Изменение арктического климата привело к экстремальным осадкам

Статья с результатами исследования была опубликована в высокорейтинговом журнале Atmosphere. Ученые исследовали экстремальные осадки и синоптические факторы их формирования в северо-западном секторе российской части Арктики в холодный период по данным метеорологических станций и данным реанализа ERA5. В связи с климатическими особенностями региона, под холодным сезоном для Арктики понимается период с ноября по март.

В исследовании было использовано распределение Парето, которое наилучшим образом описывает эмпирическое распределение суточных сумм осадков. Принадлежность функций распределения вероятностей к тому или другому виду дает не только собственно информацию о распределении вероятностей, но и служит важным признаком определенной физики процессов.

Гипотеза о том, что случайные величины, принадлежащие к определенной функции распределения вероятностей, обладают одинаковой природой, очень привлекательна в этом смысле. В последнее время стало популярно применять к экстремальным значениям на первый взгляд необычные термины – «черные лебеди» (согласно терминологии Н. Н. Талеба) и «драконы» (согласно терминологии Д. Сорнетта). «Черным лебедем» обозначается крупная аномалия, которая отличается от «сородичей» только своей мощностью (размером, интенсивностью, нанесенным ущербом и так далее).

С точки зрения функции распределения вероятностей, все «лебеди», в том числе черные, принадлежат к одному и тому же семейству. Это неявно предполагает и одинаковое происхождение аномалий. В рассмотренном контексте особый интерес будут вызывать аномалии, статистические свойства которых не подчиняются закону распределения, общему для всех других аномалий – это так называемые «драконы». Фактически, речь идет о том, что в популяции явлений одинаковой номенклатуры присутствуют представители разных генеральных совокупностей.

Таким образом, может быть поставлена своеобразная задача классификации экстремальных явлений по принадлежности к определенной функции распределения вероятностей. Это может служить показателем проявления иных физических механизмов и, выводя выделенную по данному признаку группу явлений из общего пула, позволяет акцентировать внимание именно на их свойствах.

В новой статье авторы ставят задачу, во-первых, выяснить, отражены ли в функции распределения вероятностей суточных сумм осадков названные выше закономерности распадения функции на различные семейства (присутствуют ли в выборке и «черные лебеди», и «драконы»), а во-вторых, установить, какие атмосферные процессы ответственны за их возникновение.

Показано, что вероятности аномалий суточных сумм осадков надежно могут быть аппроксимированы формулой Парето, однако самые крупные аномалии отклоняются от этого закона, то есть для большинства точек (как метеостанций, так и узлов реанализа) в выборке присутствуют и «черные лебеди», и «драконы». Для «драконов» соответствие с вероятностью полностью теряется, они совершенно не подчиняются базовому распределению Парето.

Было показано, что случаи «сверхбольших» аномалий осадков (так называемых «драконов») в районе Баренцева моря в холодный период связаны с адвекцией влажных воздушных масс из Атлантики в системе интенсивных циклонами полярного фронта, часто с мезомасштабными конвективными системами, встроенными в фронты. Полярные мезоциклоны, вопреки ожиданию, практически не оказывают влияния на формирование экстремальных осадков.

Этот вывод интересен также в контексте происходящих климатических изменений, которые наиболее ярко проявляются именно в высоких широтах Северного полушария. При потеплении климата увеличивается интенсивность циклонической деятельности в арктическом регионе (в частности, в баренцевоморском секторе) – в холодный период это происходит за счет перестройки региональной циркуляции, усиления меридиональных процессов при блокировании, а также из-за увеличения зоны открытой воды вследствие сокращения площади морского льда.

Рост повторяемости циклонов при изменении климата, по всей видимости, по закону положительной обратной связи приведет к трансформации вида функции распределения вероятностей экстремальных сумм осадков, поскольку «драконы» могут перейти в статус «черных лебедей».

Институт географии РАН

5 статей

Институт географии – старейшее в России академическое учреждение в области фундаментальной и прикладной географии

Показать больше