Атмосферные реки: структура и влияние на погоду¶

Атмосферные реки — это длинные и узкие коридоры в нижней тропосфере, по которым переносится водяной пар из тропических и субтропических широт в сторону полюсов. В поперечном сечении они представляют собой область повышенного влагосодержания, протяжённостью от 1000 до 6000 километров в длину и от 300 до 600 километров в ширину. Атмосферные реки являются частью глобальной циркуляции атмосферы и играют ключевую роль в переносе влаги, обеспечивая до 90 % меридионального переноса водяного пара в средних широтах, при том что занимают лишь около 10 % длины земной окружности.

¶Структура и формирование

Атмосферные реки формируются в зонах сильного горизонтального градиента температуры, как правило, перед холодными фронтами внетропических циклонов. Основным механизмом их возникновения является взаимодействие между тёплым влажным воздухом субтропиков и холодным полярным воздухом. В результате этого взаимодействия формируется узкий поток, в котором ветры достигают скорости 30–50 м/с на высоте около 1–2,5 км.

Вертикальная структура атмосферной реки включает:

• Приземный слой — относительно сухой, с возможными осадками в виде мороси.
• Ядро влаги — слой максимального влагосодержания на высоте 1–2 км, где сосредоточено до 70 % переносимой воды.
• Верхняя граница — обычно ограничена уровнем 3–4 км, выше которого влагосодержание резко падает.

Ключевой характеристикой атмосферной реки является интегральное содержание водяного пара в вертикальном столбе атмосферы (IWV). Для классификации явления используется порог IWV, превышающий 2 см, при этом сильные атмосферные реки характеризуются значениями более 4 см.

¶Классификация

Существует несколько шкал интенсивности атмосферных рек. Наиболее распространённая — пятибалльная шкала, разработанная в 2015 году:

¶Влияние на погоду

¶Осадки и наводнения

Атмосферные реки являются причиной значительной части осадков в западных прибрежных регионах континентов. На западном побережье Северной Америки, в частности в Калифорнии, с ними связано от 30 до 50 % годовой нормы осадков. При выходе атмосферной реки на сушу происходит орографическое поднятие влажного воздуха над горными хребтами, что приводит к интенсивным осадкам, нередко превышающим 200–300 мм за сутки.

Наиболее разрушительные наводнения в истории Калифорнии, включая «Великое наводнение» 1861–1862 годов, были вызваны серией последовательных атмосферных рек. Аналогичные явления характерны для западного побережья Европы, где они известны как «филлеры» и вызывают наводнения в Великобритании, Франции и Испании.

¶Снегопады и лавины

В холодное время года атмосферные реки приносят обильные снегопады в горные районы. В Альпах, Скалистых горах и на Камчатке они формируют значительную часть снежного покрова. Однако тёплый воздух, переносимый атмосферными реками, может вызывать дожди на высотах, где обычно выпадает снег, что приводит к быстрому таянию снежного покрова и образованию лавин.

¶Температурные аномалии

Атмосферные реки переносят не только влагу, но и тепло. Их выход в высокие широты вызывает резкие повышения температуры — так называемые «тепловые волны» в зимний период. В Арктике атмосферные реки способствуют ускоренному таянию морского льда, так как приносят тёплый влажный воздух и увеличивают поток длинноволновой радиации к поверхности.

¶Региональные особенности

¶Западное побережье Северной Америки

Наиболее изученный регион проявления атмосферных рек. Здесь явление получило название «Pineapple Express» («Ананасовый экспресс») из-за того, что влага поступает из района Гавайских островов. Атмосферные реки в этом регионе формируются в среднем 10–15 раз за сезон.

¶Западная Европа

Атмосферные реки, достигающие Европы, формируются в Атлантике и часто связаны с циклонами, движущимися вдоль Гольфстрима. Они приносят обильные осадки на Британские острова, в Скандинавию и на Пиренейский полуостров. В зимний период их активность усиливается.

¶Дальний Восток России

На Дальнем Востоке России атмосферные реки связаны с муссонной циркуляцией и тайфунами. Они приносят обильные осадки в Приморский край, на Сахалин и Камчатку. Летние атмосферные реки нередко вызывают наводнения в бассейне Амура.

¶Связь с изменением климата

Согласно климатическим моделям, глобальное потепление приводит к увеличению влагоёмкости атмосферы примерно на 7 % на каждый градус Цельсия. Это означает, что атмосферные реки становятся более интенсивными и влагонесущими. Исследования показывают, что частота и интенсивность сильных атмосферных рек (категории AR3 и выше) увеличивается, тогда как количество слабых явлений может сокращаться. Это создаёт повышенный риск наводнений в прибрежных регионах и одновременно усиливает засухи в районах, которые ранее получали влагу от слабых атмосферных рек.

¶Методы наблюдения

Основным инструментом наблюдения за атмосферными реками являются спутниковые микроволновые радиометры, позволяющие оценивать интегральное влагосодержание атмосферы. Наземные сети GPS-метеорологии также используются для измерения содержания водяного пара. Дополнительно применяются данные радиозондирования, самолётных исследований и метеорологических радаров.

¶Источники

• Ralph F. M., Dettinger M. D. Atmospheric Rivers: Floods and Water Supply // Weather and Climate Extremes, 2015.
• Gimeno L., Nieto R., Vázquez M., Lavers D. A. Atmospheric rivers: a mini-review // Frontiers in Earth Science, 2014.
• Dettinger M. D., Ralph F. M., Das T., Neiman P. J., Cayan D. R. Atmospheric Rivers, Floods and the Water Resources of California // Water, 2011.
• Zhu Y., Newell R. E. A Proposed Algorithm for Moisture Fluxes from Atmospheric Rivers // Monthly Weather Review, 1998.