Лаборатория взаимодействия океана и атмосферы и мониторинга климатических изменений
Лаборатория занимается исследованиями процессов обмена на границе океан-атмосфера и их роли в формировании климата Земли. Энергомассобмен на границе океан-атмосфера формирует аномалии атмосферной циркуляции, существенно влияет на циклоническую активность в атмосфере и, в конечном счете, определяет экстремальные погодные и климатические условия на континентах. Перейти на сайт Лаборатории
Лаборатория ведет очень широкий круг климатических исследований. Наши интересы простираются от глубинных вод океана до стратосферы и от микро-масштабных процессов передачи энергии до анализа экспериментов с глобальными моделями климата. Мы ведем как экспериментальные и диагностические исследования, так и проводим эксперименты с численными моделями океанской и атмосферной циркуляции.
С 1994 года Лабораторией руководит член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор Гулев Сергей Константинович.
В Лаборатории на основе длительных высокоточных наблюдений в субполярной Северной Атлантике и высокоразрешающих расчетов характеристик теплообмена океан-атмосфера обнаружен и физически объяснен новый механизм формирования промежуточных вод Северной Атлантики и возвратного потока Атлантической термохалинной циркуляции. Было установлено, что образование промежуточных вод, формирующих возвратный поток, происходит не только в море Лабрадор, но и в море Ирмингера, где характеристики конвекции достаточно похожи. Причем аномалии потоков тепла океан-атмосфера, определяющие интенсивность конвективных процессов на поверхности в Лабрадорском море и море Ирмингера, связаны с разными модами Северо-Атлантического колебания.
Красные стрелки показывают перенос в верхнем слое системой западных пограничных течений, а также перенос в системе субполярного круговорота. Цилиндры с желтыми стрелками показывают конвекцию в районах Лабрадорского моря и моря Ирмингера. Желтые и зеленые стрелки соответствуют промежуточному и глубинному возвратным потокам. На меридиональном разрезе приведена характерная зонально-осредненная функция тока и результирующая схема меридиональной циркуляции. Перенос вод и тепла на север в верхнем слое осуществляется системой западных пограничных течений, в частности Гольфстримом и Северо-Атлантическим течением в средних широтах.
Исследования изменений климата океана позволяют нам оценивать влияние аномалий океанской циркуляции в Атлантике на формирование и развитие атмосферных среднеширотных циклонических образований и, как следствие, на Европейскую погоду и климат. На рисунке приведена гипотетическая схема влияния Северной Атлантики на климат Европы. В рамках этой схемы аномалии обмена энергией на границе океан-атмосфера, обеспечивающие условия для формирования циклонов, образуются под влиянием изменений меридионального переноса тепла в Атлантике и интенсивности Гольфстрима, а циклоны, распространяющиеся над Северной Атлантикой, переносят тепло и влагу на Европейский континент, где и формируют экстремальные температурные аномалии и осадки.
На карте красным цветом показаны потоки тепла океан-атмосфера. В областях максимального энергообмена над Гольфстримом и морем Лабрадор формируется диабатический нагрев нижних слоев атмосферы. Циклоны, переносящие тепло и влагу на Европейский континент (синий цвет), представлены ведущей модой поля давления в диапазоне 2-6 суток, на Европейском континенте показаны экстремальные осадки 95%-ной повторяемости.
В Лаборатории была создана одна из самых современных методологий оперативной численной идентификации циклонических образований и определения параметров их жизненного цикла. На основе этой методологии и более чем пятидесятилетних глобальных массивов реанализов нами был построен ансамбль глобальных климатологий циклонической активности на Земле. Это в частности позволило обнаружить новый механизм формирования циклонов над акваторией Атлантического океана за счет процессов взаимодействия океана и атмосферы. Этот механизм связан с локальным нагреванием нижних слоев атмосферы над Гольфстримом и регулируется остротой фронта Гольфстрима. Кроме того, была построена модель изменения жизненного цикла циклонов и выноса влаги с Атлантики на Европейский континент. Эта модель позволяет оценивать влияние Атлантики на климат Европы. На основе обработки рядов наблюдений над осадками над Европейским континентом за период с 1900 по 2005 гг., нами было установлено, что происходит существенный рост экстремальных осадков, при этом средние величины меняются слабо. Изменения для Европы составляют 3-5% в десятилетие. Максимальный рост интенсивностей обнаруживают именно сильные и экстремальные осадки, а интенсивность слабых и умеренных осадков убывает.
В лаборатории была создана уникальная база наблюдений за ветром и волнами на поверхности Мирового океана за более чем столетний период. Эти данные составляют основу нашего сегодняшнего знания о штормовой активности в океане. На основе этой климатологии были получены характеристики изменчивости ветрового волнения на поверхности Мирового океана в широком диапазоне масштабов. На основании временных рядов продолжительностью более 100 лет были впервые оценены все основные статистические параметры ветрового волнения, включая экстремальные высоты волн (например, волны 100-летней повторяемости), и выполнены оценки многолетних изменений этих характеристик. Кроме того, было установлено, что в течение последних 50 лет высоты волн в Мировом океане возрастают примерно на 1см в год. Максимальные положительные линейные тренды отмечаются в Центральной Атлантике и северо-восточной части Тихого океана, где обнаружено устойчивое возрастание значимых высот ветровых волн до 1,5 см/год. В Атлантике этот климатический тренд обеспечивается не только ветром, но и волнами зыби. Сотрудниками Лаборатории был обнаружен и физически объяснен механизм роста волн зыби при увеличении частоты циклонов даже без обязательного роста скоростей ветра.
Результаты работ Лаборатории используются в оценках изменений климата Межправительственной группой экспертов по климатическим изменениям, при формировании Морской доктрины Российской Федерации и структуры ряда федеральных целевых программ. В Лаборатории работает 1 доктор и 5 кандидатов наук.
