aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2025-71-3-277-290aari-739Research ArticleМЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯMETEOROLOGY AND CLIMATOLOGYАнализ условий формирования гроз в районе НИС «Ледовая база Мыс Баранова»Study of thunderstorm formation conditions at the research station “Ice Base Cape Baranova”https://orcid.org/0009-0001-2250-3042СтарцевЛ. А.StartsevL. A.

Санкт-Петербург

Leonid A. Startsev

St. Petersburg

sla@aari.ruhttps://orcid.org/0009-0006-9643-3063ИльющенковаИ. А.IlyushchenkovaI. A.

Санкт-Петербург

Irina A. Ilyushchenkova

St. Petersburg

https://orcid.org/0009-0005-5729-2977ЁжиковаМ. А.YezhikovaM. A.

Санкт-Петербург

Marina A. Yezhikova

St. Petersburg

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstitutRussian FederationФГБОУ ВО Российский государственный гидрометеорологический университетРоссияRussian State Hydrometeorological UniversityRussian Federation202524092025713277290Copyright © Старцев Л.А., Ильющенкова И.А., Ёжикова М.А., 20252025Старцев Л.А., Ильющенкова И.А., Ёжикова М.А.Startsev L.A., Ilyushchenkova I.A., Yezhikova M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/739

В статье представлен обзор синоптических условий и анализ данных радиозондирования атмосферы, полученных на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база Мыс Баранова» ФГБУ «ААНИИ». Исследование охватывает четыре случая грозовой активности: в июне 2019 г., два случая в июне 2020 г. и в июле 2022 г., включая первую зарегистрированную грозу на станции, произошедшую 20 июня 2019 г. Основное внимание уделяется данным утреннего радиозондирования, использованным для построения аэрологических диаграмм и расчета индексов неустойчивости, таких как индекс Бойдена, K-индекс, Vertical Totals, Cross Totals, Total Totals. Анализ условий показал, что над районом формируются воздушные потоки юго-западных направлений, с более теплой, прогретой в летнее время континентальной части, на относительно более холодную северо-восточную акваторию Карского моря, акваторию моря Лаптевых, а также район архипелага Северная Земля. Обнаружено наличие температурной инверсии в приземном слое и устойчиво стратифицированной атмосферы во всех рассматриваемых случаях, что обычно препятствует грозовой активности. Тем не менее фактические случаи гроз выявляют необходимость пересмотра пороговых значений для прогнозирования гроз в условиях высокоширотной Арктики.

The paper study presents a review of synoptic conditions and an analysis of atmospheric radiosonde data collected at the “Ice Base Cape Baranova” research station, operated by the Federal State Budgetary Institution “AARI”. The station is located on the coast of the Shokal’sky Strait at the northern tip of Bolshevik Island (Severnaya Zemlya archipelago). The analysis includes four cases of thunderstorm activity: one case in June 2019, two cases in June 2020 and one case in July 2022. Notably, the first recorded thunderstorm at the station occurred on June 20, 2019. The analysis focused on morning radiosonde data (00:00 UTC) and aimed to construct and evaluate aerological diagrams and calculate various instability indices, including the Boyden Index, K-index, Vertical Totals, Cross Totals and Total Totals. The findings reveal diverse synoptic conditions at the surface, while the upper troposphere consistently exhibited the influence of baric trough from the southwest and height ridges from the southeast. In all the cases analyzed, a temperature inversion was observed in the surface layer, typically indicating stable atmospheric stratification. However, the actual occurrence of thunderstorms suggests alternative factors, such as orographic influences and warm air advection, may give rise to these convective processes.

Although the calculated instability indices generally remained below established thresholds, indicating a low probability of thunderstorms, thunderstorm events were nevertheless recorded. This discrepancy highlights the need to adapt existing criteria for predicting thunderstorm activity in the High Arctic. This study underscores the importance of further research to enhance understanding of atmospheric dynamics in Polar Regions and improve predictive models for convective weather phenomena.

Арктикагрозанеустойчивость атмосферыиндексы неустойчивостиконвекцияArcticthunder and lightningatmospheric instabilityinstability indicesconvectionИсследование выполнено в рамках НИТР 5.1 Росгидромета на 2025–2029 гг. «Развитие моделей, методов и технологий мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы, океана, морского ледяного покрова, ледников и вечной мерзлоты, процессов взаимодействия льда с природными объектами и инженерными сооружениями для Арктики»; регистрационный номер НИТР 125040704938-7The research was carried out within the framework of the scientific research and technology works 5.1 of Roshydromet for 2025–2029. “Development of models, methods and technologies for monitoring and forecasting the state of the atmosphere, ocean, sea ice cover, glaciers and permafrost (cryosphere), processes of interaction of ice with natural objects and engineering structures for the Arctic”; STW registration number 125040704938-7ReferencesТретий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. СПб.: Наукоемкие технологии; 2022. 124 с.Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. СПб.: Наукоемкие технологии; 2022. 124 с.Латонин М.М., Башмачников И.Л., Бобылёв Л.П. Явление арктического усиления и его движущие механизмы. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020;13(3):3–19. https://doi.org/10.7868/S2073667320030016Latonin M.M., Bashmachnikov I.L., Bobylev L.P. The Arctic amplification phenomenon and its driving mechanisms. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika = Fundamental and Applied Hydrophysics. 2020;13(3):3–19. (In Russ). https://doi.org/10.7868/S2073667320030016Saha J., Price C., Plotnik T., Guha A. Are thunderstorms linked to the rapid sea ice loss in theArctic? Atmospheric Research. 2023;294:106988. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.106988Saha J., Price C., Plotnik T., Guha A. Are thunderstorms linked to the rapid sea ice loss in theArctic? Atmospheric Research. 2023;294:106988. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.106988Holzworth R.H., Brundell J.B., McCarthy M.P., Jacobson A.R., Rodger C.J., Anderson T.S. Lightning in the Arctic. Geophysical Research Letters. 2021;48(7):e2020GL091366. https://doi.org/10.1029/2020GL091366Holzworth R.H., Brundell J.B., McCarthy M.P., Jacobson A.R., Rodger C.J., Anderson T.S. Lightning in the Arctic. Geophysical Research Letters. 2021;48(7):e2020GL091366. https://doi.org/10.1029/2020GL091366Chen Y., Romps D.M., Seeley J.T., Veraverbeke S., Riley W.J., Mekonnen Z.A., Randerson J.T. Future increases in Arctic lightning and fire risk for permafrost carbon. Nature Climate Change. 2021;11(5):404–410. https://doi.org/10.1038/s41558-021-01011-yChen Y., Romps D.M., Seeley J.T., Veraverbeke S., Riley W.J., Mekonnen Z.A., Randerson J.T. Future increases in Arctic lightning and fire risk for permafrost carbon. Nature Climate Change. 2021;11(5):404–410. https://doi.org/10.1038/s41558-021-01011-yKępski D., Kubicki M. Thunderstorm activity at high latitudes observed at manned WMO weather stations. International Journal of Climatology. 2022;42(15):1–23. https://doi.org/10.1002/joc.7678Kępski D., Kubicki M. Thunderstorm activity at high latitudes observed at manned WMO weather stations. International Journal of Climatology. 2022;42(15):1–23. https://doi.org/10.1002/joc.7678Xu D., Ren B., Lu G., Huang H., Zheng J., Kou L. A rare elevated thunderstorm crossing over the North Pole associated with an Arctic warming event. Advances in Atmospheric Sciences. 2025:42:1179–1194. https://doi.org/10.1007/s00376-024-4141-7Xu D., Ren B., Lu G., Huang H., Zheng J., Kou L. A rare elevated thunderstorm crossing over the North Pole associated with an Arctic warming event. Advances in Atmospheric Sciences. 2025:42:1179–1194. https://doi.org/10.1007/s00376-024-4141-7Williams E.R. Lightning and climate: A review. Atmospheric Research. 2005;76(1–4):272–287. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2004.11.014Williams E.R. Lightning and climate: A review. Atmospheric Research. 2005;76(1–4):272–287. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2004.11.014Price C. Lightning applications in weather and climate research. Surveys in Geophysics. 2013;34:755–767. https://doi.org/10.1007/s10712-012-9218-7Price C. Lightning applications in weather and climate research. Surveys in Geophysics. 2013;34:755–767. https://doi.org/10.1007/s10712-012-9218-7Finney D.L., Doherty R.M., Wild O., Stevenson D.S., MacKenzie I.A., Blyth A.M. A projected decrease in lightning under climate change. Nature Climate Change. 2018;8(3):210–213. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0072-6Finney D.L., Doherty R.M., Wild O., Stevenson D.S., MacKenzie I.A., Blyth A.M. A projected decrease in lightning under climate change. Nature Climate Change. 2018;8(3):210–213. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0072-6Mills B., Unrau D., Pentelow L., Spring K. Assessment of lightning-related damage and disruption in Canada. Natural Hazards. 2010;52(2):481–499. https://doi.org/10.1007/s11069-009-9391-2Mills B., Unrau D., Pentelow L., Spring K. Assessment of lightning-related damage and disruption in Canada. Natural Hazards. 2010;52(2):481–499. https://doi.org/10.1007/s11069-009-9391-2Boyden C. A simple instability index for use as a synoptic parameter. Meteorol. Mag. 1963;92:198–210.Boyden C. A simple instability index for use as a synoptic parameter. Meteorol. Mag. 1963;92:198–210.George J.J. Weather Forecasting for Aeronautics. New York, London: Academic Press; 1960. 684 p.George J.J. Weather Forecasting for Aeronautics. New York, London: Academic Press; 1960. 684 p.Miller R.C. Notes on analysis and severe storm forecasting procedures of the Air Force Global Weather Central. Technical Report. AWS, USAF, Scott AFB, IL; 1975.Miller R.C. Notes on analysis and severe storm forecasting procedures of the Air Force Global Weather Central. Technical Report. AWS, USAF, Scott AFB, IL; 1975.Крюкова С.В, Симакина Т.Е. Анализ температурных инверсий в Санкт-Петербурге. Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2015;40:150–159.Kryukova S.V., Simakina T.E. Analysis of temperature inversions in St. Petersburg. Ucheniye zapiski RGGMU = Scientific notes of RSHU. 2015;40:150–159. (In Russ).Данилова Н.Е., Кульгина Л.М., Семенова Ю.А., Закинян Р.Г. Исследование влияния параметров приземного слоя на развитие облачной конвекции. Наука. Инновации. Технологии. 2017;2:109–118.Danilova N.E., Kulygina L.M., Semenova Yu.A., Zakinyan R.G. Study of the parameters atmospheric boundary layer in the development of cloud convection. Nauka. Innovacii. Texnologii = Science. Innovations. Technologies. 2017;2:109–118. (In Russ.).Czernecki B., Taszarek M., Kolendowicz L., Szyga-Pluta K. Atmospheric conditions of thunderstorms in the European part of the Arctic derived from sounding and reanalysis data. Atmospheric Research. 2015;154:60–72. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2014.11.001Czernecki B., Taszarek M., Kolendowicz L., Szyga-Pluta K. Atmospheric conditions of thunderstorms in the European part of the Arctic derived from sounding and reanalysis data. Atmospheric Research. 2015;154:60–72. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2014.11.001Brown D.M., Kochtubajda B., Said R.K. A severe thunderstorm outbreak north of 70°N over the Canadian Arctic Islands with unusual lightning characteristics. Atmosphere-Ocean. 2020;58(4):231–242. https://doi.org/10.1080/07055900.2020.1792405Brown D.M., Kochtubajda B., Said R.K. A severe thunderstorm outbreak north of 70°N over the Canadian Arctic Islands with unusual lightning characteristics. Atmosphere-Ocean. 2020;58(4):231–242. https://doi.org/10.1080/07055900.2020.1792405Горбатенко В.П., Кречетова С.Ю., Беликова М.Ю., Нечепуренко О.Е. Сравнение индексов неустойчивости атмосферы, восстанавливаемых по данным радиозондирования и спектрорадиометра MODIS в дни с грозами, над территорией Западной Сибири. Метеорология и гидрология. 2015;5:10–19. https://doi.org/10.3103/S1068373915050015Gorbatenko V.P., Krechetova S.Yu., Belikova M.Yu., Nechepurenko O.E. The comparison of atmospheric instability indices retrieved from the data of radio sounding and MODIS spectroradiometer on thunderstorm days over West Siberia. Russ. Meteorol. Hydrol. 2015;40(5):289–295. https://doi.org/10.3103/S1068373915050015Popykina A., Ilin N., Shatalina M., Price C., Sarafanov F., Terentev A., Kurkin A. Thunderstorms near the North Pole. Atmosphere. 2024;15(3):310. https://doi.org/10.3390/atmos15030310Popykina A., Ilin N., Shatalina M., Price C., Sarafanov F., Terentev A., Kurkin A. Thunderstorms near the North Pole. Atmosphere. 2024;15(3):310. https://doi.org/10.3390/atmos15030310Soroka J., Bania M. Burze w Hornsundzie (SW Spitsbergen). Problemy Klimatologii Polarnej. 2013;23:137–146. (In Polish).Soroka J., Bania M. Burze w Hornsundzie (SW Spitsbergen). Problemy Klimatologii Polarnej. 2013;23:137–146. (In Polish).Нечепуренко O.E., Горбатенко В.П., Константинова Д.А., Севастьянов В.В. Индексы неустойчивости атмосферы и их пороговые значения, оптимальные для прогноза гроз над Сибирью. Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2018;2(368):44–59.Nechepurenko O.E., Gorbatenko V.P., Konstantinova D.A., Sevastyanov V.V. Instability indices and their thresholds for the forecast of thunderstorms over Siberia. Hydrometeorological research and forecasts. 2018;2(368):44–59. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.