Том 59, № 6 (2023)

Для выделения режимов крупномасштабной атмосферной циркуляции (погодных режимов) используются различные методы кластерного анализа. В статье приведено сравнение четырех, наиболее часто используемых методов – k-means (KM), иерархической кластеризации Уорда (HW), модели Гауссовой смеси (GM) и самоорганизующихся карт Кохонена (SOM) на примере выделения погодных режимов в Евро-Атлантическом секторе. Использовались данные реанализа ERA5 для высоты геопотенциала на уровне 500 гПа (z500) для периода 1940–2022 гг. Для зимних месяцев методом KM выделялись четыре классических для Евро-Атлантики погодных режима – два режима, ассоциированные с положительной и отрицательной фазами Североатлантического колебания (NAO+ и NAO–), режим Скандинавского блокинга (SB) и режим, характеризующийся повышенным давлением над Северной Атлантикой. Для летних месяцев методом KM выделены режимы, похожие по пространственной структуре на зимние. Методом SOM выделяются режимы, практически неотличимые от режимов, полученных методом KM. В отличие от KM и SOM, методами HW и GM выделены режимы, характерная пространственная структура которых не полностью совпадает с четырьмя классическими зимними режимами в Евро-Атлантике и их летними аналогами. Режимами, полученными методами HW и GM, объясняется меньшая доля дисперсии z500, для них отличаются особенности переходов, относительные повторяемости и характерные продолжительности, а летние режимы меньше похожи на зимние по сравнению с режимами, полученными методом KM. Средние коэффициенты пространственной корреляции между характерными полями аналогичных режимов, детектированных методами KM и HW, составили 0.76 для зимы и 0.83 для лета, методами KM и GM – 0.70 для зимы и 0.72 для лета, методами HW GM – 0.41 и 0.44 соответственно. При использовании некоторых методов кластеризации выявлены статистически значимые тренды сезонной повторяемости режимов – положительный тренд “NAO+” и отрицательный тренд “NAO–”.

На основе данных реанализа ERA5 получены даты весенних и осенних перестроек стратосферной циркуляции на изобарических поверхностях 30, 20 и 10 гПа в широтной зоне 30–90° с.ш. в период 1979–2020 гг. Из 42 случаев весенней перестройки к ранним относятся 10, к средним 15 и поздним 17. Разброс в датах весенних перестроек на поверхности 10 гПа составляет 69 дней. Наиболее часто весенняя перестройка циркуляции происходит сверху вниз, в отдельные годы задержка весенней перестройки на поверхности 30 гПа относительно поверхности 10 гПа достигает 22–25 дней. Осенние перестройки происходят снизу вверх и их сроки на 3-х рассматриваемых уровнях близки между собой. Показана связь сроков весенней перестройки стратосферной циркуляции с солнечной активностью и большими внезапными зимними стратосферными потеплениями. Анализ полей аномалий суточных значений температуры и зональной скорости ветра в слое 1000-1 гПа в период январь–май показал на их существенное пространственно-временное различие в случае ранних и поздних весенних перестроек. Так, очаги положительных аномалий температуры и скорости ветра формируются вначале в верхней стратосфере, а затем смещаются сверху вниз. Рассмотрены взаимосвязи между слоями атмосферы в различные сезоны.

По данным мониторинга оптических и микрофизических характеристик дымового аэрозоля на станцияхAERONET во время массовых лесных пожаров летом 2019 г. на Аляске обнаружено аномальное селективное поглощение дымового аэрозоля в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне спектра от 440 до 1020 нм. При аномальном селективном поглощении мнимая часть коэффициента преломления дымового аэрозоля достигала 0.315 на длине волны 1020 нм. Предложена степенная аппроксимация спектральных зависимостей мнимой части коэффициента преломления при аномальном селективном поглощении с показателями степени от 0.26 до 2.35. Показано, что при аномальном селективном поглощении применимы известные степенные аппроксимации спектральных зависимостей аэрозольных оптических толщин ослабления и поглощения с показателями Ангстрема от 0.96 до 1.65 для аэрозольной оптической толщины ослабления и от –0.89 до 0.97 для аэрозольной оптической толщины поглощения, которая достигала 0.72. Альбедо однократного рассеяния на длине волны 440 нм варьировало в пределах от 0.62 до 0.96. В распределении частиц дымового аэрозоля по размерам при аномальном селективном поглощении доминировала тонкодисперсная фракция частиц. Отмечено сходство оптических и микрофизических характеристик фракции частиц дымового аэрозоля с аномальным селективным поглощением с обнаруженной методом электронной микроскопии в дымовом аэрозоле фракции “смоляных шариков” (tar balls), которые, по видимому, возникают при конденсации (полимеризации) паров терпенов и их кислородосодержащих производных. Сопоставлены экстремальные значения представленных на сайте AERONET аэрозольного радиационного форсинга на верхней границе атмосферы для аномального селективного поглощения и при пожарах в саванне.

Представлены результаты траекторного анализа данных девятилетних измерений (2013–2021 гг.) концентрации органического (OC) и элементарного (EC) аэрозольного углерода, выполненных на станции атмосферного мониторинга вблизи Санкт-Петербурга (Петергоф, 59.88° с.ш., 29.83° в.д.). Пространственное расположение источников углеродосодержащих частиц аэрозоля оценивалось методом концентрационно-взвешенных траекторий (CWT – concentration weighted trajectory) в географической области 16°–44° в.д. × 48°–68° с.ш. Полученные данные позволяют выделить территории с наиболее сильными эмиссиями органического и элементарного углерода и оценить сезонную изменчивость этих эмиссий. В частности, полученные оценки показывают, что наиболее интенсивные источники органического и элементарного аэрозольного углерода в исследуемом регионе расположены в междуречье Волги и Оки и на прилегающих территориях. Продемонстрировано, что коэффициенты линейной регрессии между значениями CWT функций органического и элементарного углерода различаются для разных регионов и сезонов и указывают на преобладающий тип источников углеродсодержащих аэрозольных частиц.

По результатам прямого численного моделирования нерегулярных нелинейных волн на поверхности глубокой воды в рамках трехмерных потенциальных уравнений гидродинамики определены вклады различных волновых компонент (второй, третьей и разностной гармоник) в формирование распределений вероятностей высот экстремальных волн, а также амплитуд гребней и ложбин. Проанализированы результаты моделирования с учетом 4- и 5-волновых нелинейных взаимодействий. Разные нелинейные гармоники участвуют в формировании распределений вероятностей сложным образом, существенно не поддающимся принципам линейного сложения и упорядочивания вклада по малому параметру нелинейности.