ИСТИНА

Значительная часть опасных явлений погоды, вызывающих серьезный ущерб и гибель людей, связана с мезомасштабными атмосферными процессами, характерные горизонтальные размеры которых колеблются в пределах 10 – 100 км, а «время жизни», как правило, не превышает одни сутки. Очень ярко эти процессы проявляются на орографически неоднородных побережьях теплых морей и океанов, вследствие совместного действия конвективной неустойчивости над теплой поверхностью и динамического воздействия рельефа. Из-за сравнительно малых пространственно-временных масштабов конвективные процессы гористых побережий изучены достаточно плохо, и как правило, плохо воспроизводятся глобальными моделями прогноза погоды. С другой стороны, представляет интерес оценка повторяемости и интенсивности этих явлений в условиях меняющегося глобального климата: в частности, в конце 21 века согласно сценариям IPCC. Целью данного проекта является количественная оценка физических факторов экстремальных осадков на южном побережье Каспийского моря, среди которых величина потенциальной энергии конвекции (CAPE) и турбулентный энергообмен при различных граничных условиях (прежде всего, значениях температуры поверхности океана), а также динамическое влияние рельефа, выражающегося в конвергенции течений на наветренных склонах. Также предполагается выявление статистических связей между параметрами, характеризующими опасные мезомасштабные системы, и крупномасштабными характеристиками атмосферной циркуляции. Весьма эффективным инструментом для изучения таких процессов являются мезомасштабные атмосферные модели, среди которых одной из наиболее развитых и популярных является модель WRF, которая и будет использоваться в рамках данного проекта. Полученные результаты могут быть использованы для улучшения прогноза этих явлений, а также снижения рисков их негативных последствий путем учета фактора глобального потепления в краткосрочных климатических прогнозах.

Much of the dangerous weather phenomena that cause serious damage and loss of life is associated with mesoscale atmospheric processes, the typical horizontal dimensions of which range from 10 to 100 km, and the "lifetime", as a rule, does not exceed one day. Very clearly, these processes are manifested on orographically inhomogeneous coasts of warm seas and oceans, due to the combined effect of convective instability over a warm surface and the dynamic impact of the relief. Due to comparatively small space-time scales, the convective processes of mountainous coasts are poorly studied, and as a rule, they are poorly reproduced by global weather forecast models. On the other hand, it is of interest to estimate the frequency and intensity of these phenomena in a changing global climate: in particular, at the end of the 21st century, according to IPCC scenarios. The goal of this project is to quantify the physical factors of extreme precipitation on the southern coast of the Caspian Sea, including the potential energy of convection (CAPE) and turbulent energy exchange under various boundary conditions (primarily ocean surface temperatures), as well as the dynamic impact of the relief, expressed in Convergence of currents on the windward slopes. It is also proposed to identify statistical relationships between the parameters characterizing dangerous mesoscale systems and large-scale characteristics of atmospheric circulation. A very effective tool for studying such processes are mesoscale atmospheric models, among which one of the most developed and popular is the WRF model, which will be used in this project. The obtained results can be used to improve the prognosis of these phenomena, as well as to reduce the risks of their negative consequences by taking into account the global warming factor in short-term climate forecasts.

На основе многочисленных тестовых экспериментов будет подобрана конфигурация модели WRF-AWR, наиболее удачная для воспроизведения экстремальных осадков; предполагается сравнение результатов экспериментов с натурными данными; Предполагается получить оценки качества численного моделирования экстремальных осадков на каспийском побережье Ирана с помощью модели WRF по результатам двух экспериментов: с температурой поверхности океана (ТПО), задаваемой по данным NASA, и с расчетной ТПО; оценки будут выполнены на основе сравнения со станционными и спутниковыми данными Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Планируется оценить принципиальную возможность установления статистической связи между физическими параметрами, характеризующими мезомасштабные системы, вызывающие экстремальные осадки, и характеристиками крупномасштабной динамики атмосферы На основе «даунскейлинга» данных CMIP-5 с помощью модели WRF с российской стороны и совместной модели «WRF+озеро» с иранской планируется выполнить численное моделирование отдельных зимних сезонов конца 21 века, оценив таким образом отклик повторяемости и интенсивности экстремальных осадков на меняющийся глобальный климат

Участниками накоплен опыт численного моделирования мезомасштабных процессов, с помощью моделей WRF-ARW и COSMO. В работах, предшествующих данному проекту, подведены итоги экспериментов по подбору конфигурации модели для задачи новороссийской боры (например, [Торопов,Шестакова,2014], см. ниже «список основных работ коллектива»). Однако, как и конвективные процессы, оно является мезомасштабным и требует подбора определенных параметризаций. Оценивалось влияние на результат воспроизведения поля ветра горизонтального разрешения модели, порядка дискретизации адвективных членов , параметризации микрофизики облаков, и параметризации погранслоя. Оказалось, что для новороссийской боры самая удачная конфигурация следующая: горизонтальное разрешение - 1 км, число вертикальных уровней - 40, порядок дескретизации адвективных членов - 4, параметризация микрофизики облаков - Томсона, параметризация погранслоя MYNN уровня 2.5. Именно в такой конфигурации модель WRF наиболее успешно воспроизводит новороссийскую бору. Оценка точности прогноза скорости ветра показала, что ошибки модели с 70%-й вероятностью лежат в пределах ±5 м/с. Такие значения ошибок практически соответствуют интервалу допусков, рекомендованных Росгидрометом [Наставление,…2009] для прогноза скорости ветра на сутки (прогноз дается обычно в интервале 5 м/с, а допустимой ошибкой считаются отклонения от минимальной и максимальной границы интервала на ±2 м/с). Таким образом, результаты воспроизведения скорости ветра при боре моделью WRF-ARW можно считать удовлетворительными, хотя максимальные значения ошибок в точках станций могут достигать 20 м/с. Важно то, что распределение ошибок для всех экспериментов близко к нормальному с модой около 0 м/с [Торопов, Шестакова, 2013; 2014]. Это позволяет сформулировать вероятностный прогноз возможных вариаций скорости ветра при боре, основываясь на результатах численного моделирования WRF-ARW.