Москва способствует возникновению частых и сильных конвективных явлений в нижних слоях атмосферы над своей территорией и к северо-востоку от нее. В городе чаще наблюдаются сильные ливни, ветры, сочетания этих явлений, а также крупные грады, чем на этой же территории при гипотетическом отсутствии Москвы на карте. Это прибавляет в среднем по четыре дождливых дня каждое лето. К таким выводам пришли климатологи, моделируя атмосферную конвекцию с учетом городской застройки. Результаты их исследования опубликованы в журнале Urban Climate.
Климат внутри городов, особенно крупных, заметно отличается от климата окрестностей. Наиболее широко известен эффект городского острова тепла: температура в городе всегда выше, чем за его пределами, и увеличивается к центру из-за особенностей застройки, циркуляции воздуха и большого количества непроницаемых поверхностей и покрытий. Но влияние городов на климат не ограничивается температурой. Известно, что они действуют на облачность, осадки и в целом на конвективные явления, в том числе экстремальные — ливневые дожди, смерчи, грады и другие.
Над городами могут возникать изолированные конвективные ячейки, усиливающие осадки: еще 40 лет назад было установлено, что в центре Чикаго их выпадает на 15 процентов больше, чем в его окрестностях. При этом некоторые исследования, напротив, указывают на возможность уменьшения количества осадков из-за эффекта городского барьера.
Российские ученые из МГУ имени Ломоносова, Института физики атмосферы РАН и еще нескольких организаций под руководством Александра Чернокульского (Alexander Chernokulsky) изучили влияние Москвы на экстремальные конвективные явления. Они применили высокоточную региональную климатическую модель COSMO-CLM и наблюдали с ее помощью за изменением суточного и часового количества осадков, скоростью ветра у поверхности, скоростью вертикального ветра и возникновением вихрей над городом в течение летних сезонов с 2007 по 2016 годы. Моделирование проводилось по двум сценариям — реальному URB с наличием городской застройки и гипотетическому noURB, который подразумевает отсутствие города на этом месте (для него используют все те же данные, но отключают слой городской застройки в модели).
Оказалось, что Москва усиливает любые конвективные явления, и чем они опаснее, тем более выраженной становится разница между урбанизированной и неурбанизированной территориями. Так, среднесуточное количество осадков в эксперименте URB было выше на 0,22 мм (не только в самом городе, но и в подветренной зоне к северо-востоку от него), а число дождливых дней выросло на четыря дня за сезон. Дней с экстремальными ливнями (более 30 миллиметров) стало больше на 20 процентов, а с осадками более 50 миллиметров — на 70 процентов.
Число случаев сильного ветра (скорость 20-35 метров в секунду) увеличилось на 30 процентов, а очень сильного ветра (быстрее 40 метров в секунду) — на 200-300 процентов. На 67 процентов выше был и индекс спиральности восходящего потока на высоте от двух до пяти километров UH25, который является прокси-переменной для мезоциклонов и связанных с ними шквалов, смерчей и крупного града. Примерно на 50 процентов выше в условиях города оказалась повторяемость событий с одновременным возникновением очень сильных ливней и очень сильного ветра.
Особенности городского климата в Москве может почувствовать любой ее житель, не прибегая к сложному математическому моделированию. Летом 2021 года ночи в ней стали по-настоящему тропическими — температура во время них не опускалась ниже 20 градусов по Цельсию. О причинах и последствиях этого явления можно прочитать в нашем материале «Сон в летнюю ночь».