Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Анализ современных режимов внетропических циклонов в тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по данным реанализа и модельным расчетам

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Анализ современных режимов внетропических циклонов в тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по данным реанализа и модельным расчетам"

005009427

На правах рукописи

Акперов Мирсеид Габиль оглы

Анализ современных режимов внетропических циклонов в тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по данным реанализа и модельным расчетам

Специальность 25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2б шгш

Москва - 2012

005009427

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики атмосферы им. A.M. Обухова Российской академии наук

Научный руководитель:

член-корр. РАН, доктор физико-математических наук Мохов Игорь Иванович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ФГБУ Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН

Защита диссертации состоится "16" февраля 2012 г. в 14:00 на заседании Диссертационного совета Д 002.096.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук (119017, Москва, Пыжевский пер., д.З).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН.

Автореферат разослан "Л" января 2012 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 002.096.01

член-корр. РАН, доктор физико-математических наук Гулев Сергей Константинович доктор физико-математических наук Курганский Михаил Васильевич

кандидат географических наук

Краснокутская Л.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В земной атмосфере наблюдается большое разнообразие волновых и вихревых движений. Особый интерес представляют вихри синоптического масштаба, циклоны и антициклоны, в атмосфере внетропических широт. Внетропические циклоны и антициклоны играют важную роль в формировании регионального климата и его изменений.

В последние десятилетия (1РСС, 2007) отмечены значительные изменения глобальной приповерхностной температуры, с которыми связаны изменения режимов циклонических вихрей синоптического масштаба, в том числе их количества, времени жизни, интенсивности и размеров.

Работ, посвященных исследованию циклонической активности и ее изменений в атмосфере внетропических широт много, с широким спектром полученных результатов. При этом актуален анализ общих закономерностей в связи с глобальными климатическими изменениями с оценкой роли различных механизмов и обратных связей в формировании тенденций изменения режимов внетропических циклонов.

Целью данной работы является разносторонний анализ изменений параметров внетропических циклонов в атмосфере Северного полушария (СП) при изменении температурного режима - с использованием разных данных реанализа и модельных расчетов разной степени детальности, со сравнением различных методов детектирования циклонов.

Для достижения поставленной цели в диссертации ставились следующие задачи:

1. Провести сравнение характеристик внетропических циклонов СП с

з

использованием разных методов идентификации и разных данных реанализа с различным пространственным разрешением (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM).

2. Количественно оценить параметры чувствительности характеристик внетропических циклонов к изменению температурного режима СП на основе данных реанализа и модельных расчетов.

3. Получить оценки роли различных факторов в формировании изменений характеристик внетропических циклонов при изменении температурного режима СП на основе данных реанализа и модельных расчетов.

4. Провести разносторонний анализ изменений различных характеристик внетропических циклонов при возможных изменениях климата в XXI в. с учетом антропогенных воздействий.

Научная новизна и основные результаты работы:

1. На основе проведенного сравнительного анализа при общем соответствии характеристик внетропических циклонов СП, полученных с использованием разных методов и данных с различным временным и пространственным разрешением, отмечены количественные различия в зависимости от минимальной интенсивности детектируемых вихрей.

2. На основе современных данных и модельных расчетов получены количественные оценки параметров чувствительности количества, размеров и плотности упаковки на сфере внетропических циклонов СП к изменению температурного режима в атмосфере СП.

3. Количественно оценены изменения различных характеристик внетропических циклонов СП, в том числе их количества, интенсивности, длительности, размеров, степени их упаковки на сфере и общего действия, по

расчетам с климатическими моделями при возможных изменениях климата в XXI

в. с учетом антропогенных воздействий.

Научная и практическая значимость результатов:

1. Результаты могут быть использованы для диагностики тенденций региональных и глобальных климатических изменений.

2. Результаты могут быть использованы при валидации глобальных климатических моделей.

Личный вклад автора:

Автор принимал участие во всех этапах работы, в том числе в формулировке задач и интерпретации полученных результатов. Основные результаты диссертационной работы получены автором лично. Автором были проведены все расчеты, связанные с анализом используемых данных наблюдений и модельных результатов.

Апробация работы и публикации:

Результаты диссертации были представлены на семинарах Лаборатории теории климата и Отдела климатических исследований ИФА им. A.M. Обухова РАН, Лаборатории метеорологической метеорологии НЦНИ (Париж, Франция, 2008, 2009), Департамента почвы, окружающей среды и атмосферных наук Университета Миссури (Колумбия, США, 2009, 2010), на Международной конференции по проблемам гидрометеорологической безопасности (Москва, 2007), в отчетном годовом докладе Президента РАН (Москва, 2007), на ежегодных Всероссийских конференциях молодых ученых "Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы" (Звенигород, Нижний Новгород, Борок, 2006-2010 гг.), на Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (Вена, Австрия, 2010, 2011), на Европейской конференции IMILAST (Интерлакен,

Швейцария, 2011).

Результаты диссертации опубликованы в 17 работах, в том числе в 8 -входящих в список Высшей аттестационной комиссии. Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Рукопись содержит 109 страниц, 33 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 110 названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, перечислены основные этапы исследования и результаты.

Глава 1 посвящена сравнению характеристик внетропических циклонов СП с использованием разных методов идентификации циклонов и разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM). Проведено сравнение различных характеристик внетропических циклонов, полученных на основе трех методов идентификации для Северного полушария (20-80° с.ш.) по 60-летним данным реанализа для полей приповерхностного атмосферного давления. В том числе, проведен анализ количества циклонов, их интенсивности, размеров и времени жизни. Сделаны оценки влияния орографических эффектов при идентификации циклонов и их траекторий. Сопоставлены характеристики внетропических циклонов при использовании разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM) с различным пространственным разрешением (табл. 1.1).

Данные реанализа Период (месяц/год) Временное разрешение (часы) Пространственное разрешение

NCEP/NCAR 01/1948-06/2009 6 2.5их 2.5°

ERA-40 09/1957-08/2002 6 2.5U х 2.5°

ERA-INTERIM 01/1989-04/2009 6 1.5°х 1.5°

Таблица 1.1. Характеристики используемых данных.

В разделе 1.1 описываются методы идентификации внетропических циклонов, а также используемые реанализы (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM) для полей приповерхностного атмосферного давления с различным пространственным и спектральным разрешением.

Используются следующие методы идентификации циклонов: Метод I (далее I) описан в (Бардин и Полонский, 2005; Акперов и др., 2007). Этот метод, как и большинство методов, основан на стандартном выделении циклона, как области пониженного давления, ограниченной замкнутыми изобарами. В данной работе использовалась модифицированная версия метода I (Акперов и Мохов, 2010).

Алгоритм метода II идентификации циклонов и их траекторий описан в (Gulev et al., 2001). Рассматриваются лишь те циклоны, значения давления в центре которых не более 1015 гПа и время жизни не менее 24 ч. В траекторию объединялись два ближайших циклона в последовательные моменты времени (при шаге по времени 6 часов) с расстоянием между их центрами менее 10°.

Метод III описан в (Serreze et al., 1997). Каждый циклон идентифицируется как область пониженного давления с замкнутыми изобарами с шагом 1 гПа. Траектории определялись при условии, что максимальное расстояние, на которое может переместиться циклон за 6 часов (шаг по времени) не может превышать 800 км (при максимальной скорости циклона 133 км/ч) и изменение давления в центре при этом не должно превышать 20 гПа.

В разделе 1.2 проводится сравнение характеристик внетропических циклонов для разных регионов (внетропические широты, Евро-Атлантический и Тихоокеанский сектор СП), полученных различными методами идентификации циклонов с использованием данных реанализа для полей приповерхностного атмосферного давления.

годы

Рис. 1.1. Межгодовые вариации общего количества внетропических циклонов N (нормированные на среднее значение <№> для периода 1948-2007 гг.) по данным МСЕР/ЫСАЯ реанализа для Евро-Атлантического (а) и Тихоокеанского (б) секторов и в целом для СП (в), полученные с использованием различных методов (I, II, III) идентификации циклонов.

Отмечено общее согласие анализировавшихся методов за исключением количества циклонов, полученных на основе метода III (рис. 1.1). Это связано с

дискретным шагом по давлению при идентификации циклонов этим методом.

Отмечено также, что с учетом областей с существенным влиянием орографических эффектов идентифицируется на 6% больше циклонов, чем без их учета.

В разделе 1.3 проводится сравнение характеристик внетропических циклонов, определенных по трем разным данным реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM), с использованием метода I.

Количество циклонов, идентифицированных на основе разных данных реанализа, различается. Наибольшее количество циклонов отмечено с использованием ERA-INTERIM реанализа с более детальным пространственным разрешением, наименьшее - по данным NCEP/NCAR реанализа (табл. 1.2).

Период Реанализ СП (1989-1998) СП (1999-2008)

Зима NCEP/NCAR ERA-40 ERA-INTERIM 593 (±13) 570 (±26) 696 (±18) 600 (±19) 792 (±34)

Лето NCEP/NCAR ERA-40 ERA-INTERIM 621 (±18) 696 (±30) 719 (±10) 637 (±11) 810 (±37)

Год NCEP/NCAR ERA-40 ERA-INTERIM 2383 (±35) 2434 (±82) 2814 (±45) 2417 (±30) 3209 (±77)

Таблица 1.2 Количество внетропических циклонов СП в среднем за год и для различных сезонов по данным реанализа NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM для периода 1989-2008 гг., определенное с использованием метода I. В скобках приведены среднеквадратические отклонения (СКО) для межгодовой изменчивости.

По данным с более грубым пространственным разрешением (NCEP/NCAR, ERA-40) отмечено меньшее количество мелких циклонов. Это связано с невозможностью идентификации циклонов с размерами меньше пространственного разрешения используемых данных. По более детальным данным ERA-INTERIM реанализа выявляются и наиболее глубокие циклоны.

(бр)2, (гПа)2

<8р)2,(гПа)2

Рис. 1.2. Кумулятивные распределения числа внетропических атмосферных вихрей в зависимости от величины (бр)2, характеризующей энергию вихря, по данным реанализа и расчетам с КМОЦ ИВМ РАН для периода 1952-2100 гг. (при сценарии 811Е8-А2 для XXI века, а) для циклонов, б) для антициклонов.

В разделе 1.4 проводится анализ функций распределения числа синоптических вихрей в зависимости от их интенсивности (энергии) и площади (Акперов и др., 2007; Голицын и др., 2007). Отмечено, что кумулятивные

распределения количества внетропических циклонов СП в зависимости от их интенсивности и площади имеют экспоненциальный характер как по данным реанализа, так и по модельным расчетам (рис. 1.2). При этом для экстремальных циклонов их повторяемость уменьшается быстрее экспоненты, а для экстремальных антициклонов - наоборот - медленнее экспоненты. Дефицит экстремальных циклонов уменьшает риск их неблагоприятных последствий, тогда как повышенная вероятность экстремальных антициклонов увеличивает риск таких неблагоприятных последствий как засухи летом и экстремальные морозы зимой.

В разделе 1.5 проводится обсуждение результатов главы 1.

Глава 2 посвящена исследованию чувствительности параметров циклонической активности в атмосфере внетропических широт СП с температурным режимом на основе эмпирических данных, а также с использованием сравнительно простой модели, описывающей взаимосвязь внетропических циклонов с температурным режимом.

В разделе 2.1 проведен анализ связи вертикальной температурной стратификации тропосферы СП с приповерхностной температурой.

Средние значения у для тропосферы определялись на основе линейной регрессии (Мохов и Акперов, 2006)

T{z) = m-yz

по температурным среднемесячным и среднегодовым данным на стандартных уровнях в атмосфере (1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150 и 100 гПа) от поверхности до уровня тропопаузы. Уровень тропопаузы изменялся от 300 гПа в полярных широтах до 100 гПа - в тропических.

Величина вертикального градиента температуры у в тропосфере СП в целом близка к 6.1 К/км, над сушей около 6.2 К/км, а над океаном около 6.1 К/км. При

этом величина у уменьшается от 6.5 К/км в низких широтах до 4.5 К/км в приполярных.

По изменениям величины у во времени (годовом ходе, межгодовой изменчивости) на основе линейных регрессий у = а„+а1Т,

оценивались значения сЗу/сИ, - параметра чувствительности у к изменениям приповерхностной температуры Т, (коэффициент линейной регрессии ау).

Значения ¿у/йТ„ - параметра чувствительности у к изменению Г,, для СП в годовом ходе получены около 0.910"2 км"1 над океаном, 3.910"2 км'1 над континентами и 2.3 10"2 км'1 для полушария в целом. Соответствующие величины по данным в межгодовой изменчивости получены около 4.МО"2 км'1 для СП в целом, 4.2 10"2км"' над океанами и 3.8 Ю"2 км над континентами.

Полученные положительные значения йу/с1Т5 в целом характеризуют положительную климатическую обратную связь через вертикальный градиент температуры и свидетельствуют об уменьшении статической устойчивости тропосферы в целом при глобальном потеплении. Наряду с общей тенденцией увеличения у с ростом Г, отмечены режимы с обратной тенденцией - главным образом над океаническими областями.

В разделе 2.2 проведен анализ чувствительности параметров внетропических циклонов к климатическим изменениям с помощью модели циклонической и антициклонической активности в атмосфере внетропических широт, связанной с характеристиками температурной стратификации атмосферы (далее ММПХ-модель) (Мохов и др., 1992) в сопоставлении с данными на основе 60-летних данных (1948-2007 гг.) ЫСЕР/ЫСАЯ реанализа. (При построении ММПХ-модели в качестве основного механизма генерации синоптических возмущений в атмосфере средних и высоких широт принималась бароклинная неустойчивость квазизонального потока.)

Чувствительность количества циклонов (М) к изменению приповерхностной температуры Т5 оценивалась на основе ММПХ-модели

3 (-сгг^/аг,) 1 <Цу.-у)1<ГГ, N ~ 2Т, Г„ 2 (г,-Г)

или в случае сухой (безоблачной) атмосферы

1 аы = з \<иг.-гУ<п',

N сП'1 ~ 2Т, Т, 2 (/.-/) Здесь Тер - перепад температуры между экватором и полюсом, у, = уа -{уа -г,,)5: где уа— сухоадиабатическое значение вертикального градиента температуры в тропосфере у, уеа - влажно-адиабатический градиент, 8 - доля объема тропосферы, занятая облачностью (в простейшем случае вклад облачности учитывается долей покрытого облаками небосвода п), в ММПХ-модели. При 3=0 в сухой атмосфере Г, = Га-

(1/NXdN/dTJ, УК

Широты СП, град реанализ 1948-2007 гг. ММПХ-модель

сухая атмосфера с учетом влажности

20-80° -0.027(±0.012) -0.047 -0.029

Таблица 2.1. Оценки параметра чувствительности (!/N)(dN/dTj для внетропических широт (20-80°) СП в целом по данным реанализа и на основе ММПХ-модели для сухой атмосферы и с учетом влажности.

В табл. 2.1 представлены модельные оценки параметра чувствительности для внетропических широт СП в целом, полученные по данным реанализа и в рамках ММПХ-модели. Оценка параметра чувствительности для

внетропических широт СП в целом для ММПХ-модели с учетом влажности близка к оценке по данным реанализа и соответствует уменьшению N в среднем за год примерно на 3% при увеличении приповерхностной температуры СП на 1 К. Для модели сухой (безоблачной) атмосферы этот параметр чувствительности для полушария в целом по абсолютной величине почти вдвое больше, чем по данным реанализа (но всего на одну пятую больше верхней границы интервала неопределенности на уровне СКО).

Соответствующие модельные и эмпирические оценки были сделаны и для других характеристик внетропических циклонов, в том числе для их характерных размеров Ь и плотности упаковки Д на сфере.

Чувствительность размеров внетропических циклонов к изменению температурного режима можно оценить, используя в качестве характерного масштаба циклона радиус деформации Россби Оценка для параметра

в сухой атмосфере указывает, что

чувствительности Ыт,

т <гт °

возможны режимы и с (ИВ/(Л'1 > 0, и сИ^с1Та < 0 в зависимости от тенденций изменения характеристик статической устойчивости атмосферы (у и частоты Брента - Вяйсяля АО.

При общей положительной корреляции вертикального градиента температуры у в тропосфере для полушария в целом с приповерхностной температурой над океаническими областями проявляется также отрицательная корреляция и в годовом ходе и в межгодовой изменчивости. Подобная тенденция характерна и для бароклинной атмосферы с неизменной статической устойчивостью или со слабой тенденцией ее уменьшения при потеплении (с малыми по сравнению с (уа - у)/Т, величинами йу/йТ^. При достаточно сильной тенденции ослабления статической устойчивости при > 0 значения Ьк

уменьшаются при увеличении 7^.

Эмпирические оценки параметра чувствительности сИ/сПГ, размеров внетропических циклонов Ь к изменению температуры Г, были получены с использованием данных реанализа на основе линейной регрессии Ь на Т3.

В табл. 2.2 представлены оценки параметра чувствительности (1/1)(д.ид.Т!) К'1 для разных широтных зон СП по данным реанализа и на основе модельных расчетов для сухой атмосферы и с учетом влажности. Согласно табл. 2.2 проявляются тенденции уменьшения характерных размеров внетропических циклонов с ростом приповерхностной температуры по 60-летним данным реанализа, но эти тенденции статистически незначимые. При этом оценки параметра чувствительности (1/Ь)(сИ/с1Ть) по данным реанализа находятся в диапазоне модельных оценок для сухой атмосферы и с учетом влажности. В целом для внетропических широт СП модельные оценки (1/1)(с11Ус1Т^ находятся в диапазоне от -0.002 К'1 для сухой атмосферы до -0.019 К'1 с учетом влажности.

(1/1)(йШТХ 1/К

Широты СП, град реанализ 1948-2007 гг. ММПХ-модель

сухая атмосфера с учетом влажности

20-40 -0.0008(±0.0131) -0.0001 -0.033

40-60 -0.0016(±0.0096) -0.0013 -0.021

60-80 -0.0046(±0.0061) -0.0049 -0.011

Таблица 2.2. Оценки параметра чувствительности (111)(йУсП'!) К" для разных широтных зон СП по данным реанализа и на основе модельных расчетов для сухой атмосферы и с учетом влажности.

Оцененная по 60-летним данным МСЕР/ЫСАЯ реанализа (для 1948-2007 гг.) среднегодовая плотность упаковки внетропических циклонов для СП (доля площади земной поверхности, покрытой циклонами (или антициклонами)) Д=0.08(±0.01), а для холодного и теплого сезонов - 0.09(±0.01) и 0.07(±0.01), соответственно. В скобках приведены стандартные отклонения соответствующих оценок. Эти оценки соответствуют свободной упаковке циклонов на сфере в

ММПХ-модели, в которой бароклинные вихри с характерным размером порядка масштаба Россби Ьк находятся друг от друга на расстоянии порядка радиуса затухания взаимодействия бароклинных вихрей Ьо (масштаба Обухова).

При этом по модельным оценкам среднегодовая величина Д в сухой атмосфере для современного климата равна 0.11. В случае влажно-насыщенной атмосферы в ММПХ-модели Д=0.05. В целом оценки степени упаковки внетропических циклонов в реальной атмосфере находятся в диапазоне модельных оценок для предельных случаев сухой и влажно-насыщенной атмосферы.

Сделаны оценки чувствительности плотности упаковки внетропических циклонов к изменению приповерхностной температуры согласно

1_¿(А®) _ (сШс/Г.) (сК/</Г,)

Л« с!Т, N Я

где (^^Т,) _ парамеТр чувствительности количества циклонов N к изменению

приповерхностной температуры Г,, а . параметр чувствительности

площади внетропических циклонов 5 к изменению температуры

Полученная с использованием 60-летних данных >1СЕР/ЫСАЯ реанализа

(1948-2007 гг.) оценка -0.025(±0.013) К"1 для СП в целом соответствует

№ ОТ

уменьшению плотности упаковки внетропических циклонов на полусфере на 2.5% при увеличении приповерхностной температуры на 1К. Эта тенденция связана с

(ЖШ) _

общим уменьшением числа внетропических циклонов СП: ——— - -

0.027(±0.012) К'1 без существенных изменений характерных размеров

„ {сБЮГ) „п внетропических циклонов. Параметр чувствительности - для СП в целом

по данным реанализа оценен незначимым (значение соответствующего

коэффициента регрессии 5 на Т на порядок меньше СКО).

Оценено влияние меридионального и вертикального градиента температуры в тропосфере на изменение количества и размеров внетропических циклонов по данным ЫСЕР/ЫСАЯ реанализа. Получено, что для разных широтных зон меняется относительное влияние вертикального градиента температуры и меридионального градиента температуры.

В разделе 2.3 проводится обсуждение результатов главы 2.

Глава 3 посвящена анализу возможных изменений характеристик внетропических циклонов СП при изменениях климата. Проведен анализ характеристик внетропических циклонов по данным ЫСЕР/КСАЯ реанализа и по расчетам с климатическими моделями общей циркуляции (КМОЦ) ИВМ РАН и 1Р8Ь СМ4 для XX и XXI веков.

В разделе 3.1 проведен анализ изменчивости параметров циклонов на основе модельных расчетов (КМОЦ ИВМ РАН и 1Р8Ь СМ4) для XX века для внетропических широт в целом и Евро-Атлантического сектора в сопоставлении с данными МСЕР/ЫСА11 реанализа. Анализировались параметры внетропических циклонов в зависимости от их минимального времени жизни.

В разделе 3.2 проведен анализ изменений параметров циклонов внетропических широт СП в целом и Евро-Атлантического сектора в XX и XXI веках по расчетам с КМОЦ ИВМ РАН и 1Р8Ь СМ4 с учетом возможных антропогенных воздействий, в частности при сценарии 8ЛЕ8-А2 для XXI века.

Для XXI века на основе модельных расчетов наряду со значимым уменьшением среднегодового количества внетропических циклонов для СП в целом, а также для теплого и холодного сезонов (табл. 3.1) отмечено увеличение количества зимних интенсивных циклонов, в частности над Евро-Атлантическим сектором.

Для Евро-Атлантического сектора при статистически значимом уменьшении в

XXI веке количества сравнительно слабых внетропических циклонов отмечено значимое увеличение количества циклонов с интенсивностью в диапазоне от 15 до 30 гПа.

Отмечено значимое уменьшение количества мелких циклонов, а также увеличение крупных циклонов для СП в целом. Для Евро-Атлантического сектора в целом, а также для сезонов статистически значимое уменьшение количества циклонов отмечено для диапазона размеров до 1000 км и статистически незначимое увеличение количества крупных (с характерным радиусом более 1000 км) внетропических циклонов.

сезон период Евро-Атлантический СП

сектор

Зима I -0.8 -2.5

II -8.9 -6.5

Лето I -9.2 -5.7

II -13.7 -9.9

Год I -5.3 -3.9

II -11.8 -8.4

Таблица 3.1. Изменение (%) количества внетропических циклонов СП, а также для Евро-Атлантического сектора в среднем за год и для различных сезонов по модельным расчетам (КМОЦ IPSL СМ4) к середине (I) и к концу (II) XXI века относительно конца XX века: I - (2041-2060 гг.) - (1981-2000 гг.), II - (2081-2100 гг.) - 1981-2000 гг. Выделены значимые изменения (на уровне 95%).

В разделе 3.3 проводится обсуждение результатов главы 3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенного анализа получены следующие основные результаты: 1. Проведено сравнение различных параметров внетропических циклонов с использованием разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM) и методов идентификации синоптических вихрей. Выявлены количественные различия характеристик внетропических циклонов Северного полушария - их

числа, размеров, интенсивности и времени жизни, связанные с временным и пространственным разрешением анализируемых данных и методами идентификации, а также с орографическими эффектами.

2. Получено, что кумулятивные распределения количества циклонов и антициклонов в зависимости от их интенсивности и площади имеют экспоненциальный вид как по данным реанализа, так и по модельным расчетам. При этом для экстремальных циклонов их повторяемость уменьшается быстрее экспоненты, а для экстремальных антициклонов - наоборот - медленнее экспоненты.

3. Сделаны оценки чувствительности количества, размеров, интенсивности и плотности упаковки внетропических циклонов к изменению температурного режима на основе 60-летних данных реанализа. В целом для внетропических широт СП по данным реанализа отмечено уменьшение общего количества внетропических циклонов и плотности их упаковки с ростом приповерхностной температуры.

4. На основе сравнительно простой модели сделаны оценки чувствительности количества, размеров и плотности упаковки внетропических циклонов к изменению температурного режима в тропосфере в сопоставлении с данными реанализа. Отмечено общее согласие модельных оценок с полученными на основе данных реанализа.

5. Оценено влияние меридионального и вертикального градиента температуры в тропосфере на изменение количества и размеров внетропических циклонов по 60-летним данным реанализа в сопоставлении с оценками на основе сравнительно простой модели. Получено, что относительное влияние вертикального градиента температуры в тропосфере и меридионального градиента температуры различается для разных широтных зон СП.

6. Наряду со значимым уменьшением количества внетропических циклонов при

возможных антропогенных изменениях в XXI веке анализ функций распределения количества циклонов в зависимости от их интенсивности по расчетам с климатическими моделями общей циркуляции выявил увеличение количества экстремальных циклонов, в частности зимой над Евро-Атлантическим регионом.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Акперов М.Г., Мохов И.И. Оценки чувствительности циклонической активности в тропосфере внетропических широт к изменению температурного режима//Изв. РАН. ФАО. 2012. Т.48. (в печати).

2. Akperov M.G., Mokhov I.I. Estimation of tendencies of change for different characteristics of extratropical cyclones and anticyclones in the Northern Hemisphere // EGU General Assembly, Vienna, Austria. 2011. Geoph. Res. Abstracts. V. 13. EGU2011-1688.

3. Mokhov I.I., Akperov M.G., Vetrova A.A. Russian heat wave and blockings activity changes // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No. 1578.2011. P.7-13.

4. Akperov M.G., Mokhov I.I. Comparison of extratropical cyclones characteristics obtained from different reanalyses by three methods // EGU General Assembly, Vienna, Austria. 2010. Geoph. Res. Abstracts. V. 12. EGU2010-1722.

5. Акперов М.Г., Мохов И.И. Сравнительный анализ методов идентификации внетропических циклонов // Изв. РАН. ФАО. 2010. Т.46. № 5. С.620-637.

6. Мохов И.И., Чернокульский А.В., Акперов М.Г., Дюфрен Ж.-Л., Ле Трет Э. Изменения характеристик циклонической активности и облачности в атмосфере внетропических широт северного полушария по модельным расчетам в сопоставлении с данными реанализа и спутниковыми данными // ДАН. 2009. Т.424. № 3. С.393-397.

7. Mokhov I.I., Akperov M.G., Dufresne J.-L., Le Treut H. Cyclonic activity and its

total action over extratropical latitudes in Northern Hemisphere from model simulations // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No. 2009. P.07.9-07.10.

8. Акперов М.Г. Особенности изменчивости глобальных полей давления по данным NCEP/NCAR реанализа // XII междунар. конф. молодых ученых. "Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы". Борок. 2008. С. 17.

9. Акперов М.Г., Бардин М.Ю., Володин Е.М., Голицын Г.С., Мохов И.И. Функции распределения вероятностей циклонов и антициклонов по данным реанализа и модели климата ИВМ РАН // Изв. РАН. ФАО. 2007. Т.43. № 6. С.764-772.

10. Голицын Г.С., Мохов И.И., Акперов М.Г., Бардин М.Ю. Функции распределения вероятности для циклонов и антициклонов в период 1952-2000 гг.: инструмент для определения изменений глобального климата // ДАН. 2007. Т.413. № 2. С.254-256.

11. Голицын Г.С., Мохов И.И., Акперов М.Г., Бардин М.Ю., Володин Е.М. Оценки гидрометеорологических рисков и функций распределения вероятности атмосферных вихрей по данным реанализа и моделям климата // Проблемы анализа риска. 2007. Т.4. № 1. С.27-37.

12. Akperov M.G. Tropospheric lapse rate and its relation to surface temperature for warm and cold seasons from reanalysis data // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No. 1397. 2007. P.02.01-02.02.

13. Мохов И.И., Акперов М.Г., Лагун B.E., Луценко Э.И. Интенсивные арктические мезоциклоны // Изв. РАН. ФАО. 2007. Т.43. №> 3. С.291-297.

14. Mokhov I.I., Akperov M.G., Chernokulsky A.V., Dufresne J.-L., Le Treut H. Comparison of cloudiness and cyclonic activity changes over extratropical latitudes in Northern Hemisphere from model simulations and from satellite and reanalysis data //

Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No.1397. 2007. P.07.15-07.16.

15. Мохов И.И., Акперов М.Г. Вертикальный температурный градиент в тропосфере и его связь с приповерхностной температурой по данным реанализа // Изв. РАН. ФАО. 2006. Т.42. № 4. С.467-475.

16. Мохов И.И., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Хон В.Ч., Акперов М.Г., Аржанов М.М., Карпенко А.А., Тихонов В.А., Чернокульский А.В., Сигаева Е.В.. Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА РАН // ДАН. 2005. Т.402. № 2. С 243-247.

17. Mokhov I.I., Akperov M.G. Intense Arctic and Antarctic mesocyclones (polar lows) and their variability // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No.l 161. 2003. P.02.09-02.10.

Подписано в печать: 13.01.12

Объем: 1,0 усл.п.л. Тираж: 100 экз. Заказ № 7036 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, Проспект Вернадского д.39 (495) 363-78-90; www.reglet.ru

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Акперов, Мирсеид Габиль оглы

Введение

1. Анализ методов идентификации внетропических циклонов и их характеристик на основе разных данных

1.1 Используемые данные и методы анализа.

1.2 Сравнение характеристик внетропических циклонов на основе разных методов идентификации.

1.3 Сравнение характеристик внетропических циклонов на основе разных данных.

1.4 Анализ функций распределений числа синоптических вихрей в зависимости от их интенсивности (энергии) и размера.

1.5 Обсуждение результатов главы 1.

2. Взаимосвязь циклонической активности в атмосфере внетропических широт Северного полушария с температурным режимом

2.1 Связь вертикальной температурной стратификация тропосферы с приповерхностной температурой.

2.2 Оценки чувствительности циклонической активности в тропосфере внетропических широт к изменению температурного режима.

2.3 Обсуждение результатов главы 2.

3. Тенденции изменения характеристик внетропических циклонов при изменениях климата

3.1 Циклоническая активность во внетропических широтах СП по расчетам с климатическими моделями общей циркуляции в сопоставлении с данными реанализа.

3.2 Возможные изменения циклонической активности во внетропических широтах в XXI веке.

3.3 Обсуждение результатов главы 3.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Анализ современных режимов внетропических циклонов в тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по данным реанализа и модельным расчетам"

В земной атмосфере наблюдается большое разнообразие волновых и вихревых движений. Особый интерес представляют вихри синоптического масштаба, циклоны и антициклоны, в атмосфере внетропических широт. Внетропические циклоны и антициклоны играют важную роль в формировании регионального климата и его изменений.

В последние десятилетия (IPCC, 2007) отмечены значительные изменения глобальной приповерхностной температуры, с которыми связаны изменения режимов циклонических вихрей синоптического масштаба, в том числе их количества, времени жизни, интенсивности и размеров.

Работ, посвященных исследованию циклонической активности и ее изменений в атмосфере внетропических широт много, с широким спектром полученных результатов. При этом актуален анализ общих закономерностей в связи с глобальными климатическими изменениями с оценкой роли различных механизмов и обратных связей в формировании тенденций изменения режимов внетропических циклонов.

Целью данной работы является разносторонний анализ изменений параметров внетропических циклонов в атмосфере Северного полушария (СП) при изменении температурного режима - с использованием разных данных реанализа и модельных расчетов разной степени детальности, со сравнением различных методов детектирования циклонов.

Для достижения поставленной цели в диссертации ставились следующие задачи:

1. Провести сравнение характеристик внетропических циклонов СП с использованием разных методов идентификации и разных данных реанализа с различным пространственным разрешением (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM).

2. Количественно оценить параметры чувствительности характеристик внетропических циклонов к изменению температурного режима СП на основе данных реанализа и модельных расчетов.

3. Получить оценки роли различных факторов в формировании изменений характеристик внетропических циклонов при изменении температурного режима СП на основе данных реанализа и модельных расчетов.

4. Провести разносторонний анализ изменений различных характеристик внетропических циклонов при возможных изменениях климата в XXI в. с учетом антропогенных воздействий.

Научная новизна и основные результаты работы:

1. На основе проведенного сравнительного анализа при общем соответствии характеристик циклонов СП, полученных с использованием разных методов и данных с различным временным и пространственным разрешением, отмечены количественные различия в зависимости от минимальной интенсивности детектируемых вихрей.

2. На основе современных данных и модельных расчетов получены количественные оценки параметров чувствительности количества, размеров и плотности упаковки на сфере внетропических циклонов СП к изменениию температурного режима в атмосфере СП.

3. Количественно оценены изменения различных характеристик внетропических циклонов СП, в том числе их количества, интенсивности, длительности, размеров, степени их упаковки на сфере и общего действия, по расчетам с климатическими моделями при возможных изменениях климата в XXI в. с учетом антропогенных воздействий.

Научная и практическая значимость результатов:

1. Результаты могут быть использованы для диагностики тенденций региональных и глобальных климатических изменений.

2. Результаты могут быть использованы при валидации глобальных климатических моделей.

Личный вклад автора:

Автор принимал участие во всех этапах работы, в том числе в формулировке задач и интерпретации полученных результатов. Основные результаты диссертационной работы получены автором лично. Автором были проведены все расчеты, связанные с анализом используемых данных наблюдений и модельных результатов.

Апробация работы и публикации:

Результаты диссертации были представлены на семинарах Лаборатории теории климата и Отдела климатических исследований ИФА им. A.M. Обухова РАН, Лаборатории динамической метеорологии НЦНИ (Париж, Франция, 2008, 2009), Департамента почвы, окружающей среды и атмосферных наук Университета Миссури (Колумбия, США, 2009, 2010), на Международной конференции по проблемам гидрометеорологической безопасности (Москва, 2007), в отчетном годовом докладе Президента РАН (Москва, 2007), на ежегодных Всероссийских конференциях молодых ученых "Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы" (Звенигород, Нижний Новгород, Борок, 2006-2010 гг.), на Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (Вена, Австрия, 2010, 2011), на Европейской конференции IMILAST (Интерлакен, Швейцария, 2011).

Результаты диссертации опубликованы в 17 работах, в том числе в 8 -входящих в список Высшей аттестационной комиссии.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Акперов, Мирсеид Габиль оглы

Заключение

Полученные результаты позволяют сформулировать следующие основные выводы:

1. Проведено сравнение различных параметров внетропических циклонов СП с использованием разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM) и методов идентификации синоптических вихрей. Выявлены значительные количественные различия характеристик циклонов СП - их числа, размеров, интенсивности и времени жизни, связанные с временным и пространственным разрешением анализируемых данных и методами идентификации, а также с орографическими эффектами.

2. Получено, что кумулятивные распределения количества циклонов и антициклонов в зависимости от их интенсивности и площади имеют экспоненциальный вид как по данным реанализа, так и по модельным расчетам. При этом для экстремальных циклонов их повторяемость уменьшается быстрее экспоненты, а для экстремальных антициклонов - наоборот - медленнее экспоненты.

3. Сделаны оценки изменений количества, размеров и плотности упаковки внетропических циклонов СП к изменению температурного режима на основе 60-летних данных реанализа. В целом для внетропических широт на основе данных реанализа отмечено уменьшение общего количества внетропических циклонов и плотности их упаковки с ростом приповерхностной температуры.

4. На основе сравнительно простой модели сделаны оценки чувствительности количества, размеров и плотности упаковки внетропических циклонов к изменению температурного режима в тропосфере в сопоставлении с данными реанализа. Отмечено общее согласие модельных оценок с полученными на основе данных реанализа.

5. Оценено влияние меридионального градиента приповерхностной температуры и вертикального градиента температуры в тропосфере на изменение количества и

91 размеров внетропических циклонов по данным 60-летним данным реанализа в сопоставлении с оценками на основе сравнительно простой модели. Получено, что относительное влияние вертикального градиента температуры в тропосфере и меридионального градиента температуры различается для разных широтных зон СП.

6. Наряду со значимым уменьшением количества внетропических циклонов при ^ возможных антропогенных изменениях в XXI веке анализ функций распределения количества циклонов в зависимости от их интенсивности по расчетам с климатическими моделями общей циркуляции выявил увеличение количества экстремальных циклонов, в частности, зимой над Евро-Атлантическим регионом.

В заключение автор выражает глубокую благодарность И.И. Мохову за научное руководство диссертационной работой. Автор выражает признательность Г.С. Голицыну и всем сотрудникам Лаборатории теории климата ИФА РАН за многочисленные полезные обсуждения.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Акперов, Мирсеид Габиль оглы, Москва

1. Акперов М.Г., Бардин М.Ю., Володин Е.М., Голицын Г.С., Мохов И.И. Функции распределения вероятностей циклонов и антициклонов по данным реанализа и модели климата ИВМ РАН // Изв. РАН ФАО. 2007. Т. 43. № 6. С. 764772.

2. Акперов М.Г., Мохов И.И. Оценки чувствительности циклонической активности в тропосфере внетропических широт к изменению температурного режима // Изв. РАН. ФАО. 2012. Т. 48. (в печати).

3. Акперов М.Г., Мохов И.И. Сравнительный анализ методов идентификации внетропических циклонов //Изв. РАН. ФАО. 2010. Т. 46. № 5. С. 620-637.

4. Бардин М.Ю. Основные моды изменчивости повторяемости циклонов зимой в Атлантическом секторе // Метеорология и гидрология. 2000. № 1. С. 42-52.

5. Бардин М.Ю., Полонский А.Б. Северо-Атлантическое колебание и синоптическая изменчивость в Европейско-Атлантическом регионе в зимний период //Изв. РАН. ФАО. 2005. Т. 41. № 2. С. 147-157.

6. Володин Е.М., Дианский H.A. Отклик совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана на увеличение содержания углекислого газа // Изв. РАН ФАО. 2003. Т. 39. №2. С. 193-210.

7. Вульфсон А.Н. Приложение методов теории подобия и статистики Больцмана к построению функции распределения конвективных термиков по размерам в пограничном слое атмосферы // Изв. РАН. ФАО. 1997. Т. 33. № 5. С. 771-778.

8. Гилл А. Динамика атмосферы и океана. М.:Мир. 1986. Т.2. 415 С.

9. Голицын Г.С. Статистика и энергетика тропических циклонов // ДАН. 1997. Т. 354. № 4 .С.535-538.

10. Голицын Г.С., Мохов И.И., Акперов М.Г., Бардин М.Ю., Володин Е.М. Оценки гидрометеорологических рисков и функций распределения вероятности атмосферных вихрей по данным реанализа и моделям климата // Проблемы анализа риска. 2007. Т. 4. № 1. С. 27-37.

11. Голицын Г.С., Писаренко В.Ф., Родкин М.В., Ярошевич М.И. Статистические характеристики параметров тропических циклонов и проблема оценки риска // Изв. РАН. ФАО. 1999. Т. 35. № 6. С. 334-341.

12. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Колебания и изменения климата на территории России // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 2. С. 166-185.

13. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата // Метеорология и гидрология. 2004. № 4. Р. 50-66.

14. Гряник В.М., Доронина Т.Н., Мохов И.И., Тевс М.В. Тенденции изменения размеров вихревых образований в атмосфере в связи с климатическими изменениями // Изв. РАН. ФАО. 1993. Т. 29. № 5. С. 596-607.

15. Гулев С. К., Зверяев И. И., Мохов И. И. Вертикальный температурный градиент в тропосфере в зависимости от приповерхностного температурного режима // Изв. РАН. ФАО. 1991. Т. 27. № 4. С. 419 420.

16. Дымников В.П. Моделирование динамики влажной атмосферы. М.ЮВМ АН СССР. 1984. 76 С.

17. Дымников В.П. О динамике влажной атмосферы // Изв. РАН. ФАО. 1982. Т. 18. № 12. С. 1241-1246.

18. Дымников В.П. О развитии бароклинной неустойчивости в атмосфере с переменным параметром статической устойчивости // Изв. РАН. ФАО. 1978. Т. 14. № 5. С. 493-500.

19. Дымников В.П., Филатов А.Н. Устойчивость крупномасштабных атмосферных процессов. Л.:Гидрометеоиздат. 1990. 235 С.

20. Кароль И.Л. Введение в динамику климата. Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 215 С.

21. Курганский М.В. Введение в крупномасштабную динамику атмосферы. СПб: Гидрометеоиздат. 1993. 168 с.

22. Курганский М.В. Статистическое распределение интенсивных влажно-конвективных спиральных вихрей в атмосфере // ДАН. 2000. Т. 371. № 2. С. 240242.

23. Лагун В.Е., Язев А.И. Глобальное распределение и временная изменчивость параметров циклонических возмущений в атмосфере // ДАН. 1994. Т. 334. № 5. С. 642-645.

24. Мохов И. И. Анализ годового хода зонального температурного поля тропосферы и нижней стратосферы южного полушария // Метеорология и гидрология. 1986. № 1. С. 24-31.

25. Мохов И. И. Вертикальный температурный градиент в тропосфере и его связь с приповерхностной температурой по эмпирическим данным // Изв. РАН ФАО. 1983. Т. 19. №9. С. 913-917.

26. Мохов И.И. Диагностика структуры климатической системы. СПб: Гидрометеоиздат. 1993. 271 С.

27. Мохов И.И., Акперов М.Г. Вертикальный температурный градиент в тропосфере и его связь с приповерхностной температурой по данным реанализа // Изв. РАН ФАО. 2006. Т. 42. № 4. С. 467-475.

28. Мохов И.И., Акперов М.Г., Лагун В.Е., Луценко Э.И. Интенсивные арктические мезоциклоны // Изв. РАН ФАО. 2007. Т. 43. № 3. С. 291-297.

29. Мохов И.И., Гряник В.М., Доронина Т.Н., Лагун В.Е., Мохов О.И., Наумов Э.П., Петухов В.К., Тевс М.В., Хайруллин P.P. Вихревая активность в атмосфере: Тенденции изменения. Препринт №.2. М.: Институт физики атмосферы РАН. 1993. 96 с.

30. Мохов И.И., Мохов О.И., Петухов В.К., Хайруллин P.P. О влиянии облачности на вихревую активность атмосферы при изменениях климата // Метеорология и гидрология. 1992. № 1. С. 5-11.

31. Мохов И.И., Мохов О.И., Петухов В.К., Хайруллин P.P. Влияние глобальных климатических изменений на вихревую активность в атмосфере // Изв. РАН ФАО. 1992. Т. 28. № 1.С. 11-26.

32. Мохов И.И., Петухов В.К. Центры действия в атмосфере и тенденции их изменения // Изв. РАН ФАО. 2000. Т. 36. № з. С.321 329.

33. Рудева И. А. О связи количества внетропических циклонов с их размерами // Изв. РАН. ФАО. 2008. Т. 44. № 3. С. 1-7.

34. Филин С.К. Бароклинная неустойчивость в атмосфере с переменным параметром статической устойчивости \\ Изв. РАН. ФАО. 1984. Т. 20. № И. С. 1121-1127.

35. Хмелевцов С.С. Изучение климата при использовании энергобалансовых моделей. Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 149 С.

36. Шакина Н.П. Динамика атмосферных фронтов и циклонов. Л.: Гидрометеоиздат. 1985. 260 С.

37. Akperov M.G. Tropospheric lapse rate and its relation to surface temperature for warm and cold seasons from Reanalysis Data // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No. 1397. 2007. P.02.01-02.02.

38. Bengtsson L., Hodges К. I. and Roeckner E. Storm Tracks and Climate Change // J. Climate. 2006. V. 19. № 15. P. 3518-3543. doi: 10.1175/JCLI3815.1.

39. Blender R., Fraedrick K., Lunkeit F. Identification of cyclone track regimes in the North Atlantic // Q. J. R. Meteorol. Soc. 1997. V. 123. № 539. P. 727-741

40. Carnell R.E. and Senior C.A. Changes in mid-latitude variability due to increasing greenhouse gases and sulphate aerosols // Clim. Dynam. 1998. V. 14. № 5. P. 369-383. DOI: 10.1007/s003820050229

41. Charney J. G. The dynamics of long waves in a baroclinic westerly current // J. Meteor. 1947. V. 4. № 5. P. 135-162.

42. Chylek P., Kiehl J.T. Sensitivities of radiative-convective climate models // J. Atmos. Sci. 1981. V. 38. №5. P. 1105-1110.

43. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change // S. Solomon et al. Eds. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 2007. 996 p.

44. Dee D. P., with 35 co-authors. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2011. V. 137. № 656. P. 553-597.

45. Donohoe A. and Battisti D. Causes of Reduced North Atlantic Storm Activity in a CAM3 Simulation of the Last Glacial Maximum // J. Climate. 2009. V. 22. № 18. P. 263267. doi: 10.1175/2009JCLI2776.1.

46. Dotzek N., Kurgansky M. V., Grieser J., Feuerstein B., Nevir P. Observational evidence for exponential tornado intensity distributions over specific kinetic energy // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. № 11. P. 1-5. L24813. doi:10.1029/2005GL024583.

47. Eady E. Long waves and cyclone waves // Tellus. 1949. V.l. № 3. P.33-52.

48. Frederiksen J. S. and Frederiksen C. S. Interdecadal changes in southern hemisphere winter storm track modes // Tellus A. 2007. V. 59. № 5. P. 599-617. doi: 10.111 l/j.1600-0870.2007.00264.x.

49. Geng Q. and Sugi M. Possible change of extratropical cyclone activity due to enhanced greenhouse gases and sulfate aerosols—study with a high-resolution AGCM // J. Climate. 2003. V. 16. № 13. P. 2262-2274.

50. Grigoriev S., Gulev S., Zolina O. 2000. Innovative software facilitates cyclone tracking and analysis //Eos Transactions. AGU. 81: 170.

51. 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. № 10. P.795-809.

52. Hanson C. E., Palutikof J. P. and Davies T. D. Objective cyclone climatologies of the f North Atlantic a comparison between the ECMWF and NCEP Reanalyses // Clim. Dyn. 2004. V. 22. № 6-7. P. 757-769. doi: 10.1007/s00382-004-0415-z.

53. Holton J. R. An Introduction to Dynamic Meteorology. Fourth Edition. Elsevier Inc. 2004. 535 pp.

54. Hoskins B. J., Valdes P. J. On the existence of Strom-Tracks // J. Atmos. Sci. 1990. V. 47. № 15. P. 1854-1864.

55. Hummel J.R., Kuhn W.R. Comparison of radiative-convective models with constant andessure-dependent rates // Tellus. 1981. V. 33. № 3. P. 254-261.

56. Inatsu M. The neighbor enclosed area tracking algorithm for extratropical wintertime cyclones // J. Atmos. Sci. Letters. 2009. V. 10 № 4. P. 267-272.

57. Kalnay E., Cai M. Impact of urbanization and land-use change on climate // Nature. 2003. V. 423. P. 528-531.

58. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., et al. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project. // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1996. V. 77. № 3. P. 437-471.

59. Kidston J., Dean S. M., Renwick J. A. and Vallis G. K. A robust increase in the eddy length scale in the simulation of future climates // G. R. L. 2010. V. 37. № 3. P. 1-4. doi: 10.1029/2009GL041615.

60. Kistler R., Kalnay E., Collins W., et al. The NCEP 50-year reanalysis: monthly means CD-ROM and documentation // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2001. V. 82. № 2. P. 247-267.

61. Knippetz P., Ulbrich U. and Speth P. Changing cyclones and surface wind speeds over the North Atlantic and Europe in a transient GHG experiment // Climate Res. 2000. V. 15. №2. P. 109-122.

62. Konig W., Sausen R., Sielmann F. Objective identification of cyclones in GCM simulations // J. Climate. 1993. V. 6. № 12. P. 2217-2231.

63. Lambert S. J. The effect of enhanced greenhouse warming on winter cyclone frequencies and strengths // J. Climate. 1995. V. 8. № 5. P. 1447-1452.

64. Lambert S. J., Fyfe J. C. Changes in winter cyclone frequencies and strengths simulated in enhanced greenhouse warming experiments: results from the models participating in the IPCC diagnostic exercise // Clim. Dyn. 2006. V. 26. № 7-8. P. 713.

65. Le Treut H. and Kalnay E. Comparison of observed and simulated cyclone frequency distribution as determined by an objective method // Atmosfera. 1990. V.3. № 1. P.57-71.

66. Lindzen R.S., Farrell B. A simple approximate result for the maximum growth rate of baroclinic instabilities // J. Atmos. Sci. 1980. V. 37. № 7. P. 1648-1654.

67. Loeptien U., Zolina O., Gulev S., Latif M., Soloviov V. Cyclone life cycle ? characteristics over the northern hemisphere in coupled GCMs // Clim Dyn. 2008. V. 31. № 5. P. 507-532.

68. Mak M. Cyclogenesis in a conditionally unstable moist baroclinic atmosphere // Tellus A. 1994. V. 46. № 1. P. 14-33.

69. Mak M. On moist quasi-geostrophic baroclinic instability // J. Atmos. Sci. 1982. V. 39. № 9. P. 2028-2037.

70. Marti O., Braconnot P., Bellier Y. The New IPSL Climate System Model (IPSL Climate System Model. IPSL-CM 4. 2005. № 26.

71. McCabe G. J., Clark M. P., Serreze M. C. Trends in Northern Hemisphere surface cyclone frequency and intensity // J. Climate. 2001. V. 14. № 12. P. 2763-2768.

72. Mokhov I.I. Frequency distributions of atmospheric vortices and their variations. Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling // Ed. by H. Ritchie. WMO TD-No.987. 2000. P. 2.18-2.19.

73. Mokhov I.I. Frequency distributions of atmospheric vortices and their variations. Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling // Ed. by H. Ritchie. WMO TD-No.987. 2000. P. 2.18-2.19.

74. Mokhov I.I., Akperov M.G. Intense Arctic and Antarctic mesocyclones (polar lows) and their variability // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No.l 161. 2003. P.02.09-02.10.

75. Mokhov I.I., Priputnev S.G. Distribution functions of polar lows depending on size. Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling // Ed. By H. Ritchie. WMO/TD-No. 1064. 2001. P. 2.22-2.23.

76. Mokhov I.I., Priputnev S.G. Distribution functions of polar lows depending on size. Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling // Ed. By H. Ritchie. WMO/TD-No. 1064. 2001. P. 2.22-2.23.

77. Murray R. J., Simmonds I. A numerical scheme for tracking cyclone centers from digital data. Part I: Development and operation of the scheme // Australian Meteorological Magazine. 1991. V. 39. № 14. P. 155-166.

78. O'Gorman P. A. The Effective Static Stability Experienced by Eddies in a Moist Atmosphere//J. Atmos. Sci. 2011. V.68. № 1. P. 75-90. doi: 10.1175/2010JAS3537.1.

79. Oort A.H. Global atmospheric circulation statistics. 1958-1973 / NOAA Prof. Pap. No. 14. Princeton. 1983. 180 pp.

80. Oort A.H., Rasmussen E.M. Atmospheric circulation statistics / NOAA Prof. Pap. No.5. Rockville, MD. 1971. 323 pp.

81. Parrish D. F., Derber J. D. The National Meteorological Center spectral statistical interpolation analysis system//Mon. Wea. Rev. 1992. V. 120. P. 1747-176.

82. Phillips N. A. Energy transformations and meridional circulations associated with simple baroclinic waves in a two-level, quasi-geostrophic systems // Tellus. 1954. V. 6. № 3. P. 273-286.

83. Pinto J. G., Ulbrich U., Leckebusch G. C., Spangehl T., Reyers M., Zacharias S. Changes in storm track and cyclone activity in three SRES ensemble experiments with the ECHAM5/MPI-OM1 GCM // Clim. Dyn. 2007. V. 29. № 2-3. P. 195-210.

84. Raible C.C., Della-Marta P., Schwierz C., Wernli H., Blender R. Northern Hemisphere extratropical cyclones: A comparison of detection and tracking methods and different reanalyses // Mon. Wea. Rev. 2008. V. 136. № 3. P. 880-897.

85. Ramanathan V. Interactions between ice albedo, lapse rate and cloud-top feedbacks: an analysis // J. Atmos. Sci. 1977. V. 34. № 12. p. 1885-1897.

86. Rennick M.A. The parameterization of tropospheric lapse rates in terms of surface temperature // J. Atmos. Sci. 1977. V. 34. № 6. P. 854-862.

87. Rudeva I., Gulev S.K. Climatology of cyclone size characteristics and their changes during the cyclone life cycle // Mon. Wea. Rev. V. 135. № 7. P. 2568-2587

88. Schneider T., O'Gorman P.A, Levine X. J. Water vapor and the dynamics of climate changes // Rev. Geophys. 2010. V. 48. № RG3001. P .1-22. doi: 10.1029/2009RG000302.

89. Schneidereit A., Blender R., Fraedrich K. A radius-depth model for midlatitude cyclones in reanalysis data and simulations // Q. J. R. Met. Soc. 2010. V. 136. № 646. P. 50-60. doi: 10.1002/qj.523.

90. Schubert M., Perlwitz Ja., Blender R., Fraedrich K., Lunkeit F. North Atlantic cyclones in C02-induced warm climate simulations: Frequency, intensity, and tracks // Clim. Dyn. 1998. V. 14. № 11. P. 827-837. doi:10.1007/s003820050258.

91. Serreze M.C. Climatological aspects of cyclone development and decay in the Arctic //Atmos.-Ocean. 1995. V. 33. № 1. P. 1-23.

92. Serreze M.C., Carse F., Barry R.G., Rogers J.C. Icelandic Low cyclone activity:I

93. Climatological features, linkages with the NAO and relationships with recent changes in v the Northern Hemisphere circulation // J. Climate. 1997. V. 10. № 3. P. 453-464.

94. Sinclair M. R. An objective cyclone climatology for the Southern Hemisphere // Mon. Wea. Rev. 1994. V. 122. № 10. P. 2239-2256.

95. Sinclair M. R., Watterson I. G. Objective assessment of extratropical weather systems in simulated climate //J. Climate. 1999. V. 12. № 12. P. 3467-3485.

96. Stone P.H., Carlson J.H. Atmospheric lapse rate regimes and their parameterization // J. Atmos. Sci. 1979. V. 36. № 3. P. 415-423.

97. Teng H., Washington M., Meehl G. A. Interannual variations and future change of wintertime extratropical cyclone activity over North America in CCSM3 // Clim. Dyn. 2007. V. 30. № 7-8. P. 673-686. doi: 10.1007/s00382-007-0314-l.

98. Trigo I.F. Climatology and interannual variability of storm tracks in the Euro-Atlantic sector: A comparison between ERA-40 and NCEP/NCAR reanalyses // Clim. Dyn. 2006. V. 26. № 2-3. P.127-143.

99. Tsukernik M., Kindig D. N., Serreze M.C. Characteristics of Winter Cyclone Activity in the Northern North Atlantic: Insights from Observations and Regional Modeling // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. № D3. P. D03101. doi: 10.1029/2006JD007184.

100. Ulbrich U., Pinto J.G., Kupfer H., Leckebusch G.C., Spangehl T., Reyers M. Changing Northern Hemisphere Storm Tracks in an Ensemble of IPCC Climate Change Simulations //J. Climate. 2008. V. 21. № 8. P. 1669-1679. doi: 10.1175/2007JCLI 19921.

101. Uppala S.M., Kallberg P.W., Simmons A.J. et al. The ERA-40 re-analysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2005. V. 131. № 612. P. 2961-3012.

102. Wang X.L., Swail V.R., Zwiers F.W. Climatology and changes of extratropical cyclone activity: Comparison of ERA-40 with NCEP-NCAR reanalysis for 1958-2001 // J. Climate. 2006. V. 19. № 13. P. 3145-3166.

103. Yin J.H. A consistent poleward shift of the storm tracks in simulations of 21st century climate // G. R. L. 2005. V. 32. P. 1-18. doi:10.1029/2005GL023684

104. Zhang Y. and Wang W.-C. Model-Simulated Northern Winter Cyclone and Anticyclone Activity under a Greenhouse Warming Scenario // J. Climate. 1997. V. 10. №7. P. 1616-1634.