Метеорологические системы высоких широт

25.07.2007 16:00

По отношению к основным траекториям штормов в северном и южном полушариях Арктика и Антарктика расположены по сторону полюсов, и на картах приземного давления на среднем уровне моря в этих видны климатологические антициклоны. Тем не менее, следует проявлять осторожность в расчётах атмосферного давления на среднем уровне моря при использовании измерений, сделанных в возвышенных частях Антарктики и Гренландии. Метеорологические условия на полюсах различны, так как Северный полюс расположен над Северным Ледовитым океаном, в то время как Южный полюс находится на высоком антарктическом плато.

В северном полушарии из-за мощных горных цепей Гималаев и Скалистых гор тропосферный поток является в высокой степени меридиональным, и многие метеорологические системы достигают высоких широт и порой пересекают Северный Ледовитый океан. С другой стороны, в южном полушарии присутствует незначительное количество крупных и высоких горных массивов, поэтому депрессии здесь перемещаются по более зональной траектории, и их постепенное движение по спирали происходит только по направлению к прибрежным районам Антарктики. Тот факт, что Антарктика состоит из большой высокой массы льда, сосредоточенной около Южного полюса, оказывает большое воздействие на атмосферную циркуляцию в южном полушарии. Депрессии, передвигающиеся к югу из средних широт, имеют тенденцию замедляться или изменять свою траекторию в прибрежных районах Антарктики на восточное направление, по мере того как они наталкиваются на крутые горы. Поэтому на внутренней частью Антарктики присутствуют лишь несколько активных депрессий, хотя некоторые депрессии достигают станций «Купол-С», «Южный полюс» или даже «Восток», где средний тропосферный поток ещё более меридиональный. Это, похоже, происходит по причине естественной изменчивости климата и может быть выявлено на внутренних станциях по внезапному и быстрому повышению температуры, присутствию облаков и эпизодическим умеренным осадкам, выпадающим на так называемую холодную пустыню.

Прибрежные районы Антарктики между 60 и 70° ю.ш. являются «гнездом» для множества активных депрессий менее масштабных областей низкого давления. Наличие такого количества штормов означает, что атмосферное давление там низкое, и эта область известна как циркумполярная ложбина. В Арктике, где орографические условия отличны, аналогичного феномена не существует.

Полярные области низкого давления

Мезомасштабные полярные области низкого давления называли самыми разнообразными именами, включая: арктический ураган, арктическая бомба, арктическая нестабильная область низкого давления с холодным воздухом, облачная запятая и полярный мезоциклон. 

Изучение полярных областей низкого давления началось в конце 1960-х годов с появлением спутниковых изображений, однако эти исследования были ограничены из-за нехватки наблюдений в точке, поскольку области низкого давления редко проходили над синоптическими наблюдательными станциями. Ранние исследования на базе моделирования зачастую не приводили к адекватному отображению систем из-за недостаточного масштаба и плохой параметризации некоторых ключевых физических процессов, таких как глубокая конвекция. В последнее время был достигнут значительный прогресс в понимании этих систем благодаря проведению кампаний, в ходе которых специально выделенные летательные аппараты осуществляют пролет через области низкого давления, а также благодаря исследованиям с использованием множественных источников спутниковых данных, проведению экспериментов с высокой разрешающей способностью и моделированию ограниченных областей.

В конце 1960-х/начале 1970-х годов не было единого мнения на счет того, формировались ли полярные области низкого давления и углублялись ли таким же образом, как депрессии средних широт на горизонтальных градиентах температуры, или же они, наподобие ураганов, были связаны в основном с мощными кучево-дождевыми облаками. Сегодня мы знаем, что существует спектр отклонений с диапазоном от довольно-таки редких мелкомасштабных депрессий, формирующихся на небольших температурных градиентах, с фронтальной структурой, похожей на небольшой циклон средних широт, до таких систем, которым присуще большое количество мощных кучево-дождевых облаков.

Полярные области низкого давления были впервые исследованы в районе Норвежского и Баренцева морей, где эти системы влияли на жизнь прибрежных общин Норвегии и являлись причиной некоторых из самых обильных снегопадов над Соединённым Королевством. Однако, когда изображения со спутника стали более доступными, полярные области низкого давления были выявлены и в других частях Арктики, где существуют большие разницы температур воздуха и моря, в том числе в проливе Дейвиса/море Лабрадор, заливе Аляска и Беринговом море, море Бофорта, к северу от российских берегов, в северо-западной части Тихого океана, Японском море, прилегающих областях.

Хотя некоторые полярные области низкого давления были обнаружены в Антарктике, они формируются преимущественно на небольших горизонтальных температурных градиентах, поскольку в высоких южных широтах нет глубокой конвекции. Такая ситуация возникает в силу того, что океаническая ситуация в южном полушарии вносит гораздо более зональный характер, чем к северу от экватора, и теплые массы воды не достигают побережья Антарктики. Большие разницы температур воздуха и моря могут иметься в прибрежных полыньях (свободных ото льда областях внутри паковых льдов), но движение воздуха через эти области довольно непродолжительное, поэтому для формирования полярных областей низкого давления не хватает времени.

Самые интенсивные метеорологические системы в Арктике недолговечны - обычно продолжительностью менее 24 часов. Полярные области низкого давления в Арктике являются в основном зимним сезонным явлением. Большинство активных полярных областей низкого давления имеют горизонтальную шкалу в 400-600км, хотя конвективные системы могут иметь внутренние вихри меньшего размера.

Полярные области низкого давления являются частью обширной категории возмущений, известных как полярные мезоциклы, и включающие множество мелких вихрей, наблюдаемых на спутниковых изображениях полярных регионов.

По своему определению, полярная область низкого давления должна иметь скорость приземного ветра 17 м/с или выше. Полярные области низкого давления приносят самую плохую погоду на арктические прибрежные и островные территории и поданным наблюдений могут иметь скорость ветра до 33м/с. Они могут представлять большую опасность, как для морских операций, так и для нефтегазовых, поисково-разведочных и добывающих платформ.

В Антарктике разница между температурой воздуха и моря гораздо меньше, чем в Арктике, и рядом с побережьем континента или на широте циркумполярной ложбины нет глубокой конвекции. Таким образом, формирующиеся полярные области низкого давления обычно можно обнаружить на незначительных горизонтальных температурных градиентах, хотя на спутниковых изображениях можно увидеть много небольших полярных мезоциклонов.

Отдельные полярные области низкого давления важны для прогнозирования погоды в обоих полярных регионах, но до сих пор остаётся невыясненным, важны ли они с точки зрения климатологии. При большой разнице температур воздуха и моря, связанной с полярными областями низкого давления, в сочетании с высокими скоростями приземного ветра были зарегистрированы приземные тепловые потоки, достигающей 1000 Вт/кв.м, хотя в одном конкретном месте за один сезон таких систем встречается немного. Был поставлен вопрос, могут ли многочисленные мелкие вихри в высоких широтах в совокупности привести к достаточной теплопотере с поверхности океана, чтобы вызвать нисходящую конвекцию, способную повлиять на термогалинную циркуляцию, которая приводится в движение разницей в плотности океанских вод, обусловленной градиентами температур и солености. На этот вопрос можно ответить лишь с помощью модельных экспериментов, которые проводятся в настоящее время.

По материалам Всемирной метеорологической организации

---