Грант РФФИ № 16-35-00212 мол_а ("Мой первый грант") "Экстремальные осадки на Европейской территории России и высотные фронтальные зоны: диагноз и поиск взаимосвязей"
Состав участников:
- Шабанов П.А. - руководитель гранта (ИО РАН);
- Матвеева Т.А. - исполнитель (геофак МГУ);
- Маркина М.Ю. - исполнитель (геофак МГУ).
Основной задачей проекта является выделение объектов (экстремальные события осадков и высотных фронтальных зон) и описание взаимосвязи между ними (качественные описания и количественные параметры) на Европейской территории России во второй половине XX – начале XXI вв.
Статус: проект завершён
В ходе проекта были получены результаты по нескольким видам деятельности: научной, организационной, образовательной и технологичной (I-IV).
I. По центральному виду деятельности - научному - следует отметить следующие достижения:
В результате проведённых исследований в рамках проекта были получены следующие оригинальные научные результаты:
II. Проект позволил руководителю приобрести ценный опыт руководства научным грантом (по административно-организационным аспектам в первую очередь). Также научному коллективу проекта удалось создать рабочую атмосферу, делегировать отдельные части проекта, что в итоге позволило получить новые интересные научные результаты.
III. При выполнении задач проекта участники сформировали единую технологическую вычислительную платформу на базе языка программирования Python. Сбор цифровых данных (в том числе загрузка данных реанализов), обработка данных, визуализация, подготовка к публикации - всё эти этапы исследования проводились коллективом на последней версии Python 3.5+. Исполнители проекта приобрели навыки программирования на python, а также повысили свои компетенции в сфере Data Analysis. В ходе проекта было подготовлено несколько учебных материалов по программированию python в формате электронных блокнотов jupyter notebooks (файлы с расширением *.ipynb). Материалы доступны на специальной страничке этого блога.
IV. В ходе реализации проекта создан ряд наборов данных, которые доступны на этой страничке:
А) Календарь событий очень сильных осадков (СОСО) - формат csv;
Б) Данные о градиенте геопотенциала на высоте изобарической поверхности 500 гПа по данным ренализа JRA-55 за период 1966-2015 гг. с разрешением 6ч и 0.125 градусов по широтам/долготам - по запросу (~1.85 Gb);
В) Карты-схемы (zip-архив) градиента геопотеницала H500, приземного давления (mslp), траекторий центров циклонов, а также осадков (в т.ч. СОСО) в дни пространственно-связанных событий очень сильных осадков.
Статус: проект завершён
В ходе проекта были получены результаты по нескольким видам деятельности: научной, организационной, образовательной и технологичной (I-IV).
I. По центральному виду деятельности - научному - следует отметить следующие достижения:
- Опубликована 1 статья в рецензируемом журнале, входящем в т.н. "список ВАК", индексируемом РИНЦ ("Фундаментальная и прикладная климатология");
- Подготовлены и представлены доклады (а также опубликованы тезисы) по теме проекта на нескольких конференциях: ИВП РАН 2017 и EGU-2018.
В результате проведённых исследований в рамках проекта были получены следующие оригинальные научные результаты:
- Установлены пространственные особенности реализации событий очень сильных осадков на Европейской территории России (ЕТР) за период 1966-2015 гг.;
- Получены количественные оценки изменений ряда характеристик событий очень сильных осадков. Показано статистически значимое увеличение как числа случаев пространственно-связанных событий очень сильных осадков, так и дней с такими событиями в пределах ЕТР в период однородных инструментальных наблюдений за осадками.
- Пространственно-связанные события очень сильных осадков (строго более двух событий СОСО в одни сутки) реализуются в основном в зимний период (50%). Летом такие события отмечены только в 2012 году. В переходные сезоны наблюдается равномерное распределение (по 25%) таких событий.
- Пространственно-связные события очень сильных осадков приурочены к прохождению циклонов и тяготеют к их центрам и фронтальным системам. В дни с пространственно-связанными СОСО преобладают траектории южных (направленных с юга на север) и западных направлений (направленных с запада на восток). По 8 румбам главные направления перемещений центров циклонов (Рисунок 1), к которым приурочены пространственно-связанные событий очень сильных осадков за период 1979-2015 гг. по данным реанализа Era-Interim распределены так: N=26.47% (с юга на север), NE=42.65 % (с юго-запада на северо-восток), E=8.82%, SE=10.29%, S=5.88%, SW=1.47%, W=0.00%, NW=4.41%.
- Высотные фронтальные зоны, определяемые через градиент геопотенциала на высоте изобарической поверхности 500 гПа, на суточном масштабе представляют собой совокупность зон различной протяжённости (от 800-1000 км до нескольких тысяч километров ) с высокими значениями градиента (в среднем > 2.5 дам/100 км). Поля градиента геопотенциала в дни с несколькими СОСО на ЕТР представлены большим разнообразием форм: от элипсоподобных замкнутых до протяженных субзональных и субмеридиональных структур (Рисунок 2-3).
- Пространственно-связанные события очень сильных осадков на ЕТР реализовывались по одну из двух сценариев: I - 39% таких случаев имели близко расположенные высотные (H500) и приземные центры циклона. В такой конфигурации ВФЗ оставалась на периферии циклона, а осадки (в т.ч. и СОСО) были приурочены к траектории центра циклона. II - в 35% над приземным центром циклона замкнутые изобары на высоте изобарической поверхности 500 гПа не прослеживались, приземный циклон был вовлечён в поток высотной фронтальной зоны, осадки реализовывались непосредственно "под" ВФЗ. III - оставшиеся 26% суть переходные случаи, когда рядом с приземным центром циклона нет ни ярко выраженной ВФЗ, ни высотного центра. Такие случаи занимают переходный тип между описанными выше. При этом ярко выраженные участки ВФЗ (> 4 дам/100 км) на ЕТР характерны для всех сценариев. Подобные фоновые состояния уверенно прослеживается как минимум за одни сутки до реализации СОСО. В случае прохождения траектории центра циклона по прогнозируемому району ЕТР, в зимний и осенний периоды вероятно ожидать пространственно-связанных событий очень сильных осадков. Данное условие является необходимым, но не достаточным для реализации СОСО.
Рисунок 1 Траектории центров циклонов за период 1979-2015 гг. по данным реанализа Era-Interim из базы данных ЛВОАМКИ ИО РАН, ассоциированных с пространственно-связанными СОСО
Рисунок 2 Карта-схема для события 10 сентября 1973. Нанесены: а) градиент геопотенциала H500 (цвет, геопотенциальные метры на 100 км) б) приземное давление (красные изолинии, гПа), осадки (зелёные маркеры) и очень сильные осадки (синие маркеры), траектории центров циклонов (жёлтые линии) за 36ч (плюс-минус 6 часов от даты события)
Рисунок 3 Карта-схема для события 2 февраля 2015. Нанесены: а) градиент геопотенциала H500 (цвет, геопотенциальные метры на 100 км) б) приземное давление (красные изолинии, гПа), осадки (зелёные маркеры) и очень сильные осадки (синие маркеры), траектории центров циклонов (жёлтые линии) за 36ч (плюс-минус 6 часов от даты события)
II. Проект позволил руководителю приобрести ценный опыт руководства научным грантом (по административно-организационным аспектам в первую очередь). Также научному коллективу проекта удалось создать рабочую атмосферу, делегировать отдельные части проекта, что в итоге позволило получить новые интересные научные результаты.
III. При выполнении задач проекта участники сформировали единую технологическую вычислительную платформу на базе языка программирования Python. Сбор цифровых данных (в том числе загрузка данных реанализов), обработка данных, визуализация, подготовка к публикации - всё эти этапы исследования проводились коллективом на последней версии Python 3.5+. Исполнители проекта приобрели навыки программирования на python, а также повысили свои компетенции в сфере Data Analysis. В ходе проекта было подготовлено несколько учебных материалов по программированию python в формате электронных блокнотов jupyter notebooks (файлы с расширением *.ipynb). Материалы доступны на специальной страничке этого блога.
IV. В ходе реализации проекта создан ряд наборов данных, которые доступны на этой страничке:
А) Календарь событий очень сильных осадков (СОСО) - формат csv;
Б) Данные о градиенте геопотенциала на высоте изобарической поверхности 500 гПа по данным ренализа JRA-55 за период 1966-2015 гг. с разрешением 6ч и 0.125 градусов по широтам/долготам - по запросу (~1.85 Gb);
В) Карты-схемы (zip-архив) градиента геопотеницала H500, приземного давления (mslp), траекторий центров циклонов, а также осадков (в т.ч. СОСО) в дни пространственно-связанных событий очень сильных осадков.
Архив проекта
Основные результаты за 2016 год- Предложен критерий q999 для определения события экстремальных осадков (СЭО) на основе данных о суточных суммах осадков;
- Получен архив-календарь событий экстремальных осадков для Европейской территории России (ЕТР). Календарь в формате MS Excel доступен по этой ссылке.
- Подготовлены различные наборы данных реанализов (ERA Interim, JRA55, NCEP/NCAR I) для определения по данным о высоте геопотенциала на высоте изобарической поверхности 500 гПа (АТ500) положения высотных фронтальных зон (ВФЗ).
- Подготовлены различные наборы данных реанализов (ERA Interim, JRA55, NCEP/NCAR I) для определения по данным о температуре и удельной влажности на высотах изобарических поверхностей 850, 700 и 500 гПа положения фронтального параметра ZTEsigma.
- Проанализирована межгодовая изменчивость экстремальных осадков на ЕТР согласно предложенному критерию q999. Основные результаты доложены на конференции в Институте Водных Проблем РАН ("X международная научная конференция молодых учёных..."). Показано, что число и общая водность, которую приносят на ЕТР события экстремальных осадков, статистически значимо увеличиваются в период 1966-2015 гг.
- Под данным календаря последовательной смены элементарных циркуляционных механизмов по типизации Б.Л. Дзердзеевского, удалось установить сильную связь СЭО с меридиональным типом циркуляции северного полушария. Более 75% дней с экстремальными осадками приходится на мердиональный тип, а именно: 8% с зональным типом, 16% с типом нарушение зональности, 42% с типом северной меридиональной циркуляции и 32% с типом южной меридиональной циркуляции. Динамика преобладающего типа циркуляции (меридиональной и зональный) за вторую половину XX - начало XXI вв. показывает доминирование меридионального типа циркуляции над зональным начиная с 1980-ых годов, где в последние десятилетия всё более значимым становится тип северной меридиональной циркуляции с характерными полярными вторжениями.Несомненна связь между такими конфигурациями атмосферной циркуляции и событиями экстремальных осадков.
Ссылка для загрузки научно-популярного формата отчёта проекта за 2016 год (pdf формат)
Доклады на конференциях
Мы планировали принять участие в двух конференциях по теме исследования. Это были:
- Международная конференция «Исследование изменений климата с использованием методов классификации режимов циркуляции атмосферы», посвящённая памяти Б.Л. Дзердзеевского;
- Международная конференция и школа молодых ученых поизмерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающейсреды: ENVIROMIS-2016.
Однако из-за подготовки к докладу на EGU-2016 первая конференция прошла мимо, а на вторую не хватило исходных данных: процесс сбора шёл непросто и долго. Понимая, что мы упустили отличные конференции по, мы решили сосредоточиться на анализе данных и их подготовке к публикации. Несмотря не то, что сбор данных реанализов сейчас имеет сегодня понятные описания и интерфейсы доступа, загрузить необходимые данные оказалось непросто. Особенно большие проблемы вызвал набор данных JRA55.
Тем не менее согласно условиям РФФИ по предоставлению гранта, мы выступили с темой про экстремальные осадки на ЕТР на одной небольшой, но очень душевной и крайне профильной конференции, которая проходила в институте водных проблем в начале декабря. Более благодарной публики было сложно найти, ведь атмосферные осадки являются для гидрологов очень важным параметром для расчётов. Тем более, что на конференции было много студентов, для которых опыт собственных выступления здесь усиливался за счёт докладов молодых учёных. Презентацию выступления Шабанова П.А. можно скачать по ссылке или просмотреть ниже.
Тем не менее согласно условиям РФФИ по предоставлению гранта, мы выступили с темой про экстремальные осадки на ЕТР на одной небольшой, но очень душевной и крайне профильной конференции, которая проходила в институте водных проблем в начале декабря. Более благодарной публики было сложно найти, ведь атмосферные осадки являются для гидрологов очень важным параметром для расчётов. Тем более, что на конференции было много студентов, для которых опыт собственных выступления здесь усиливался за счёт докладов молодых учёных. Презентацию выступления Шабанова П.А. можно скачать по ссылке или просмотреть ниже.
Комментариев нет:
Отправить комментарий