Термометр для грозового неба ✎

Оригинал: "Trends in the extremes of environments associated with severe US thunderstorms"
arXiv:1901.10960 · 2019-01-30 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
За 37 лет весенние «горючие» дни для сильных гроз над США стали чаще, а февральский риск оказался выше при Ла-Нинья.

Каждую весну над Великими равнинами США небо начинает работать как гигантский паровой котёл. Тёплый влажный воздух с Мексиканского залива сталкивается с сухим воздухом с запада, и в этой смеси рождаются грозы, способные за минуты сорвать крышу с амбара. Метеорологи давно следят за «топливом» для таких гроз, но до сих пор смотрели в основном на средние значения. Новая работа измеряет, как часто это топливо достигает опасной концентрации.

CAPE (доступная конвективная потенциальная энергия) — это мера того, насколько сильно воздух хочет подняться вверх. SRH (штормовая относительная helicity) — мера вращения ветра с высотой. Их произведение под корнем даёт PROD, единый индикатор риска сильных гроз.

Авторы взяли данные реанализа NARR за 1979–2015 годы: для каждой точки сетки и каждого месяца они вычисляли максимальное значение CAPE, SRH и PROD. Затем к этим максимумам подгоняли распределение экстремальных значений, допуская, что его положение может меняться со временем или под влиянием Эль-Ниньо. Такой подход позволяет отделить случайные колебания от настоящего тренда.

Результат оказался сезонно-неравномерным. В апреле, мае и августе максимумы PROD значимо растут, причём в апреле тренд виден в 313 точках сетки. Это значит, что в регионах, где грозы и так часты, «горючие» дни становятся ещё более горючими. Для CAPE рост заметен в апреле, мае и июне. Максимальный годовой прирост PROD — около 3% от уровня 1979 года.

Если бы Эверест рос с такой же скоростью, каждый год к его высоте прибавлялось бы примерно 26 метров.

Февраль рассказал другую историю. Здесь экстремумы PROD и SRH сильнее всего связаны не с временем, а с фазой Эль-Ниньо. Когда в тропической части Тихого океана вода холоднее обычного (Ла-Нинья), риск экстремальных значений выше. Наибольший коэффициент соответствует снижению PROD на 10% на каждый градус Цельсия индекса Эль-Ниньо.

Раньше было неясно, меняются ли со временем именно экстремальные значения грозовой среды. Средние величины могли оставаться стабильными, а «хвосты» распределения ползти вверх. Теперь видно, что весной хвосты действительно растут, и это первое наблюдательное подтверждение того, что климатические модели предсказывали для CAPE. Для практики это значит, что страховым компаниям и службам прогноза стоит пересмотреть весенние риски, особенно в уже уязвимых районах. Термометр грозового неба показывает лёгкую, но устойчивую лихорадку.

Максимальный годовой прирост PROD в апреле составляет около 3% от уровня 1979 года. Для сравнения, это как если бы каждый год к высоте Эвереста добавляли примерно 26 метров.

PROD = \sqrt{CAPE \times SRH}
Корень из произведения доступной конвективной потенциальной энергии и штормовой относительной helicity; высокие значения указывают на высокий риск сильных гроз.
G(x) = \exp\left[-\left(1 + \xi \frac{x - \mu}{\sigma}\right)^{-1/\xi}\right]
Распределение максимумов блоков; параметр формы ξ определяет тип хвоста (Фреше, Гумбель, Вейбулл).
\mu(t) = \mu_0 + \mu_1 t
Линейная зависимость параметра положения GEV от времени t; μ₁ показывает скорость изменения экстремумов.
Учёные
Johannes Rydberg
Понятия
эль-ниньо весенний барьер предсказуемости тропический циклон вспышка западных ветров энсо северное экваториальное противотечение межгодовая изменчивость объём тёплой воды NOAA CPC ла-нинья сезонный цикл многомерный индекс ЭНСО океанический индекс нино относительный они североатлантическая осцилляция сезонный форсинг южная осцилляция распространение экваториальных волн естественная изменчивость NOAA PMEL TAO