Vol. 36, issue 05, article # 7

Abstract:

We quantified the seasonal/regional patterns and changes in cyclone activity in the atmosphere of the Northern Hemisphere and determined the contribution of extratropical cyclones to the formation of corresponding patterns and precipitation changes. It is established that the contribution of extratropical cyclones to the total amount of precipitation exceeds 60% on the whole; for regions with a high cyclone occurrence, it attains 75% in winter and 65% in summer. The strongest contribution is related to intense cyclones: 60% in winter and 35% in summer.

Keywords:

atmospheric cyclone, precipitation, Northern Hemisphere, reanalysis, trend

Figures:

References:

1. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Working Group I contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / V. Masson-Delmotte et al. (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, 2021. 2409 p.
2. Vtoroj otsenochnyj doklad ob izmeneniyah klimata i ih posledstviyah na territorii Rossijskoj Federatsii. M.: Rosgidromet, 2014. 1009 p.
3. Intensivnye atmosfernye vihri i ih dinamika / pod red. I.I. Mohova, M.V. Kurganskogo, O.G. Chkhetiani. M.: GEOS, 2018. 482 p.
4. Akperov M.G., Eliseev A.V., Mohov I.I., Semenov V.A., Parfenova M.R., Kenig T. Potentsial vetrovoj energetiki v arkticheskih i subarkticheskih shirotah i ego izmenenie v XXI veke po raschetam s ispol'zovaniem regional'noj klimaticheskoj modeli // Meteorol. i gidrol. 2022. N 6. P. 18–29.
5. Voskresenskaya E., Vyshkvarkova E. Extreme precipitation over the Crimean peninsula // Quatern. Int. 2016. V. 409. P. 75–80.
6. Akperov M.G., Eliseev A.V., Mohov I.I., Semenov V.A., Parfenova M.R., Kenig T. Potentsial vetrovoj energetiki v arkticheskih i subarkticheskih shirotah i ego izmenenie v XXI veke po raschetam s ispol'zovaniem regional'noj klimaticheskoj modeli // Meteorol. i gidrol. 2022. V. 19, N 5. P. 287–299. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-287-299.
7. Bardin M.Yu., Platova T.V. Izmeneniya sezonnyh pokazatelej ekstremumov temperatury vozduha v Moskve i tsentral'nyh oblastyah evropejskoj chasti Rossii // Meteorol. i gidrol. 2020. N 7. P. 20–35.
8. Mohov I.I. Izmeneniya klimata: prichiny, riski, posledstviya, problemy adaptatsii i regulirovaniya // Vestn. RAN. 2022. V. 92, N 1. P. 3–14.
9. Mohov I.I. Sezonnye osobennosti izmenenij povtoryaemosti ekstremal'nyh pogodno-klimaticheskih yavlenij v rossijskih regionah v poslednie desyatiletiya // Meteorol. i gidrol. 2023. (in print).
10. Neu U., Akperov M.G., Benestad R., Blender R., Caballero R., Cocozza A., Dacre H., Feng Y., Grieger J., Gulev S., Hanley J., Hewson T., Hodges K., Inatsu M., Keay K., Kew S.F., Kindem I., Leckebusch G.C., Liberato M., Lionello P., Mokhov I.I., Pinto J.G., Raible C.C., Reale M., Rudeva I., Schuster M., Simmonds I., Sinclair M., Sprenger M., Tilinina N.D., Trigo I.F., Ulbrich S., Ulbrich U., Wang X.L., Wernli H., Xia L. IMILAST – a community effort to intercompare cyclone detection and tracking algorithms: Quantifying method-related uncertainties // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 2013. V. 94, N 4. P. 529–547.
11. Mohov I.I., Mohov O.I., Petuhov V.K., Hajrullin R.R. Vliyanie global'nyh klimaticheskih izmenenij na vihrevuyu aktivnost' v atmosfere // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 1992. V. 28, N 1. P. 11–26.
12. Mohov I.I., Mohov O.I., Petuhov V.K., Hajrullin R.R. O vliyanii oblachnosti na vihrevuyu aktivnost' atmosfery pri izmeneniyah klimata // Meteorol. i gidrol. 1992. N 1. P. 5–11.
13. Gulev S.K., Zolina O., Grigoriev S. Extratropical cyclone variability in the Northern Hemisphere winter from the NCEP/NCAR reanalysis data // Clim. Dyn. 2001. V. 17, N 10. P. 795–809.
14. Bardin M.Yu., Polonskij A.B. Severoatlanticheskoe kolebanie i sinopticheskaya izmenchivost' v Evropejsko-Atlanticheskom regione v zimnij period // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2005. V. 41, N 2. P. 3–13.
15. Akperov M.G., Bardin M.Yu., Volodin E.M., Golitsyn G.S., Mohov I.I. Funktsii raspredeleniya veroyatnostej tsiklonov i antitsiklonov po dannym reanaliza i modeli klimata IVM RAN // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2007. V. 43, N 6. P. 764–772.
16. Golitsyn G.S., Mohov I.I., Akperov M.G., Bardin M.Yu. Funktsii raspredeleniya veroyatnosti dlya tsiklonov i antitsiklonov v period 1952–2000 years: instrument dlya opredeleniya izmenenij global'nogo klimata // Dokl. RAN. 2007. V. 413, N 2. P. 254–256.
17. Akperov M.G., Mohov I.I. Otsenki chuvstvitel'nosti tsiklonicheskoj aktivnosti v troposfere vnetropicheskih shirot k izmeneniyu temperaturnogo rezhima // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2013. V. 49, N 2. P. 129–136.
18. Messmer M., Simmonds I. Global analysis of cyclone-induced compound precipitation and wind extreme events // Weather Clim. Extremes. 2021. V. 32. P. 100324.
19. Chernokul'skij A.V., Eliseev A.V., Kozlov F.A., Korshunova N.N., Kurganskij M.V., Mohov I.I., Semenov V.A., Shvets' N.V., Shihov A.N., Yarynich Yu.I. Opasnye atmosfernye yavleniya konvektivnogo haraktera v Rossii: nablyudaemye izmeneniya po razlichnym dannym // Meteorol. i gidrol. 2022. N 5. P. 27–41.
20. Berry G., Reeder M.J., Jakob C. A global climatology of atmospheric fronts // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. L04809. DOI: 10.1029/2010GL046451.
21. Simmonds I., Keay K., Bye J. Identification and climatology of Southern Hemisphere mobile fronts in a modern reanalysis // J. Clim. 2011. V. 25. P. 1945–1962.
22. Catto J.L., Jakob C., Berry G., Nicholls N. Relating global precipitation to atmospheric fronts // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. P. L10805. DOI: 10.1029/2012GL051736.
23. Hawcroft M.K., Shaffrey L.C., Hodges K.I., Dacre H.F. How much northern hemisphere precipitation is associated with extratropical cyclones? // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. P. L24809.
24. Hawcroft M., Walsh E., Hodges K., Zappa G. Significantly increased extreme precipitation expected in Europe and North America from extratropical cyclones // Environ. Res. Lett. 2018. V. 13, N 12. P. 124006.
25. Hawcroft M.K., Shaffrey L.C., Hodges K.I., Dacre H.F. Can climate models represent the precipitation associated with extratropical cyclones? // Clim. Dyn. 2016. V. 47, N 3–4. P. 679–695. DOI: 10.1007/s00382-015-2863-z.
26. Booth J.F., Naud C.M., Willison J. Evaluation of extratropical cyclone precipitation in the North Atlantic basin: An analysis of ERA-Interim, WRF, and two CMIP5 models // J. Climate. 2018. V. 31, N 6. P. 2345–2360. DOI: 10.1175/JCLI-D-17-0308.1.
27. Zhang Z., Colle B.A. Changes in extratropical cyclone precipitation and associated processes during the twenty-first century over eastern North America and the Western Atlantic using a cyclone-relative approach // J. Climate. 2017. V. 30, N 21. P. 8633–8656. DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0906.1.
28. Pfahl S., Wernli H. Quantifying the relevance of cyclones for precipitation extremes // J. Climate. 2012. V. 25, N 19. P. 6770–6780. DOI: 10.1175/JCLI-D-11-00705.1.
29. Mohov I.I., Semenov V.A., Hon V.Ch. Otsenki vozmozhnyh regional'nyh izmenenij gidrologicheskogo rezhima v XXI century na osnove global'nyh klimaticheskih modelej // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2003. V. 39, N 2. P. 150–165.
30. Mohov I.I., Akperov M.G. Vertikal'nyj temperaturnyj gradient v troposfere i ego svyaz' s pripoverhnostnoj temperaturoj po dannym reanaliza // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2006. V. 42, N 4. P. 467–475.
31. Akperov M.G., Mohov I.I., Dembitskaya M.A., Parfenova M.R., Rinke A. Osobennosti temperaturnoj stratifikatsii i ee izmenenij v troposfere arkticheskih shirot po dannym reanaliza i model'nym raschetam // Meteorol. i gidrol. 2019. N 2. P. 19–27.
32. Sun B., Groisman P.Ya., Mokhov I.I. Recent changes in cloud type frequency and inferred increases in convection over the United States and the Former USSR // J. Climate. 2001. V. 14. P. 1864–1880.
33. Chernokulsky A.V., Bulygina O.N., Mokhov I.I. Recent variations of cloudiness over Russia from surface daytime observations // Environ. Res. Lett. 2011. V. 6. P. 035202.
34. Chernokulsky A., Kozlov F., Zolina O., Bulygina O., Mokhov I., Semenov V.A. Observed changes in convective and stratiform precipitation in Northern Eurasia over the last five decades // Environ. Res. Lett. 2019. V. 14. P. 045001–17.
35. Hersbach H.B., Bell B., Berrisford P., Hirahara Sh., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Schepers 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 Ph., Lupu C., Radnoti G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thépaut J.-N. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146. P. 1999–2049.
36. Lavers D.A., Simmons A., Vamborg F., Rodwell M.J. An evaluation of ERA5 precipitation for climate monitoring // Q. J. R. Meteorol Soc. 2022. V. 148. P. 3152–3165.
37. Akperov M., Rinke A., Mokhov I.I., Semenov V.A., Parfenova M.R., Matthes H., Adakudlu M., Boberg F., Christensenefn J.H., Dembitskaya M.A., Dethloff K., Fettweis X., Gutjahr O., Heinemann G., Koenigk T., Koldunov N.V., Laprise R., Mottram R., Nikiéma O., Sein D., Zhang W. Future projections of cyclone activity in the Arctic for the 21st century from regional climate models (Arctic-CORDEX) // Glob. Planet. Change. 2019. V. 182. P. 103005.
38. Simmonds I., Keay K. Extraordinary September Arctic sea ice reductions and their relationships with storm behavior over 1979–2008 // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. P. L19715. DOI: 10.1029/2009GL039810.
39. Akperov M.G., Mohov I.I. Sravnitel'nyj analiz metodov identifikatsii vnetropicheskih tsiklonov // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2010. V. 46, N 5. P. 620–637.
40. Ulbrich U., Leckebusch G.C., Grieger J., Schuster M., Akperov M., Bardin M.Yu., Feng Y., Gulev S., Inatsu M., Keay K., Kew S.F., Liberato M.L.R., Lionello P., Mokhov I.I., Neu U., Pinto J.G., Raible C.C., Reale M., Rudeva I., Simmonds I., Tilinina N.D., Trigo I.F., Ulbrich S., Wang X.L., Wernli H., and the IMILAST team. Are greenhouse gas signals of Northern Hemisphere winter extra-tropical cyclone activity dependent on the identification and tracking algorithm? // Meteorologische Zeitschrift. 2013. V. 22, N 1. P. 61–68.