Сотрудники Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород) разработали новый подход к моделированию режимов погоды. Он позволяет глубже понять законы атмосферной циркуляции и в перспективе увеличить время надёжного прогнозирования погоды. Статья о важном открытии в климатологии опубликована в журнале Nature Scientific Reports.

Изменчивость атмосферы средних и полярных широт чрезвычайно сложна и очень плохо предсказуема. Время корректного прогноза погоды обычно редко превышает 7–10 дней. При долгосрочных оценках на первый план выходят так называемые режимы погоды. Это повторяющиеся крупномасштабные структуры циркуляции воздушных масс. Каждый режим состоит из сложной комбинации циклонов, антициклонов и воздушных течений. Он может существовать продолжительное время (до нескольких недель) и определять погодные аномалии над различными регионами. Аномально долгие периоды сильных морозов, жары, ливней, снегопадов — всё это проявления режимов погоды. Выявление их остается сложной научной задачей.

Сотрудники ИПФ РАН предложили своё решение этой проблемы. Они разработали метод, который на основе построения модели атмосферной циркуляции в форме скрытой марковской модели позволяет выявлять состояния атмосферной системы, соответствующие режимам. Помимо идентификации режимов метод позволяет исследовать их времена жизни, влияние на погодные условия и рассчитывать вероятности переходов в другие режимы.

В опубликованной работе учёные сосредоточились на холодном сезоне (с ноября по март), потому что изменчивость погодных условий в этот период выше. Они проанализировали данные изменчивости атмосферы Северного полушария за последние 70 лет и выделили четыре доминирующих режима погоды в зимние периоды, исследовали их свойства. Физики выяснили, какие из этих режимов ответственны за аномально холодные и аномально тёплые зимы в России, оценили их предсказуемость. Кроме того, исследовали изменчивость частоты возникновения каждого режима в масштабе десятилетий. Найдена глобальная связь некоторых режимов с такими крупномасштабными климатическими явлениями как Эль-Ниньо и тихоокеанское декадное колебание.

«Можно сказать, что режимы образуют „скелет“ атмосферной циркуляции, на который нанизано всё сложное многообразие наблюдаемых погодных сценариев. Поэтому для того, чтобы продвинуться в понимании предсказуемости атмосферы на больших временах, необходимо научиться надёжно идентифицировать режимы и их свойства, а также прогнозировать их эволюцию в меняющемся климате. Оригинальный подход, который мы предложили, является важным шагом к решению этих задач и открывает перспективы к увеличению дальности прогноза погодных аномалий», — рассказал заместитель заведующего отделом физики атмосферы и микроволновой диагностики кандидат физико-математических наук Дмитрий Мухин.

Авторы работы входят в консорциум по развитию национальной климатической модели, которую разрабатывают партнёры из Института вычислительной математики РАН. Она является частью международного проекта CMIP (Coupled Model Intercomparison Project). Новый метод уже используется для диагностики и усовершенствования этой модели, что позволит повысить точность среднесрочных и долгосрочных прогнозов. В работе принимал участие сотрудник Стокгольмского университета (Швеция).

Проект поддержан грантом РНФ № 22-12-00388-П.

Источник: пресс-служба ИПФ РАН.