Український антарктичний журнал

№ 1 (2021): Український антарктичний журнал
Articles

Зміна фазового стану опадів під час південнополярного літа в районі Антарктичного півострова

PDF (English)
  • А. Чигарева,
  • І. Городецька,
  • С. Краковська,
  • Д. Пішняк,
  • П. Ров
А. Чигарева
Український гідрометеорологічний інститут ДСНС України та НАН України, м. Київ, 03028, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
І. Городецька
Центр екологічних та морських досліджень, фізичний факультет, Університет Авейру, м. Авейру, 3810-193, Португалія
С. Краковська
Український гідрометеорологічний інститут ДСНС України та НАН України, м. Київ, 03028, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
Д. Пішняк
Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
П. Ров
Північно-західна дослідницька асоціація Редмонд, штат Вашингтон, 98052, США
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2021.664
Опубліковано July 28, 2021
Ключові слова
  • Антарктичний півострів,
  • Українська антарктична станція «Академік Вернадський»,
  • чилійська станція «Професор Хуліо Ескудеро»,
  • фаза опадів,
  • ERA5,
  • Polar-WRF,
  • температура повітря,
  • атмосферний тиск
    • ...Більше
    Менше
Як цитувати
Чигарева, А., Городецька, І., Краковська, С., Пішняк, Д., & Ров, П. (2021). Зміна фазового стану опадів під час південнополярного літа в районі Антарктичного півострова. Український антарктичний журнал, (1), 32-46. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2021.664

Авторське право (c) 2021 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

Зміни фазового стану опадів мають вирішальне значення для розуміння процесів формування та впливу опадів, особливо в полярних регіонах. У цьому дослідженні використовуються дані спостережень та чисельні моделі для дослідження зміни фази опадів на захід та на північ від Антарктичного півострова впродовж південнополярного літа. Дослідження проведено на основі даних реаналізу ERA5 та результатах обчислень моделі Polar-WRF (The Weather Research and Forecasting), що були порівняні з даними регулярних метеорологічних спостережень та додаткових вимірювань, проведених під час спеціального періоду спостережень у рік полярного прогнозування (Year of polar prediction special observing period, YOPP-SOP). Проаналізовано три випадки проходження позатропічних циклонів, під час яких були зафіксовані опади зі зміною фазового стану, над чилійською станцією «Професор Хуліо Ескудеро» (острів Кінг Джордж, на північ від Антарктичного півострова) та над Українською антарктичною станцією «Академік Вернадський» (західна сторона Антарктичного півострова) під час першого тижня грудня 2018 року. Було проаналізовано дані спостереження та моделювання приземних температури та тиску повітря, кількості та типу опадів, вертикальні профілі температури повітря. Отримані результати показують, що тип опадів (сніг чи дощ) добре представлений у моделях ERA5 та Polar-WRF, але загальна кількість опадів завищена порівняно з даними спостережень. ERA5 добре відображає добову мінливість і вертикальний профіль температури повітря, тоді як Polar-WRF занижує температуру в нижній частині тропосфери. Однак ERA5 згладжує інверсію температури під час проходження атмосферної річки, тоді як Polar-WRF цю інверсію відображає. Усереднена за тиждень температура, розрахована за допомогою Polar-WRF, нижча за ERA5. Також порівняно з ERA5 у Polar-WRF змодельована більша частка снігу в загальній кількості опадів і фазовий перехід опадів представлено краще під час події, пов’язаною з проходженням атмосферної річки. В результаті дослідження було проілюстровано взаємозв’язок між певними синоптичними умовами та фазовими переходами опадів в районі Антарктичного півострова та оцінено здатність сучасних даних реаналізу та регіональної моделі атмосфери відтворювати ці процеси.

PDF (English)

Посилання

  1. Abrams, M., Crippen, R., & Fujisada, H. (2020). ASTER Global Digital Elevation Model (GDEM) and ASTER Global Water Body Dataset (ASTWBD). Remote Sensing, 12(7), 1156. https://doi.org/10.3390/rs12071156
  2. Agosta, C., Fettweis, X., & Datta, R. (2015). Evaluation of the CMIP5 models in the aim of regional modelling of the Antarctic surface mass balance. The Cryosphere, 9(6), 2311–2321. https://doi.org/10.5194/tc-9-2311-2015
  3. Bozkurt, D., Bromwich, D. H., Carrasco, J., Hines, K. M., Maureira, J. C., & Rondanelli, R. (2020). Recent near-surface temperature trends in the Antarctic Peninsula from observed, reanalysis and regional climate model data. Advances in Atmospheric Sciences, 37, 477–493. https://doi.org/10.1007/s00376-020-9183-x
  4. Bozkurt, D., Bromwich, D. H., Carrasco, J., & Rondanelli, R. (2021). Temperature and precipitation projections for the Antarctic Peninsula over the next two decades: Contrasting global and regional climate model simulations. Climate Dynamics, 56, 3853–3874. https://doi.org/10.1007/s00382-021-05667-2
  5. Bromwich, D.H., Hines, K.M., & Bai, L.S. (2009). Development and testing of Polar Weather Research and Forecasting model: 2. Arctic Ocean. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 114(D08), 122. https://doi.org/10.1029/2008JD010300
  6. Bromwich, D. H., Nicolas, J. P., Hines, K. M., Kay, J. E., Key, E. L., Lazzara, M. A., Lubin, D., McFarquhar, G. M., Gorodetskaya, I. V., Grosvenor, D. P., Lachlan-Cope, T., & Van Lipzig, N. P. M. (2012). Tropospheric clouds in Antarctica. Reviews of Geophysics, 50 (1), (RG1004). https://doi.org/10.1029/2011RG000363
  7. Bromwich, D. H., Otieno, F. O., Hines, K. M., Manning, K. W., & Shilo, E. (2013). Comprehensive evaluation of polar weather research and forecasting model performance in the Antarctic. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118(2), 274–292. https://doi.org/10.1029/2012jd018139
  8. Bromwich, D. H., Werner, K., Casati, B., Powers, J. G., Gorodetskaya, I. V., Massonnet, F., Vitale, V., Heinrich, V. J., Liggett, D., Arndt, S., Barja, B., Bazile, E., Carpentier, S., Carrasco, J. F., Choi, T., Choi, Y., Colwell, S. R., Cordero, R. R., Gervasi, M., Haiden, T., Hirasawa N., Inoue, J., Jung, T., Kalesse, H., Kim, S.-J., Lazzara, M. A., Manning, K. W., Norris, K., Park, S.-J., Reid, P., Rigor, I., Rowe, P. M., Schmithüsen, H., Seifert, P., Sun, Q., Uttal, T., Zannoni, M., & Zou, X. (2020). The Year of Polar Prediction in the Southern Hemisphere (YOPP-SH). Bulletin of the American Meteorological Society, 101(10), E1653-E1676. https://doi.org/https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0255.1
  9. Carrasco, J. F. & Cordero, R. R. (2020). Analyzing Precipitation Changes in the Northern Tip of the Antarctic Peninsula during the 1970–2019 Period. Atmosphere, 11(12), 1270. https://doi.org/10.3390/atmos11121270
  10. Chyhareva, A., Krakovska, S., & Pishniak, D. (2019). Climate projections over the Antarctic Peninsula region to the end of the 21st century. Part II: wet/dry indices. Ukrainian Antarctic Journal, 2(19), 47–63. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2(19).2019.151
  11. Dai, A. (2008). Temperature and pressure dependence of the rain-snow phase transition over land and ocean. Geophysical Research Letters, 35(12), L12802. https://doi.org/10.1029/2008GL033295
  12. Deb, P., Orr, A., Hosking, J. S., Phillips, T., Turner, J., Bannister, D., Pope, J. O., & Colwell, S. (2016). An assessment of the Polar Weather Research and Forecasting (WRF) model representation of near-surface meteorological variables over West Antarctica. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 121(4), 1532–1548. https://doi.org/10.1002/2015jd024037
  13. Dudhia, J. (1989). Numerical study of convection observed during the Winter Monsoon Experiment Using a Mesoscale Two–Dimensional Model. Journal of the Atmospheric Sciences, 46(20), 3077–3107. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1989)046<3077:NSOCOD>2.0.CO;2
  14. Gonzalez, S., Vasallo, F., Recio-Blitz, C., Guijarro, J. A., & Riesco, J. (2018). Atmospheric Patterns over the Antarctic Peninsula. Journal of Climate, 31(9), 3597—3608. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-17-0598.1
  15. Gorodetskaya, I. V., Silva, T., Schmithüsen, H. & Hirasawa, N. (2020a). Atmospheric River Signatures in Radiosonde Profiles and Reanalyses at the Dronning Maud Land Coast, East Antarctica. Advances in Atmospheric Sciences, 37, 455–476. https://doi.org/10.1007/s00376-020-9221-8
  16. Gorodetskaya, I. V., Rowe, P. M., Kalesse, H., Silva, T., Hirasawa, N., Schmithüsen, H., Seifert, P., Park, S.-J., Choi, Y., & Cordero, R. R. (2020b). The vertical structure of atmospheric rivers and their impact in the Atlantic sector of Antarctica from the Year of Polar Prediction observations. EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020, EGU2020-20313. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-20313
  17. Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., Hirahara, S., Ho rányi, A., Muñoz-Sabater, J., Nicolas, J., Peubey, C., Radu, R., Sche pers, D., Simmons, A., Soci, C., Abdalla, S., Abellan, X., Balsamo, G., Bechtold, P., Biavati, G., Bidlot, J., Bonavita, M., De Chiara, G., Dahlgren, P., Dee, D., Diamantakis, M., Dragani, R., Flemming, J., Forbes, R., Fuentes, M., Geer, A., Haimberger, L., Healy, S., Hogan, R. J., Hólm, E., Janisková, M., Keeley, S., Laloyaux, P., Lopez, P., Lupu, C., Radnoti, G., de Rosnay, P., Rozum, I., Vamborg, F., Villaume, S., & Thépaut, J.-N. (2020). The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146(730), 1999—2049. https://doi.org/10.1002/qj.3803
  18. Hines, K. M., & Bromwich, D. H. (2008). Development and testing of Polar Weather Research and Forecasting (WRF) model. Part I: Greenland ice sheet meteorology. Monthly Weather Review, 136(6), 1971–1989. https://doi.org/10.1175/2007MWR2112.1
  19. Hines, K. M., Bromwich, D. H., Bai, L.-S., Barlage, M., & Slater, A. G. (2011). Development and testing of Polar WRF. Part III: Arctic Land. Journal of Climate, 24(1), 26–48. https:// doi.org/10.1175/2010JCLI3460.1
  20. Hines, K. M., Bromwich, D. H., Wang, S.-H., Silber, I., Verlinde, J., & Lubin, D. (2019). Microphysics of summer clouds in central West Antarctica simulated by the Polar Weather Research and Forecasting Model (WRF) and the Antarctic Mesoscale Prediction System (AMPS). Atmospheric Chemistry and Physics, 19(19), 12431–12454. https://doi.org/10.5194/acp-19-12431-2019
  21. IMBIE team, Shepherd, A., Ivins, E., Rignot, E., Smith, B., van den Broeke, M., Velicogna, I., Whitehouse, P., Briggs, K., Joughin, I., Krinner, G., Nowicki, S., Payne, T., Scambos, T., Schlegel, N., A, G., Agosta, C., Ahlstrøm, A., Babonis, G., Barletta, V., Blazquez, A., ... Wouters, B. (2018). Mass balance of the Antarctic Ice Sheet from 1992 to 2017. Nature, 558(7709), 219–222. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0179-y
  22. Janjić, Z. I. (1994). The Step–Mountain Eta Coordinate Model: Further developments of the convection, viscous sublayer, and turbulence closure schemes. Monthly Weather Review, 122(5), 927–945. https://doi.org/10.1175/1520-0493-(1994)122<0927:TSMECM>2.0.CO;2
  23. Janjić, Z. I. (2002). Nonsingular implementation of the Mellor-Yamada Level 2.5 Scheme in the NCEP Meso model. NCEP Office Note No. 437, 61 pp.
  24. Jones, M. E., Bromwich, D. H., Nicolas, J. P., Carrasco, J., Plavcová, E., Zou, X., & Wang, A. S.-H. (2019). Sixty Years of Widespread Warming in the Southern Middle and High Latitudes (1957—2016). Journal of Climate, 32(20), 6875–6898. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-18-0565.1
  25. Kain, J. S. (2004). The Kain–Fritsch convective parameterization: An update. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 43(1), 170–181. https://doi.org/10.1175/1520-0450(2004)043<0170:TKCPAU>2.0.CO;2
  26. Kay, J. E., Bourdages, L., Miller, N. B., Morrison, A., Yettella, V., Chepfer, H., & Eaton, B. (2016). Evaluating and improving cloud phase in the Community Atmosphere Model version 5 using spaceborne lidar observations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 121(8), 4162–4176. https://doi.org/10.1002/2015JD024699
  27. King, J. C., Gadian, A., Kirchgaessner, A., Kuipers Munneke, P., Lachlan-Cope, T. A., Orr, A., Reijmer, C., van den Broeke, M. R., van Wessem, J. M., & Weeks, M. (2015). Validation of the summertime surface energy budget of Larsen C Ice Shelf (Antarctica) as represented in three high-resolution atmospheric models. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 120(4), 1335—1347. https://doi.org/10.1002/2014JD022604.
  28. Krakovskaia, S. V., & Pirnach, A. M. (2000). Theoretical study formation and development of antarctic cloudiness under different intensity of ice and cloud droplet nucleation. AIP Conference Proceedings, 534 (1), 467. https://doi.org/10.1063/1.1361908
  29. Krakovskaia, S., & Pirnach, A. (2003). Mesoscale and Microphysical Features of Frontal Rainbands in the Deep Depression of Explosive Cyclone Type over the Antarctic Peninsula. Ukrainian Antarctic Journal, 1, 85—92. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2003.629
  30. Lachlan-Cope, T., Listowski, C., & O’Shea, S. (2016). The microphysics of clouds over the Antarctic Peninsula – Part 1: Observations. Atmospheric Chemistry and Physics, 16 (24), 15605–15617. https://doi.org/10.5194/acp-16-15605-2016
  31. Listowski, C., & Lachlan-Cope, T. (2017). The microphysics of clouds over the Antarctic Peninsula — Part 2: modelling aspects within Polar-WRF. Atmospheric Chemistry and Physics, 17(17), 10195–10221. https://doi.org/10.5194/acp-17-10195-2017
  32. Mlawer, E. J., Taubman, S. J., Brown, P. D., Iacono, M. J., & Clough, S. A. (1997). Radiative transfer for inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated–k model for the longwave. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 102 (D14), 16663–16682. https://doi.org/10.1029/97JD00237
  33. NASA/METI/AIST/Japan Spacesystems and U.S./Japan ASTER Science Team (2019). ASTER Global Digital Elevation Model V003 [Data set]. NASA EOSDIS Land Processes DAAC. https://doi.org/10.5067/ASTER/ASTGTM.003
  34. Nicolas, J. P., Vogelmann, A. M., Scott, R. C., Wilson, A. B., Cadeddu, M. P., Bromwich, D. H., Verlinde, J., Lubin, D., Russell, L. M., Jenkinson, C., Powers, H. H., Ryczek, M., Sto ne, G., & Wille, J. D. (2017). January 2016 extensive summer melt in West Antarctica favoured by strong El Niño. Nature Communications, 8, 15799. https://doi.org/10.1038/ncomms15799
  35. Pishniak, D., & Beznoshchenko, B. (2020). Improving the detailing of atmospheric processes modelling using the Polar WRF model: a case study of a heavy rainfall event at the Akademik Vernadsky station. Ukrainian Antarctic Journal, 2, 26—41. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2020.650
  36. Rignot, E., Mouginot, J., Scheuchl, B., van den Broeke, M., van Wessem, M. J., & Morlighem, M. (2019). Four decades of Antarctic Ice Sheet mass balance from 1979–2017. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 116(4), 1095—1103. https://doi.org/10.1073/pnas.1812883116
  37. Rowe, P. M, Sepulveda, E., Neshyba, S. P., Caballero, M., Damiani, A., & Cordero, R. (2018). The radiative impact of clouds over the Antarctic Peninsula and Southern Ocean. 15th Conference on Cloud Physics/Atmospheric Radiation, 9–13 July 2018, Vancouver, BC. Retrieved September 20, 2020, from https://ams.confex.com/ams/15CLOUD15ATRAD/webprogram/Paper347761.html
  38. Skamarock, W. C., Klemp, J. B., Dudhia, J., Gill, D. O., Liu, Z., Berner, J., Wang, W., Powers, J. G., Duda, M. G., Barker, D., & Huang, X.-Y. (2019). A Description of the Advanced Research WRF Model Version 4 (No, NCAR/TN-556+STR), 145. https://doi.org/10.5065/1dfh-6p97
  39. Tewari, M., Chen, F., Wang, W., Dudhia, J., Le Mone, M. A., Mitchell, K., Ek, M., Gayno, G., Wegiel, J., & Cuenca, R. H. (2004). Implementation and verification of the unified NOAH land surface model in the WRF model. 20th Conference on Weather Analysis and Forecasting/16th Conference on Numerical Weather Prediction, 14.2A. Retrieved September 20, 2020, from https://ams.confex.com/ams/84Annual/techprogram/paper_69061.htm
  40. Thompson, G., Field, P. R., Rasmussen, R. M., & Hall, W. D. (2008). Explicit Forecasts of Winter Precipitation Using an Improved Bulk Microphysics Scheme. Part II: Implementation of a New Snow Parameterization. Monthly Weather Review, 136(12), 5095–5115. https://doi.org/10.1175/2008MWR2387.1
  41. Turner, J., Lachlan-Cope, T., Thomas, J. P., & Colwell, S. R. (1995). The synoptic origins of precipitation over the Antarctic Peninsula. Antarctic Science, 7(3), 327—337. https://doi.org/10.1017/S0954102095000447
  42. Vignon, É., Roussel, M.-L., Gorodetskaya, I. V., Genthon, C., & Berne, A. (2021). Present and Future of Rainfall in Antarctica. Geophysical Research Letters, 48(8), e2020GL092281. https://doi.org/10.1029/2020GL092281
  43. Wille, J. D., Favier, V., Dufour, A., Gorodetskaya, I. V., Turner, J., Agosta, C., & Codron, F. (2019). West Antarctic surface melt triggered by atmospheric rivers. Nature Geoscience, 12(11), 911–916. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0460-1
  44. Wille, J. D., Favier, V., Gorodetskaya, I. V., Agosta, C., Kittel, C., Beeman, J. C., Jourdain, N. C., Lenaerts, J. T. M., & Codron, F. (2021). Antarctic atmospheric river climatology and precipitation impacts. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 126(8), e2020JD033788. https://doi.org/10.1029/2020JD033788
  45. Yuter, S. E., Kingsmill, D. E., Nance, L. B., & Löffler-Mang, M. (2006). Observations of Precipitation Size and Fall Speed Characteristics within Coexisting Rain and Wet Snow. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 45(10), 1450–1464. https://doi.org/10.1175/JAM2406.1