Содержание водяного пара в атмосфере над европейской

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