Динамика атмосферного пограничного слоя над морским льдом в Арктике

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-77-10072

НазваниеДинамика атмосферного пограничного слоя над морским льдом в Арктике

Руководитель Чечин Дмитрий Геннадьевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-604 - Атмосферный пограничный слой

Ключевые слова атмосферный пограничный слой, климат Арктики, параметризация турбулентного энергообмена атмосферы и океана, морской лед

Код ГРНТИ37.21.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние два десятилетия наблюдается стремительное сокращение ледяного покрова в Арктике, а также увеличение приземной температуры воздуха. Изменения климата в Арктике, во-первых, влияют на погоду и климат средних широт, в том числе на повторяемость экстремальных явлений, а во-вторых, создают перспективы активного хозяйственного освоения региона, что включает развитие навигации вдоль Северного Морского Пути, добычу полезных ископаемых. В связи с этим, оценки будущих изменений климата, а также прогноз погоды в Арктике имеют важнейшее значений. Основным инструментом как построения климатических проекций, так и оперативного прогноза погоды является численное моделирование. Проект имеет своей конечной целью развитие численных моделей атмосферы и понимание ключевых процессов в климатической системе Арктики. Решение задач проекта приведет к уменьшению неопределенности оценок изменений климата и повысит точность прогноза погоды в Арктике, сделает численные модели более надежными инструментами исследования климатических и физических процессов в Арктике. Конкретные задачи проекта следующие: 1. Количественная оценка роли различных факторов влияющих на динамику атмосферного пограничного слоя и термический режим над Морским льдом в Арктике, исследование особенностей энергообмена атмосферы, морского льда и океана в Арктике. 2. Получение аналитических и эмпирических зависимостей температуры воздуха и поверхности морского льда, а также стратификации в пограничном слое от таких факторов как: скорость ветра, сплоченность морского льда, балл облачности, адвекция тепла и влаги. 3. Выявление недостатков и развитие параметризаций турбулентного обмена над морским льдом в Арктике. 4. Создание измерительного комплекса на базе беспилотного летательного аппарата для измерений турбулентных пульсаций компонент скорости ветра и температуры воздуха в пограничном слое в Арктике. Решение задач будет опираться на анализ данных наблюдений, аналитическое и численное моделирование, а также разработку новых измерительных средств. Методы и подходы к решению задач: 1. Статистический анализ больших массивов наблюдений на дрейфующих станциях «Северный Полюс-35,37,38,39» (СП), действовавших в период с 2007 по 2012 гг. Корреляционный анализ связи температуры воздуха и разности температур между воздухом и поверхностью и балла облачности, скорости ветра, баланса длинноволновой радиации, адвекции тепла и влаги. Также будут привлечены данные аэростатного, микроволнового и радиозондирования. 2. Разработка аналитической совместной модели атмосферного пограничного слоя и морского льда, описывающей эволюцию атмосферного пограничного слоя при выхолаживании при ясном небе; верификация и уточнение аналитической модели на основе сравнения решений с результатами численного моделирования и данными наблюдений 3. Использование пульсационных измерений, полученных с помощью акустического анемометра, работавшего на станции «СП-39» для оценки адекватности широко используемых в численных моделях атмосферы универсальных функций устойчивости и параметризаций параметра шероховатости; 4. Численное моделирование наблюдавшихся случаев выхолаживания при ясном небе и случаев со сплошным облачным покровом над морским льдом в период полярной ночи с помощью региональной численной модели атмосферы WRF; оценка членов уравнения притока тепла в пограничном слое и уравнения теплового баланса на поверхности; использование данных аэростатного зондирования и самолетных наблюдений для оценки адекватности параметризаций турбулентного обмена. 5. Использование разрабатываемого измерительного комплекса на базе беспилотного летательного аппарата для измерений турбулентных пульсаций в пограничном слое в Арктике и применение данных наблюдений для разработки параметризаций турбулентного обмена. Осуществимость решения задач проекта основана на использовании больших массивов уникальных данных наблюдений в Артике, которые отличаются высоким пространственно-временным разрешением, особенно в пограничном слое, которое ранее было не доступно при использовании стандартных метеонаблюдений и данных радиозондирования. Более того, в исследовании в дополнение к анализу данных наблюдений будет использовано сочетание аналитического и численного моделирования. Такой комплексный подход обеспечивает получение принципиально новых результатов. Научная новизна исследование связана с постановкой задач, ранее практически не решавшихся, таких как исследование влияния разводий на термический режим в пограничном слое, а также систематическое исследование влияния скорости ветра на термический режим. Кроме того, исследование будет опираться на разрабатываемую новую аналитическую модель, которая будет представлена впервые. Также, исследование предусматривает создание комплекса для измерения турбулентных пульсаций на базе беспилотного летательного аппарата, который имеет лишь немного аналогов в мире и позволит получать данные наблюдений с невозможной ранее пространственной детальностью, необходимой для развития параметризаций турбулентного обмена, в особенности над неоднородной подстилающей поверхностью.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Махотина И.А., Макштас А.П., Чечин Д.Г. Meteorological winter conditons in the Central Arctic according to the drifting stations "North Pole 35-40" IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciences (год публикации - 2018)

2. Чечин Д.Г., Махотина И.А., Люпкес К., Макштас А.П. Effect of wind speed and leads on clear-sky cooling over Arctic sea ice during polar night Journal of Atmospheric Sciences (год публикации - 2019)

3. Репина И.А., Варенцов М.И., Чечин Д.Г., Артамонов А.Ю., Бодунков Н.Е., Калягин М.Ю., Живоглотов Д.Н., Шевченко А.М., Варенцов А.И., Куксова Н.Е., Степаненко В.М., Шестакова А.А. Использование беспилотных летательных аппаратов для исследования атмосферного пограничного слоя Инноватика и экспертиза: научные труды, 2 (30), 20-39 (год публикации - 2020)
10.35264/1996-2274-2020-2-20-39

4. Мысленков С.А., Шестакова А.А., Чечин Д.Г. The impact of sea waves on turbulent heat fluxes in the Barents Sea according to numerical modeling Atmospheric Chemistry and Physics, Т. 21, С. 5575–5595 (год публикации - 2021)
10.5194/acp-21-5575-2021

5. Чечин Д.Г. On the u⋆ − U Relationship in the Stable Atmospheric Boundary Layer over Arctic Sea Ice Atmosphere, Т. 12, С. 591 (год публикации - 2021)
10.3390/atmos12050591

6. Шевченко А.М., Афанасьев Л.В., Чечин Д.Г., Шмаков А.С. On-Board Eight-Hole Pressure Probe System to Measure Wind Speed with UAVs AIP Conference Proceedings (год публикации - 2021)

7. Чечин Д.Г., Артамонов А.Ю., Бодунков Н.Е., Калягин М.Ю., Шевченко А.М., Живоглотов Д.Н. Development of an unmanned aerial vehicle to study atmospheric boundary-layer turbulent structure Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2021)

8. Махотина И.А., Чечин Д.Г., Макштас А.П. Радиационный эффект облачности над морским льдом в Арктике во время полярной ночи по данным дрейфующих станций «Северный Полюс»-37, 39, 40. Известия РАН. Физика атмосферы и океана (год публикации - 2021)

9. Чечин Д.Г., Артамонов А.Ю., Бодунков Н.Е., Живоглотов Д.Н., Зайцева Д.В., Калягин М.Ю., Кузнецов Д.Д., Кунашук А.А., Шевченко М.А., Шестакова А.А. Измерение средних значений и турбулентных пульсаций скорости ветра и температуры воздуха в конвективном пограничном слое с помощью беспилотного летательного аппарата Известия РАН. Физика атмосферы и океана (год публикации - 2021)

Публикации