенос скрытого тепла ----------------------------------------------------------------------------------------------------------• Н0 ~ 2 км 1000-500 гПа 1981-2009 гг. кг/м2 • τ ~ 10 суток • изменчив (~0.5-4 % по объему) • выраженная широтная зависимость • выраженная сезонная зависимость 1 кг/м2=1 мм Лето Зима кг/м2 NCEP/NCAR реанализ 2 Мотивация работы ЕТР, лето 2010 г. → жара → засуха → пожары Центр ЕТР Массовые пожары в центре ЕТР 23 июля -16 августа 2010 г. 6% территории – 60% пожаров Москва: W лето 2010 >> W Эмиссия Н2О при горении биомассы лето 2002 - испарение химически не связанной воды (Горчакова, Мохов. Изв. РАН ФАО 2012. №5) - образование в результате химических реакций 4C6H9O4 + 25O2 → 18 H2O + 24CO2 + 11.6 x109 Дж 4 молек CO2 – 3 молек H2O Данные и их источники Спутниковые данные 3 (анализ пространственно-временной эволюции водяного пара) Спектрометры MODIS, 0.4-14.4 мкм, swath 2330 км, Terra (↓ 10:30), Aqua (↑ 13:30), H~700 км, Т=98 мин, i=98° Общее влагосодержание (W), L3, V.5.1 W: БИК (0.86-1.24 мкм, λH2O=0.94 мкм ), день, 5-10% LAADS Web (http://ladsweb.nascom.nasa.gov) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Вертикальное распределение водяного пара, 9-85 км (MLS, 190 GHz, L2, V3.3) http://gdata1.sci.gsfc.nasa.gov (сервер Giovanni) Местоположения очагов горения (MODIS, active fires/hotspots data) http://firefly.geog.umd.edu Аэрозольная оптическая толща (MODIS, 0.55 мкм, L3, V5) LAADS Web (http://ladsweb.nascom.nasa.gov) Содержание СО в атмосферном столбе (MOPITT, TIR/NIR product, L3, V5) l4ftl01.larc.nasa.gov Дополнительно ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Аэрологическая информация (валидация данных гПа) University of Wyoming (http://weather.uwyo/uppeair ) Данные NCEP/NCAR реанализа W MODIS; поля ветра на уровнях 925, 850, 700, 500 (валидация результатов; http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html блокинг 1972 vs. блокинг 2010) Аэрологические станции N 70 Валидация данных общего влагосодержания MODIS данными радиозондирования 4 Каргополь 60 Рязань Воронеж 50 Минеральные Воды 40 r= 0.83-0.90 2010 г. 15 25 35 45 55 65 E 5 Многолетнее пространственное распределение водяного пара над ЕТР в периоды 23 июля-16 августа 2000-2009 гг. N ЕТР ~ 3.6 млн. км2 ΔW = −0.4 мм / 100 км Δy E меньше H2O больше MODIS (Aqua, Terra) N Аномалии общего влагосодержания в период с 23 июля по 16 августа 2010 г. 6 ЕE Ветер на уровне 700 гПа MODIS (Aqua, Terra), радиозондирование Аномалии W, CO, τ0.55 и очаги действующих пожаров 1-я декада августа 2010 г. N 7 Средние аномалии общего влагосодержания и вектора результирующего ветра на уровне 700 гПа 10 м/с E ∆W, см 40°Е-45°Е : ΔW = + 1 мм / 100 км Δy MODIS / MOPITT / радиозондирование 8 Высотное распределение Н2О над ЕТР в июле-августе 2010 года Каргополь Аэрологические станции 70 Каргополь 60 Рязань Рязань Воронеж 50 Минеральные Воды 40 25 15 45 35 55 65 Воронеж Изменение Н2О в тропосфере первой декаде августа 2010 (в % к среднему содержанию в июле-августе 2010) Каргополь Рязань Воронеж Минеральные Воды 5-10 км +47 -1 -26 -39 2-5 км +43 +5 +5 -29 0-2 км +23 -9 -16 -26 Слой Аэрологическое радиозондирование Минеральные Воды Первая декада августа - обращение Δm/Δу в тропосфере 9 300 гПа Аномалии удельной влажности Δq на разных уровнях в тропосфере и аномалии общего влагосодержания ΔW 2-10 августа 2010 г. 500 гПа Δq 700 гПа ΔW MODIS (Aqua, Terra) % +70% 850 гПа -45% 925 гПа ∆W, см 1000 гПа NCEP/NCAR реанализ Аномалии водяного пара при атмосферных блокированиях 1972 г. и 2010 г. 21-27 августа 1972 г. - (21-27 августа 1962-1971 гг.) 10 2-10 августа 2010 г. - (2-10 августа 2000-2009 гг.) 2010 vs. 1972 H700 2010 – H700 1972 ~ 40 гп.м. сдвиг центра АЦ в 2010 ~ 450 км к NW циклон над Балтикой в 1972 Различия динамических картин ↓ различия распределений Н2О Δq % Δq 700 гПа = 0.3 г/кг Δq 1000 гПа = 1.2 г/кг Средние по территории 40-70N, 15-65E NCEP/NCAR реанализ Области сбора данных MLS 11 70 Изменения Н2О в стратосфере и мезосфере Каргополь 60 Рязань Воронеж 50 Минеральные Воды 40 15 p, гПа Север ЕТР Юг ЕТР 63N; 43E 45N; 43E 25 35 45 55 65 ~ Z, км 80 > 50 > 30 область тропопаузы → ≤ > 10 Microwave Limb Sounder Выводы В период летнего блокирования 2010 г. в атмосфере над ЕТР отмечалось аномальное пространственное распределение ВП. Избыток влаги (+71%) отмечался на севере региона, а ее дефицит (-45%) – на юге ЕТР. Аномальное распределение ВП было связано с особенностями режимов испарения и адвективного переноса ВП системой ветров блокирующего антициклона Усиление и ослабление антициклонической циркуляции сопровождалось (соответственно) усилением и ослаблением адвекции ВП на север ЕТР вдоль западной и северной периферии антициклона, что приводило к увеличению и уменьшению среднего регионального влагосодержания Действие механизмов, ответственных за особенности пространственного распределения ВП в первую декаду августа 2010 г. распространялось на всю тропосферу Пространственные распределения ВП над ЕТР в периоды летних блокирований 1972 и 2010 годов характеризовались качественным сходством. Вместе с тем в пограничном слое атмосферы среднее региональное влагосодержание в 2010 г. существенно превышало влагосодержание в 1972 г. Максимальные различия отмечались в приземном слое атмосферы и достигали 1.2 г/кг (13%) Спасибо за внимание