Роль увеличения температуры поверхности Черного моря в
реклама
Заседание Научного совета РАН по теории климата Земли 3 декабря 2015 г. ИФА РАН Роль увеличения температуры поверхности Черного моря в формировании экстремальных осадков в Крымске в 2012 году В.А. Семенов Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН Институт географии РАН [email protected] A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS 0.5 ºC < 25 лет A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Изменение среднегодовой температуры 1901-2012 (°С) (IPCC AR5) Максимальное потепление на Европейской территории России и в Центральной Сибири A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Как установить связь экстремальных событий с потеплением? Можно исследовать статистически значимые изменения характеристик экстремальных событий при потеплении с использованием данных наблюдений Экстремальные события случаются редко, данных мало Можно сравнить наблюдаемые тенденции изменений экстремальных событий с модельными результатами Модели не совершенны, сценарии антр. воздействия неопределенны, естественная изменчиость «маскирует» сигнал Можно изучать физические механизмы влияния потепления на формирование экстремальных погодных явлений Процессы могут быть очень сложны Можно использовать климатические модели для воспроизведения экстремального события и изучения его чувствительности к факторам глобального потепления Модели несовершенны, часто такие эксперименты требуют значительных ресурсов, возможны только «case studies» A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Наводнение в Крымске, 6-7 июля 2012 г. 171 погибший, 34,000 пострадавших Самое большое кол-во жертв с 1973 г. A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Collaborative study by IAP RAS (Moscow Russia) and GEOMAR (Kiel, Germany) scientists in frame of Russian-German Helmholtz Association-RFBR project “European and Russian Extreme Events: Mechanisms, Variability and Future Climate Change (EUREX)” A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Мметеорологические условия 6 июля 2012 г. Column integrated precipitable water (kg m-2) and sea level pressure (hPa) on June 6th 2012, at 18Z (based on NCEP Final analyses) 172 мм осадков 6 июля на метеорологической станции в Крымске A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Беспрецедентное количество осадков в Крымске с 1935 г. Максимальные ежедневные осадки в Крымске, мм/день Вероятность события 6 июля 2012 г. 1 / 70,000,000 лет, если оценивать функцию распределения экстремальных значений до события и 1 / 740 лет, если включить событие A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Прогнозы национальных метслужб на 6 июля 2012 г. осадки, мм/день A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Климатические тренды ТПО в июне-июле June-July SST trends 1982-2012 (K/31 yrs) Black Sea average June-July SST trends 1982-2012 (K/31 yrs) A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Событие в Крымске: проблема связи с глобальным потеплением Есть ли связь между увеличением температуры поверхности Черного моря в последние десятилетия и беспрецедентным количеством осадков в июле 2012 г.? • Нужно попробовать воспроизвести это событие в региональной модели атмосферы высокого пространственного разрешения с использованием наблюденных условий на боковых и нижней границе домена • Если это удастся, то • Можно исследовать чувствительность этого явления к граничным условиям Могло бы случиться такое событие в условиях «холодного» климата 1980-1990 гг.? A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Постановка экспериментов Weather Research and Forecasting Model (WRF) simulation domain Three nested domains: 15km, 3km, 600m Lateral and initial boundary conditions from NCEPFNL, SST forcing from high resolution NOAA-OI dataset (0.25°) No convection parametrization in the inner domain Large-scale dynamics (U,V) is nudged in the outer domain only above PBL: the observed cyclone is embedded The only difference in boundary forcing – SST field past cold observed present future warm 20% increments Each state (11 in total) simulated with 6 ensemble runs with different initial conditions A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Экстремальные осадки в Крымске в 2012 г.: результаты экспериментов с моделью WRF Daily precipitation on 6th of July simulated using observed Black Sea temperature on the day of the event Daily precipitation on 6th of July simulated using colder Black Sea temperature as it used to be in back in 1980s No extreme precipitation if cyclone would come over colder Black Sea A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Экстремальные осадки в Крымске в 2012 г.: результаты экспериментов с моделью WRF Observed Black Sea temperature “Cold” Black Sea temperature A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Механизм формирования экстремальных осадков – инициация глубокой конвекции при увеличении т-ры поверхности моря Changes in specific humidity, vertical velocity and precipitation between simulation with realistic and “cold” Black Sea temperatures Ensemble mean vertical velocity maxima (vectors) and specific humidity (contours) Green and magenta lines show 24-hour precipitation totals of the observed and “cold” simulations Tan filling represent orography Difference is due to deep convection triggered in the observed state and absent in the „cold“ state simulations A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Нелинейность отклика при росте т-ры поверхности моря Krymsk precipitation as a function of Black Sea temperature Deep convection triggered stabilization Instability threshold A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Почему прекращается рост экстр. осадков при дальнейшем увеличении ТПО Черного моря? Key role of explicit convection representation at high spatial resolution mean precipitation extreme precipitation parametrized convection permitted (resolved) convection A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Почему прекращается рост экстр. осадков при дальнейшем увеличении ТПО Черного моря? Convective downdrafts in CP simulations prevent further precipitation increase downdraft velocities latent heating parametrized convection permitted (resolved) convection A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Выводы Экстремальные осадки в Крымске невозможно воспроизвести в условиях более холодной температуры поверхности Черного моря. Установлена связь между увеличением интенсивности экстремальных осадков в прибрежных регионах с ростом ТПО. Механизм резкого увеличения экстремальных осадков связан с достижением порога неустойчивости и инициализации режима глубокой конвекции. Отклик осадков на рост ТПО нелинеен. Порог неустойчивости пройден в конце 1990-х гг. Предложенная методология может быть использована для оценки будущих изменений экстремальных событий в прибрежных регионах. Прекращение роста экстремальности осадков при дальнейшем потеплении связано со стабилизацией нижней тропосферы нисходящими потоками. A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Спасибо за внимание! A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS The beginning of the 21st century was marked by a number of unprecedented weather extremes (IPCC Special Report on Extreme Events 2012) Hydrological extremes in European region 2000 – England and Wales, the wettest autumn since 1766 г. 2002 – Germany, strongest daily precipitation in the record since 1901, Dresden and Prague floods 2010 – record breaking precipitation and flood in Pakistan 2013 – Amur flood 2012 – extreme precipitation (maximal since 1931) an flood in Krymsk, Russia 2013 – flood in Czech Republic and Southern Germany 2014 – flood in Serbia and Bulgaria 2015 – flood in Sochi, Russia, and Nice, France A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS “Cold winters” of the 21st century DJF temperature anomalies (2001-2010) – (1991-2000) Observed (GISS) DJF (2001-2010) – (1991-2000), K Probability of strong negative Moscow winter temperature anomalies in the 21st century is 3 times higher than two decades before Hamburg “cold yrs” < 0 °C period N Prob. Moscow “cold yrs” < -8 °C N Prob. 1950-1987 11 0.29 18 0.47 1988-2002 1 0.07 1 0.07 2003-2013 3 0.21 4 0.36 A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS “Cold winters” of the 21st century Winter temperature (T) and sea level pressure (P) anomalies for 2005-2012 (NCEP reanalysis data) T, °C “Hot Arctic – Cold Continent” P, hPa “Barents Anti-cyclone” A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS “Cold winters” of the 21st century Fraction of the Barents Sea covered by sea ice in winter (%) 2005 regime shift Is there a link between the sharp sea ice reduction and European weather? A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS “Cold winters” of the 21st century Simulations with atmospheric model forced by sea ice anomalies in the Barents Sea revealed a non-linear response to sea ice reduction with a cooling as a response to present-day sea ice reduction (Petoukhov and Semenov 2010) Temperature changes induced by gradual sea ice reduction as simulated by climate model, ºC sea ice decreases A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS A possible mechanism of the non-linear response Т Interaction between convection and thermal wind North South A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS Reducing Arctic sea ice may lead to formation of cold winter anomalies over Eurasia The response is essentially non-linear with further warming in the future A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS
