Региональная классификация атмосферных процессов

4.3 Структурные особенности барических полей над районом Баренцева и Карского морей и их связь с характером воздушных потоков данного района

Выявленные особенности в сезонной и межгодовой изменчивости крупномасштабных процессов и характере их проявления в исследуемом районе Арктики на ежедневных картах давления могут отличаться от среднего состояния рассмотренных выше. Каждый элемент макроструктуры циркуляции в определенный момент времени может находиться на той или иной стадии развития, поэтому возникает многообразие макросиноптических процессов, как комплексов элементов макроструктуры. Полученные средние состояния циркуляции за различные периоды осреднения (сезоны, эпохи циркуляции и их стадии) могут иметь значительно больше деталей в исследуемом районе Арктики на ежедневных картах распределения давления. Это указывает на существование большого числа вариантов конкретной реализации общей циркуляции в каждом отдельно взятом районе. именно поэтому и возникла необходимость в создании региональных типов атмосферных процессов, отражающих мезомасштабные особенности в циркуляции атмосферы [6].

При решении этого вопроса всестороннему анализу были подвергнуты, имеющиеся в ААНИИ, массивы ежедневных карт полей приземного и высотного атмосферного давления и осредненные по периодам элементарных синоптических процессов (ЭСП). Карты по ЭСП построены для всей циркумполярной зоны северного полушария за холодный и теплый период с 1970 по 2000 г. Анализируя характер и динамику атмосферных процессов в северной полярной области, удалось уточнить данные, полученные выше и более правильно понять региональные особенности процессов, протекающих над локальными районами Баренцева и Карского морей.

В результате была произведена региональная классификация атмосферных процессов по исследуемому району. За ее основу было принято географическое положение центра определяющего барического образования (циклона или антициклона), обусловливающего конкретный ветровой режим над шельфовой зоной Баренцева и Карского морей.

Первоначально в зависимости от характера процесса все барические поля над исследуемым регионом за 31-летний ряд были условно отнесены к двум группам –циклонической (группа А) и антициклонической (группа Б). Далее в зависимости от конкретного местоположения определяющих барических образований относительно центральной части исследуемого района (циклон или антициклон с севера, с востока, с юга или с запада) были выделены 8 достаточно самостоятельных типов барических ситуаций (рис. 3). Из них для 4 типов определяющим барическим образованием является циклон (ЦнС, ЦнВ, ЦнЮ, ЦнЗ), а для 4 других – антициклон (АцС, АцВ, АцЮ, АцЗ). Для каждого из типов построены средние поля давления (рис. 3), а по всему исследуемому массиву составлен календарный каталог типов для зимнего и летнего сезонов и получены данные о повторяемости групп процессов, о вероятности осуществления взаимных переходов типов барических полей и повторяемости преобладающих направлений воздушных потоков над шельфовой зоной Баренцева и Карского морей для различных типов барических полей (таблицы 4.10 - 4.17).

Остановимся кратко на особенностях выделенных региональных типов атмосферных процессов.

При процессах 1-го типа (ЦнC) определяющее барическое образование (циклон) располагается севернее исследуемого района (см. рисунок 4.3). В связи с таким характером барического поля при данном типе с обеспеченностью 93 % зимой и 100 % летом над акваторией исследуемого района преобладают западные и северо-западные ветровые потоки (таблица 4.12).

Если в летний период данный тип имеет незначительную (таблицы 4.10 - 4.11) повторяемость ¾ 2 %, зато зимой его повторяемость составляет – 16%. Это связано с сезонным усилением интенсивности зональности.

Средняя продолжительность этого типа составляет 3-4 дня, а максимальная особенно зимой до 9 дней (таблица 4.13).

При процессах 2-го типа (ЦнВ) центр определяющего циклона расположен восточнее исследуемого района, в связи с чем он при этом типе с обеспеченностью 100 % и зимой и летом находится под воздействием северных ветровых потоков. Правда, в зависимости от незначительных нюансов барического поля потоки могут быть или ближе к северо-западным, или ближе к северо-восточным.

Повторяемость этого типа повышена летом – 13% и несколько ниже зимой – 9%. Средняя продолжительность этого типа составляет 3-4 дня. Максимальная продолжительность зимой составляет 6 дней, а летом до 11 дней.

При процессах 3-го типа (ЦнЮ) центр определяющего барического поля циклона расположен над континентом, а на севере Баренцева и Карского морей располагается область повышенного давления. При этом типе над акваторией исследуемого моря с обеспеченность 100 % зимой и 97 % летом преобладают восточные ветровые потоки. Причем, чаще над западной частью бассейна они ближе к северо - восточным, а над восточной частью бассейна ближе к юго-восточным.

В среднем этот тип чаще всего осуществляется летом в 12 %, а зимой его повторяемость составляет лишь 5 %. Средняя продолжительность его составляет 3-4 дня, максимальная летом до 9 дней.

При процессах 4-го типа (ЦнЗ) центр определяющего циклона расположен западнее исследуемого района. Поэтому иногда восточная часть региона может находится под воздействием области повышенного давления (см. рисунок 4.3). В связи с этим над акваторией исследуемого бассейна с обеспеченностью 97 % зимой и 96 % летом господствуют юго-западные и южные ветровые потоки.

Данный тип в течение года имеет наибольшую повторяемость по сравнению с другими типами. Так, если летом он осуществляется в 17%, то зимой в 38 % случаев. Средняя продолжительность этого типа составляет 5 дней зимой и 4 дня летом. Максимальная продолжительность зимой может достигать 14 дней, а летом 9 дней.

При процессах 5-го типа (АцC) центр определяющего антициклона расположен севернее исследуемого района, то есть над северными частями Баренцева и Карского морей. На исследуемый район от этого антициклона распространяется гребень высокого давления. При процессах этого типа над акваторией бассейна с обеспеченностью 100 % зимой и 98 % летом преобладают ветровые потоки восточной четверти, чем этот тип сходен с типом ЦнЮ.

Рисунок 4.3 - Типы атмосферных процессов по району Баренцева и Карского морей

Таблица 4.10 - Повторяемость типов барического поля над исследуемым районом, %

Месяц	Тип
	ЦнС	ЦнВ	ЦнЮ	ЦнЗ	группа А	АцС	АцВ	АцЮ	АцЗ	груп-па Б
Зима
Лето

Таблица 4.11 - Сезонная повторяемость групп процессов над районом Баренцева и Карского морей по годам, %

	Зима	Лето
Год	Группа А	Группа Б	Группа А	Группа Б
Всего

Таблица 4.12 - Повторяемость преобладающих направлений воздушных потоков над районом Баренцева и Карского морей при типах барического поля, %

Румб	С	СЗ	З	ЮЗ	Ю	ЮВ	В	СВ
Тип				Зима
ЦнС
ЦнВ
ЦнЮ
ЦнЗ
АцС
АцВ
АцЮ
АцЗ
				Лето
ЦнС
ЦнВ
ЦнЮ
ЦнЗ
АцС
АцВ
АцЮ
АцЗ

Таблица 4.13 - Средняя и максимальная (в скобках) устойчивость типов барического поля над исследуемым районом, сутки

Тип	Степень устойчивости
	Зима	Лето
ЦнС	4 (9)
ЦнВ	3 (6)	4 (11)
ЦнЮ		4 (9)
ЦнЗ	5 (14)	4 (9)
АцС		3 (11)
АцВ	5 (11)	3 (9)
АцЮ	4 (11)	4 (9)
АцЗ		4 (9)

Повторяемость этого типа достаточно высока только летом и составляет 15 %, зимой же этот тип встречается редко около 1 %. Этот тип в оба сезона в среднем сохраняется около 3 дней вне зависимости от сезона, но летом его продолжительность может достигать и 11.

При процессах 6-го типа (АцВ) центр определяющего антициклона расположен восточнее исследуемого района, в связи с чем здесь обеспеченностью 90 % зимой и 84 % летом преобладают ветровые потоки южной четверти.

Повторяемость этого типа и летом и зимой составляет по 10. Средняя устойчивость этого типа составляет 5 дней зимой и 3 дня летом, а максимальная бывает до 9-11 дней.

При процессах 7-го типа (АцЮ) центр определяющего антициклона расположен южнее исследуемого района. При этом типе с обеспеченностью 81 % зимой и 82 % летом над бассейном преобладают западные ветровые потоки. Причем, в западной части исследуемого района они ближе к юго-западным, а в восточной части ближе к северо-западным.

Повторяемость этого типа достаточно высока и составляет летом 12 %, а зимой 17 %. Устойчивость данного типа составляет 4 суток, а максимальная ¾ около 9 - 11 дней.

При процессах 8-го типа (АцЗ) центр определяющего антициклона расположен западнее исследуемого района. Иногда восточная часть бассейна при этом типе находится под влиянием тыловой части уходящего на восток циклона. При этом типе с обеспеченностью 100 % и зимой и летом над акваторией бассейна преобладают северные и северо-западные. По своей сути данный тип ближе всего к циклоническому типу ЦнС.

Летом этот тип процесса осуществляется с самой большой вероятностью из всех типов – 19%, а зимой его повторяемость составляет всего 4 %. Средняя устойчивость данного типа 3-4 дня, а максимальная и только летом до 9 дней.

Таковы основные типы барических полей над регионом шельфовой зоны Баренцева и Карского морей.

Особый интерес представляют данные таблице 4.11, где приведены материалы по сезонной повторяемости не типов, а групп процессов. Анализ этих данных показывает, что зимой в течение 30 - летнего ряда в большинстве случаев (68 %) над исследуемым районом преобладают циклонические процессы (группы А) и лишь в 32 % случаев отмечаются антициклонические процессы (группы Б). Летом картина обратная – в 56 % случаев преобладают антициклонические (группы Б) и в 44 % циклонические процессы (группы А). Эти материалы являются подтверждением сезонной перестройки в характере атмосферных процессов над исследуемом регионом.

Как уже отмечалось выше, в силу целого комплекса факторов в данном районе атмосферные процессы являются исключительно активными и изменчивыми. Это соответственно отражается на изменчивости погодных характеристик и, в частности, ветровом режиме. Данные о природной обеспеченности 8 основных ветровых румбов над исследуемым районом, которые вычислены по исследуемому 30-летнему периоду, приведены в таблица 4.14.

Таблица 4.14 - Природная обеспеченность 8 основных румбов над районом Баренцева и Карского морей, %.

Румб	С	СЗ	З	ЮЗ	Ю	ЮВ	В	СВ
Зима
Лето

Оценка этих данных показывает, что в исследуемом регионе природная обеспеченность для большинства основных румбов невысокая, и подобные материалы не могут быть с должным успехом использованы в практических и научных целях. Это во многом способствовало в необходимости создания региональной классификации атмосферных процессов.

Для каждого регионального типа были вычислены обеспеченности повторяемости направлений ветровых потоков над исследуемым районом при каждом из выделенных типов барического поля.

Как следует из данных таблицы 4.15, обеспеченности повторяемости характерных направлений воздушных потоков с учетом смежных румбов практически при всех типах поля достаточно высоки и составляют 81 ¾ 100 %.

Таблица 4.15 - Типовая обеспеченность 8 основных румбов над районом Баренцева и Карского морей, %

Тип	Направление	Зима	Лето
ЦнС	З
ЦнВ	С
ЦнЮ	В
ЦнЗ	Ю
АцС	В
АцВ	Ю
АцЮ	З
АцЗ	С

Повышение обеспеченности повторяемости направлений воздушных потоков в каждом типе над среднемноголетней повторяемостью указывает на цедесообразность учета региональных типов для практического использования.

При перестройке крупномасштабных атмосферных процессов происходит и смена регионального типа, который, в свою очередь, обусловливает принципиальные изменения погодных характеристик в отдельно взятом районе.

Анализ всех имевших место случаев взаимных переходов от одного типа к другому в разные сезоны года показал, что в течение 30-летнего исследуемого периода целый ряд вариантов преобразований вообще не наблюдался ни разу (“запрещенные” варианты). Из 56 возможных вариантов перестроек зимой реализуется 30 вариантов и 37 - летом.

Таблица 4.16 - Вероятность осуществления взаимных переходов типов барических полей

над райономБаренцева и Карского морей, %

Зима

Исходный тип	Последующий тип
	ЦнС	ЦнВ	ЦнЮ	ЦнЗ	АцС	АцВ	АцЮ	АцЗ
ЦнС	+	13*		55*			18*	14*
ЦнВ	30*	+	10*				15*	15*
ЦнЮ			+			31*	38*
ЦнЗ	34*	14*	16*	+	2*	18*	16*
АцС			100*		+
АцВ				62*		+	38*
АцЮ	20*	20*					+	20*
АцЗ		20*		50*			30*	+
Сезонная пов- торяемость

Лето

Исходный тип	Последующий тип
	ЦнС	ЦнВ	ЦнЮ	ЦнЗ	АцС	АцВ	АцЮ	АцЗ
ЦнС	+	60*		40*
ЦнВ	8*	+		20*	20*		20*	32*
ЦнЮ		24*	+	23*	18*			35*
ЦнЗ		18*		+	21*	11*	25*
АцС		15*	23*		+	22*		22*
АцВ				18*	41*	+	18*
АцЮ				50*		33*	+
АцЗ	12*	19*				19*	19*	+
Сезонная пов- торяемость
Примечание - Звездочкой отмечены преобразования, вероятность которых превышает уровень сезонной повторяемости.

Вероятности возможных преобразований барических полей над акваторией исследуемого района в зимний и летний сезоны представлены в таблице 4.16. Варианты перестроек барических полей от типа к типу имеют определенное синоптическое значение.

Так, к примеру, тип АцС зимой в 100 % случаев преобразовывается в тип ЦнЮ, или тип АцВ зимой с вероятностью 62% сменяется типом ЦнЗ. Смена типов обусловлена тем, что если в первом случае циклон с юга разрушает или вытесняет гребень высокого давления с севера, то во втором случае выходящий с запада циклон закономерно разрушает или вытесняет на восток антициклон с исследуемого района и т. д.

Главный вывод из анализа представленного материала состоит в том, что процесс преобразований типов барических полей над исследуемым районом нельзя рассматривать как случайную последовательность типов.

Логика таких преобразований выявляется более четко, если учесть, что каждое из типовых барических положений является этапом определенной стадии развития непрерывного крупномасштабного атмосферного процесса.

Совместное использование данных таблиц 4.12, 4.15, 4.16 позволяет с определенной обеспеченностью оперативно, наряду с другими показателями, оценивать ожидаемый переход преобладающих потоков над исследуемым морем при различном преобразовании типов барического поля.

Так, например, из таблицы 4.11 видно, что в исходном типе барического поля ¾ ЦнС в 92 % случаев над бассейном исследуемого района преобладают западные и северо-западные переносы. Одновременно можно заключить и другое, что при переходах данного типа (к примеру, зимой) к таким типам, как ЦнВ, АцЮ и АцЗ, не произойдет принципиальной смены направления воздушных переносов. При указанных типах по-прежнему сохранятся ветры близких к указанным направлениям.

Таблица 4.17 - Вероятность преобразования типов процессов в группы А и Б по району Баренцева и Карского морей

Зима

Исходный тип	Группа А	Группа Б
ЦнС
ЦнВ
ЦнЮ
ЦнЗ
АцС
АцВ
АцЮ
АцЗ

Лето

Исходный тип	Группа А	Группа Б
ЦнС
ЦнВ
ЦнЮ
ЦнЗ
АцС
АцВ
АцЮ
АцЗ

В то же время из таблицы 4.16 видно, что суммарная вероятность перехода типа ЦнС в эти три типа составляет 45 %. Резкая же смена направления переносов над бассейном исследуемого района происходит при переходах исходного типа (ЦнС) в типы ЦнЗ, ЦнЮ, АцС и АцВ. Суммарная вероятность такого перехода составляет 55 %. Аналогичные подсчеты легко выполняются для любого варианта преобразования типов.

Кроме описанных результатов (в вопросе взаимных преобразований типов процессов) дополнительно получены и более обобщенные материалы - о вероятности перехода каждого типа в группы процессов (А или Б) в различные сезоны года.

Из таблицы 4.17, в которой представлены эти материалы, следует, что зимой почти все типы (кроме типа ЦнЮ) в среднем с вероятностью 73 % преобразовываются в процессы группы А, а летом прочти все типы (кроме типа ЦнС) с вероятностью 58 % преобразовываются в процессы группы Б.

Этот результат весьма важен в прогностическом значении, он по существу отражает сезонную особенность региональной циркуляции, о чем говорилось выше.