Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование современных климатических изменений термической структуры глубоких слоев океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Исследование современных климатических изменений термической структуры глубоких слоев океана"

Ленинградский гидрометеорологический институт

На правах рукописи

АНТОНОВ Днон Иванович

УДК 551.455.7.

ИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ГЛУБОКИХ СЛОЕВ ОКЕАНА

Специальность 11.00.08 - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ленинград - 1990

Работа выполнена в Государственном ордена Трудового Красногс Знамени гидрологическом институте.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук

К.Я.Винников

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Д.В.Чаликов

кандидат физико-математических наук Ю.Ф„Сыздв

Ведущая организация: Государственный океанографический институт.

Защита диссертации состоится щ30щ 1990 г.

в „ часов на заседании Специализированного совета

Д.063.19.01 при Ленинградском гидрометеорологическом институте по адресу: 195196, Ленинград, Малоохтинский проспект, 98.

С диссертацией ыокно ознакомиться б библиотеке института. Автореферат разослан С£Л,к>я7рл/ хдэо г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор физико-математических наук

Л.Н.Карлин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность т?гмы. Проблема изменения климата привлекает в настоящее время внимание не только исследователей, но и самые широкие слои общества. На возникающие при этом вопросы о возможных масштабах и социально-экономических последствиях климатических изменений нельзя получить ответы без детального теоретического и эмпирического исследования изменений во всех звеньях глобальной климатической системы на протяжении по крайней мере последних ста лет.

Актуальная задача прогноза предстоящих изменений климата э настоящее время не может быть решена только путем численных экспериментов с моделями глобальной климатической системы. Основная трудность заключается, во-первых, в расхождении оценок, полученных по разным моделям и, во-вторых, в отсутствии достаточно полной эмпирической информации об изменчивости основных параметров климатической системы. Анализ материалов долговременных наблюдений за состоянием атмосферы и океана позволяет получить новые сведения об их климатической изменчивости, и тем самым, появляется возможность не только проверки реалистичности современных моделей, но и для их дальнейшего совершенствования.

Благодаря усилиям, предпринятым как в нашей стране, так и за рубежом по сбору, обработке и анализу данных о приземной температуре воздуха и температуре поверхности океана были получены столетние ряды глобально осредненной температуры, послужившие основой для анализа современных изменений в пограничном слое между атмосферой и океаном (М.ШЗудыко, К.Я.Вннников, Г.З.Груза, З.Джонс, Дк.Хансен, К.'Золланд и др.). Обнаруженное по этим данным повызение в текущем столетии средней глобальной температуры как воздуха, так и поверхности океана Стая называемое "глобальное потепление") вызвало интерес не только к причинам этих изменений климата, но и к проблеме реакции на этот климатический сигнал основных звеньев системы.

Интегральной характеристикой, отражающей изменение термического режима планеты и глобального водообмена, является средний уровень Мирового океана. В последнее время были предприняты попытки объяснить-наблюдаемый в XX столетии рост уровня Мирового океана как явление, обусловленное процессом глобального потепле-

ния (Р.К.Клиге, Р.Эткинс, Е.ЭпстеЙн, В.Горнитц и др.). Согласно модельным оценкам, одной га причин этого повышения уровня океана является эффект термического расширения его вод. Однако, практически отсутствует сведения как о сапой возможности существенных изменений температуры воды в толще океана, так и об их характерной величине для временных масштабов от десятка до сотни лет. Данные, представленные в работах В.Брокера, Да.Свифта, Д.Реммича, К.Бута, С.Левитуса и др., указывают на возможность значительных изменений за последние двадцать-тридцать лет температуры и солености глубоких слоев Северной Атлантики.

Анализ эмпирических данных о долгопериодных изменениях термической структуры глубоких слоев океана таким образом приобретает особую актуальность для дальнейшего углубления знаний о фор ыпровагаш и изменчивости глобального климата.

Пвль работы состояла в изучении реакции глубокого океана на современные глобальные климатические изменения на основе анализа всех иизвдкхся в СССР глубоководньк батометр.ическкх наблюдений за температурой воды и оценке вклада теплового расширения вод океана в общее изменение среднего уровня Мирового океана в текущем столетии..

Б связи с этим потребовалось решить следующие конкретные задачи:

- осуществить всесторонний анализ современного состояния информационной базы глубоководных океанологических наблюдений, возможности ее использования для обнаружения климатических изменений;

- разработать адекватную методику пространственно-временного осреднения данных и построить временные ряди средней температуры воды на различных глубинах океана;

- исследовать статистическую структуру временных рядов тешературы воды, оценить трендовые компоненты изменения температуры воды на разных глубинах при различных масштабах пространственного осреднения;

- исследовать в рамках простейшей одномерной климатической подели океана отклик глубоких слоев океана на изменение в текущей столетии средней тешературы поверхности океана;

= оценить вклад эффекта термического расширения воды в наблюдаемое повышение среднего уровня Мирового океана.

Методическая основа. В основе исследования лезат современные методы математической статистики (в частности, робастнке процедуры оценивания параметров статистического распределения) и вычислительной математики. Для выявления климатически значимых тенденций изменения термической структуры океана применен успез-но используемый в климатология метод пространственного осреднения данных.

Научная новизна. Впервые получены данные о долговременных изменениях вертикальной термической структуры северных частей Атлантического и Тихого океанов, со про воздающих современные изменения глобального климата. Для анализа изменений температуры воды глубокого океана впервые использовано пространственное осреднение данных по площадям, соизмеримым с размерами отдельных океанов северного полушария. Впервые по эмпирическим данным обнаружено существенное различие в современных изменениях вертикальной термической структуры Атлантического и Тихого океанов (в северном полушарии), что согласуется с имеющимися представлениями о физико-динамических различиях формирования глубинных вод этих океанов.

Практическая пенность. В работе получены дополнительные доказательства уникальной роли в целом северной части Атлантического океана, глубокие слои которого оказались весьма чувствительными к процесса!*, происходившим в глобальной климатической системе на протяжении последнего столетия.

Полученные■в работе данные об изменениях температуру,води двух океанов северного полупария на глубинах более ZOO м за двадцатипятилетний интервал временя могут быть использованы для верификации и совершенствования'моделей теории климата. Сформированный массив временных рядов температуры соды глубоких слоев океана может слуаить основой для проведения различных исследований временной динамики океаютчесетх процессов. Напри-;мэр, для асслздогагш Езааизсгязя тзргйсспзго paznm глубокого' oiteana с крупиогпсштабшга ахюкадайл тсглтзратурз согэрзгостп оке ara, no ixtzer пмзть больпоз сгячзяяз ддя согзргапстпованая ::спользуе:лп; сейчас сгсз додговрег^ппого прогаосз погоди.

Разработанная в работе процедура контроля Еабгздепяй за . температурой воды, осдогг~?л па по луга да робастных оценок статастя^осЕого распрэделапхя тегзоратуры гсхпи.ыозет быть

использована в качестве дополнения к принятой в Центре океанографических данных ВНИИГМИ-МЦД методике контроля данных глубоководных океанологических наблюдений.

Результаты работы использовались при выполнении исследований по темам плана НИР и ОКР Госкомгидромета и заданий ГКНТ, что отраиено в соответствующих отчетах (Ш ГР 01.64.0048882, 01.86.0039503, 01.8.900654444). Основные результаты диссертации включены в отчет Рабочей группы I Межправительственного Совета по проблеме изменения климата (1РСС, 1Э30).

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на конференциях молодых ученых и специалистов ГГИ (Ленинград, 1985, 1987); на Всесоюзной конференции "Гидрология 2000 года" (Москва, 1986); на Всесоюзной школе-семинаре "Актуальные проблемы океанологии" (Репино, 1987); на объединенном семинаре ЦОД и Отдела климатологии ВНИИГМИ-МЦД (Обнинск, 1987); на ХУ1 школе ША АН СССР "Теория климата Земли и планет" (Звенигород,

1988); на межведомственной конференции "Автоматизация и комплексная обработка гидрофизических наблюдений" (Севастополь,

1989); на семинаре ЛО ИО АН СССР (Ленинград, 1.990); на семинаре "Физическая океанография" в ГОИНе (Москва, 1990); на семинаре Отдела гидродинамических методов долгосрочных прогнозов ГМЦ СССР (Москва, 1990). ш

По теме диссертации опубликовано 6 работ (из 3 в соавторстве) и 2 статьи представлены для публикации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем работы 169 страниц машинописно го текста, в том числе 3 таблицы и 27 рисунков. Список использо ванной литературы включает 198 наименований, в том числе 114 -на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цель и основные задачи работы, дана краткая общая характеристика диссертации.

В первой главе, имеющей обзорный характер, рассматривается современное состояние вопроса о климатической изменчивости Мирового океана. Под климатической изменчивостью понимаются ко-роткопериодные (до десятка лет) и длиннопериодные (десятки лет)

изменения климата, которые по классификации нестационарных процессов в океане соответствуют межгоднчной и внутривековой изменчивости» В последние года бш опубликован ряд коллективных монографий и международных научных отчетов» в которых осуществлен всесторонний анализ современных изменений глобального климата п делается вывод об ограниченности кгзих знаний о климатической изменчивости Миро по го океазга, а особенно» его глубокие слоев.

Наблюдавшееся в текущем столетии повшениа среднего уровня Мирового океана со скоростью 10-20 см/100 лет рассматривают как явление, сопровождающее процесс глобального потепления (Т.Вар-нетт, В.Горнитц, Р.К.Кяиге и др.). От трети до половины этого роста уровня океана связывают с эффектом термического расширения .океанических вод, причем не верхнего слоя (толщиной до сотни метров), а нижележащего слоя до глубин не менее километра. Однако, соответствующее'повышение средней температуры верхнего, например, километрового слоя океана долгою было составить величину порядка нескольких десятых градуса, а такой сигнал является достаточно большим, чтобы исключить возможность его обглру-жения при анализе данных глубоководных океанологических наблюдений.

Имеются и другие свидетельства перспективности исследования современных климатических изменений температуры води глубоких слоев океана на основе анализа глубоководных океанологических данных. Уже первые попытки такого анализа, выполненные по небольшому количеству наблюдений п некоторых районах Северной Атлантики, показали необходимость пересмотра концепции о неизменности состояния глубокого океана на временных масштабах несколько десятилетий (К.Вунш, Д.Реммич» Дч.Лазиер, Дд.Свифт и др.). Правомочность таких взглядов подтверждается и недавно опубликованными результатами численных экспериментов с трехмерными моделями общей циркуляции атмосферы и океана по нестационарному отклику климатической системы на изменение содержания СО^ в атмосфере (С.Манабе, К.Брайзн, Н.Шлезингер и др.).

Однако, для выявления климатических трендов температуры поверхности океана потребовалось осуществить пространственное осреднение данных по площадям, соизмеримым с акваториями отдельных океанов (К.$олланд, Ф.Дгонс, А.Оорт и др.). Ложно преддояо-

пить, что адекватные метода пространственного осреднения всех кмзющ:о;ся батокзтричоских измерений оггаяутся эффективными и для выявления трзццов температуры соды глубоких слоев Мирового океана.

Во .второй ^гдат опиеызаэтся процедуры обработки архива данных гяубокоБоД!П£: океашлогичэских наблюдений, штодика контроля качества кабладегай, анализируется пространственно-временное распределение дгшшк» обсуцдгштсл' ограничения на пространствен-ныз и временные масштабы пр:: формировании вреыеннж рядов.

Н2обход1~™! услоЕкги достижения цзли являлось наличие на магнитных лонгах компактного и полного архива глубоководных океанологические наблюдений. Такой архив - "Интер" - был подготовлен в 1935 г.. с Цонтрз океанографических данных (ЦОД) ВНЖШ --ИД. Он занп:.:аст всего л:зь насколько магнитных лент я при-этог, кссочаеу даннцо пр:;5двдит.слькз 500 тысяч океанологических станций, викыоишак в океанах северного полушария, и на порядок меньше - для ваного полушария. Архив содержит материалы отечественных и зарубежных научных экспедиций, поступившие во ВШЗ'яМй-ЦЦД до 1984 г. При этом'наблюдения (температура, соленость и рассчитанная по. ним плотность) проинтерполированы на стандартные горизонты, а станции упорадочоны на магнитных лентах в порядке возрастания номеров пятиградусных квадратов Ыарсдена.

Вследствие малого количества океанологических станций, выполненных в южном полушарии, объектом исследования в настоящей работе стали только севзршэ части Атлантического (0-70° с.ш.) и Тихого (0-60° с.ш.) океанов^

Работа с архивом "Интер" была начата е исключают данных, относящихся к окраинным морям (объем вод которых относительно невелик и, следовательно, значимость возможных изменений в этих районах для проблемы изменения глобального климата такясе мала), и океанологически: станций, имеющих наблюдения лишь до глубин в насколько десятков метров. Затем были выявлены дубли океанологических станций и осуществлено слияние наборов данных по. каждому океану на отдельную магнитнуи ленту.

Учитывая, что солучзшая версия архива "Интер" еще не прошла в ЦОДе ВШШЛШЩ стздкз контроля качества данных, ока явилась составной частью настоящей работы. Была использована программа контроля дшпшх по методике ВНШШИ-ШД, :в соответствии с

которой осуществляется проверка данных на

- правильность сортировки по плтиградумпгл квадратам;

- соответствие наблюдений казскмальнш и мишэдцгьнкм сирот-гегм значениям;

- наличие инверсий в вертикальном распределении плотности

боды:

Аналпз сообщений об ошибках показал, что п болызппствз случаев они обусловлены инверсиями в вертикально!.! распределении плотности на океанологической станции, которые в своя очередь связана с явными ошибками значений солености. Кроме того, большинство обнаруженных ошибок относилось к верхнему слов океана до глубин 200-300 м. Следствием этого этапа работы стал отказ от дальнейшего использования всех данных по солености воды и данных по температуре воды на глубинах менее 200 м. Отметим, что анализ наблюдений за температурой воды на глубинах более .300 и существенно облегчил дальнеПэуо обработку данных, т.п. для вьше-лстащкх слоев было бы необходимо учитывать сезонные изменения тегаературы воды.

Всего по методике ЕН~Т!!!М!1Д било псзлзчеко* соответственно для Атлантического и Тихого океанов, 1,5 тыс» и 3,4 тггс. океанологических станций с сомнительными данными по температуре соды на глубинах более 250 м. Опыт работы на данной стадии попт-роля океанологических наблюдений* показал» что. в архиве» несмотря на формальное выполнение всех проверяемых условий, имеется ряд других трудноуловимых ошибок. Поэтому П.Л.Гро Штагом я автором была разработана методика стйтпсгигсзсЕэго-контроля даннпх для устранен:«! сомнителытщс величин.'., .

Статистический контроль заключался в оцзтпэ параметров статистического распределения температуры соды и последущем исклю-чзили пз выборки выбросов - кгблидекяй,. прзныггздих по гадуга уровень "три силта": -' А

- в качестве оценки центра распределения О случайной величины X в данной работе использовалась робасткзя оценка, предложенная Д^.Ходдесои и В.Яемаком .и представляющая собой медиану выборки + ; //-объем выборки; " А

- робастная оценка стандартной изменчивости - €> определялась как нормированная медиана абсолютных отклонений слу-

чайной величины .X от центра распределения 0 .

Статистические свойства этих оценок подробно обсуждаются в математической литературе, при этом доказана их состоятельное« и асимптотическая несмещенность.

Эти робастнке параметры статистического распределения оцэш вались для 12 стандартных горизонтов от 300 до 3000 и: § - в каздоы одно градусном квадрате за период 1964-1978 гг. при д/>г/ о-в каздом пятиградусном квадрате по данным за весь период наблюдений при // > 15.

От 3 до Ъ% наблюдений за температурой воды» не попакпих в интервал © + 3 о било исключено из архива. Выполненный по суш этого анализ частотного распределения отклонений батомет-ричеспкх наблюдений за температурой воды от средних в одноградусных квадратах потребовал проведения дополнительной проверки правильности сортировки океанологических станций по одноградусный квадратам, т.к. в некоторых районах океана между ними наблюдаются существенные градиенты температуры воды и это могло отразиться на результатах дальнейшего анализа. В итоге еще 2,о тыс. океанологических станций было исключено из архива.

Анализ пространственно-временного распределения наблюдений за температурой воды, оставшихся в архиве после всех стадий кон роля показал, что наиболее обеспечен данными период 1957-1981 гг., а данных до середины текущего столетия чрезвычайно мало. Общее количество измерений температуры воды, использованных в дальнеГшеы при пояучзнпи временных рядов, на глубине 300 м составило около 88 гшс. в Атлантическом и 77 тыс. в Тихом океанах, и уже на глубине 150Э м - только 33 тыс. и 18 тыс., соответственно. Глубне 3000 м наблюдений для анализа изменений температуры соды недостаточно, а использование данных, начиная с глубины 300 и позволило автору отказаться от анализа внутригодовых изменений температуры воды, т.к. глубина верхнего деятельного слоя как правило не превышает этого горизонта.

Итак, для формирования временных рядов на глубинах от 300 до 3000 и были приняты следующие масштабы осреднения: пространственный - пятиградусный квадрат Марсдена, временной -I год» Осреднение проводилось по следующей схеме. Все наблюдения в «ечзние года на каждом стандартном горизонте преобразовывались в отклонения от б и осреднялись с равными весами

внутри одно градусных квадратов* Полученные .для о.дноградускьк квадратов аномалии с равными весами осреднялись по соответствующим пятиградусным квадратам. Этот массив временных рядов аномалий температуры воды и послужил основой для анализа климатических изменений температуры воды глубоких слоев океана.

В третьей главе представлены основные результаты анализа современных изменений температуры.воды глубоких слоев океана.

Полученный массив временных рядов температуры воды е пятиградусных квадратах северных частей Атлантического и Тихого океанов характеризуется тем, что наименьшее количество лет с пропусками наблюдений приходится на период 1Э57-ГЭ81 гг. Учитывая относительно небольшую продолжительность интервала времени, наиболее обеспеченного данными (25 лет), в работе пришлось ограничиться только оценками средней за указанный период скорости изменения температуры воды (линейного тренда). Проверка статистической значимости оценок параметров трендов осуществлялась стандартными метода?.® на основе ~Ь -статистики Стыодента. '

Для выявления по глубоководным океанологическим данным климатически значимых изменений был использован метод пространственного осреднения данных по акваториям океанов. Основная сложность такого подхода связана с неравномерным распределением имеющихся данных по акватории океана от года к году.

Вследствие того, что с увеличением глубины количество наблюдений за температурой воды уменьшается, соответственно, сокращается и площадь океана, по которой возможно осуществить пространственное осреднение. Таким образом, на каждом стандартном горизонте имеется своя максимально возможная площадь осреднения, размеры которой с глубиной уменьшаются. Однако, с увеличением глубины происходит уменьпение и пространственной неоднородности поля температуры воды, что в определенной степени должно компенсировать эффекты, связанные со слабой обеспеченностьэ данными больаей части океана на глубинах более полутора-дзух. километров.

Для оценки чувствительности результатов к наличию во временных рядах пропусков наблюдений пространственному осреднению подвергались как сами временные ряды аномалий температуры воды в пятиградусных квадратах, так и предварительно полученные по ним оценки параметров линейного тренда. В обоих случаях были полу-

(КсП>Ы)

Рис. Оценки линейного тренда рядов средней по океану температуры воды за период 1957-1981 гг. в зависимости от глубины и плодади осреднения. Длаповерхности океанов оценки трендов получены за этот же период по данным

из &05ТА

а) северная часть Атлантического океана

б) северная часть Тихого океана.

чекы близкие результаты.

На рисунке для северных частей Атлантического (а) и Тихого (б) океанов изображены оценки трендов средней по акватории океана температуры воды за период 1357-1381 гг. на глубина;: от 300 м до 3000 м. Каждый из представленных на рисунке вертикальных профилей оценок трендов 'температуры воды характеризуется одной и той ке площадью осреднения на всех стандартных горизонтах, размеры которой определяются максимально возможное площадью осреднения на горизонте самой глубокой точки профиля (естественно, чем меньше глубина на которой заканчивается профиль, тем больше соответствующая ему площадь осреднения). Специальные расчеты (Антонов, 1990) показали слабую зависимость результатов от некоторого изменения во времени количества наблюдений. Таким образом, разброс трендов на х-аяцой глубине показывает чувствительность результатов к изменению площади осреднения данных, которое в процентах от размеров океана на данной глубине составило (соответственно, для Атлантики.:: для Тихого океана): 13-85^ и 10-6155 на глубине 300 м, 14-73% и 10-437, на глубине 1000 м, 16-62? п 10-165? на глубине 2000 м.

Из рисунка видно, что основные элементы изменения вертикальной структуры температуры воды в каждом океане при варьировании площади осреднения сохраняются (меньшая чувствительность для данных по Тихому океану объясняется более узким диапазоном изменения площади осреднения), и наиболее общая картина современных изменений температуры воды в глубоких слоях двух океанов северного полушария следующая.

В обоих океанах температура воды на поверхности и в примыкающем к ней слое толщиной до нескольких сот метров в течение периода 1957-1981 гг. понижалась. Скорость понижения температуры воды составляет приблизительно 0,3°С/25 лет у поверхности и блика к нулю на глубинах 500-700 м как в Тихом океане, так и в Атлантике. Глубже этого слоя в среднем для Тихого океана никаких, значимых изменений температуры воды до глубины 2500 и не обнаруживается. 3 Атлантическом океане с глубины 600-700 м вплоть до глубины 2500-3000 м температура воды в период 13571981 гг. повышалась, причем наибольшая скорость потепления имела место в слое 1000-1500 ц и составляла около 0,15°С/25 лет. Естественно, что подобные тренды нельзя экстраполировать дл; оп-

ределения предстоящих изменений климата, в работе они использованы только как диагностическая процедура.

Согласно исследованиям разных авторов (К.Фолланд, §.Дконес А.Оорт и др.), осредненная по акватории океанов северного полу-¡даркя температура поверхности океана в первой половике текущего столетия повышалась затем приблизительно с конца 1940-х до второй половины 1970-х гг. несколько понизилась, и в последние годы зновь начала расти. Таким образом, представленные на рисунке данные относятся к интервалу времени, когда происходило понижение температуры поверхности океана и показывают, что на это похолодание отреагировал только верхний не более, чем полукилометровый слой океанов. Также представляется весьма вероятным, что потепление глубоких слоев Северной Атлантики свлзано с ростом температуры поверхности океана в первой половине столетия. По мнению автора причина асимметрии между океанами (отсутствие аналогичного потепления в глубоких слоях Тихого океана), по-видимому, связана с тем, что в северной части Тихого океана нет такого ке эффективного физического механизма энергообмена вышележащих слоев с нйзелепшдиш как в Северной Атлантике, т.е. механизма формирования холодных глубинных вод.

К сожалению, пока не удается это качественное согласование временного хода изменений температуры вода на поверхности и в глубоких слоях океана проверить на основе данных глубоководных батометрических наблюдений, выполненных в первой половине XX столетия. Тем не менее,- предварительные оценки для Северной Атлантики показали, что в зоне 40-70° с.ш. средняя температура воды в слое 300-500 ы в период 1951-1980 гг. была приблизительно на 0,1°С зше, чем за период 1920-1940 гг. (отличие статистически значимо на 99*1 уровне).

Определенный интерес представляет анализ пространственной структуры изменений температуры воды за период 1957-1981 гг. Для этого автором построены карты трендов температуры воды для различных глубин, а для шести отдельных пятиградусных зон между 30 и 60° с.ш. обоих океанов эти тренды представлены в виде широтных разрезов по долготе и глубине.

Выяснилось, что понижение температуры воды распространилось до наибольших глубин в центральной части субтропических круговоротов и по северо-восточной периферии субполярных круговоротов,

т.е. в районах океана, где преобладают нисходящие движения вод. Определенная согласованность имеется и с полем среднемноголетней толщины верхнего изотермического слоя в марте. В целом сравнение для периода 1950-1Э70«гг. пространственно!? структуры изменения температуры воды на поверхности океана (по данным Ф.Джонса, К.Фолланда и др.) с трендами температуры воды в нижележащих слоях (начиная с глубины 300 м) позволяет заключить, чсо пониясе-ние температуры воды в тол'де океана произошло в результатё проникновения в глубь океана и перераспределения океаническими течениями водных масс, сформировавшихся у его поверхности.

Одновременно, начиная с глубины 1200 м практически по всей акватории Северной Атлантики преобладают положительнне тренды, наибольшие значения которых приходятся на зону 30-40° с.ш. (как это уже бьшо отмечено Л.Я.Гройсманом и автором при анализе трендов среднезональной температуры воды за период 1951-1980 гг.).

Осреднение трендов температуры воды вдоль пятиградусных широтных зон в пределах акваторий отдельных океанов позволило выделить слои, внутри которых возможно происходило перемещение водных масс из приповерхностных слоев океана в нинележащие. Несмотря на то, что по временным рядам, осредненным внутри таких слоев в Атлантике, грубел оценка скорости переноса аномалий температуры воды из высоких широт в субтропики на глубинах более километра (I см/с) совпадает с результатами расчетов по моделям циркуляции океана, корректная физическая интерпретация генезиса обнаруженных изменений возможна лишь в будущем за счет привлечения к анализу данных по солености.

В четвертой главе дано подробное обсуждение полученных результатов, которые при этом сравниваются с материалами исследований других авторов и интерпретируются на основе численных экспериментов с простейшей одномерной моделью океана.

Сравнительный анализ материалов данного исследования с результатами недавно появившихся работ С.Левитуса и более ранних работ Д.Реммича и К.Вунша показывает, что основные особенности пространственной структуры изменения температуры воды в глубоких слоях Северной Атлантики обладает незначительной чувствительностью к использованию различных методик предварительной обработки и анализа океанологических данных, а также к выбору анализируемого интервала времени внутри периода 1950-1980-е годы.

Для объяснения особенностей пространственной структуры трендов температуры воды был осуществлен анализ содержащихся в научной литературе данных о временной изменчивости полей ветра и атмосферного давления у поверхности океана, экмановской скорости накачки, переноса вод системой Гольфстркм-Североатланти-ческое течение. Разрозненность и противоречивость имеющихся сведений не дает оснований считать, что изменения температуры воды в толще океана связаны с каким-либо из.этих факторов.

С другой стороны, наличие столетних рядов температуры поверг ности океана, осредненной отдельно по северным частям Атлантического и Тихого океанов, из Глобального Атласа Температуры Поверхности Океана (МИТА) позволяет поставить следующий численный эксперимент: задать на поверхности океана эти ряды в качестве граничных условий и по одномерному адвективно-диффузион-ному уравнению теплопроводности рассчитать изменения тешературь воды за период 1957-1981 гг. в глубоких слоях океанов.

Проведенные расчеты показали, что при варьировании параметров модели Кг (коэффициента теплопроводности) и V/ ("апвел-линга") данные о трендах средней по океанам температуры воды воспроизводятся удовлетворительно. В частности, для Северной Атлантики масштаб потеплеют в слое 1000-2000 м, соответствующий эмпирическим оценкам (см. рисунок), ткет быть получен при следующем диапазоне изменения параметров модели: 1,0 а^/с <. К* ^ 2,5 сзг/с и Н^ 500 м { Й-КгЛгО« Этот же подход был использован для оценки вклада эффекта теплового расширения воды в современное повышение среднего уровня океана.

Результаты расчетов показали, что при выборе параметров модели, характерных в среднем для Мирового океана, за счет теплового расширения уровень океана за период 1905-1987 гг. мог повышаться со скоростью 3-4 см/100 лет.

Неопределенность, свойственная оценкам изменения в текущем столетии составляющих баланса массы ледников суши и покровных оледенений, не позволяет считать проблему современного роста уровня Мирового океана решенной. Очевидно лишь то, что доминирующую роль играют два фактора: таяние малых ледников суши (Ы.Майер и др.) и термическое расширение вод океана. Вклад последнего согласно результатам настоящей работы составляет от

20 до 40% от общего повышения уровня Мирового океана в XX столетии.

В заключении сформулированы результаты работы, наиболее важные из которых состоят в следующем:

1. Имеющиеся для северного полушария данные глубоководных океанологических наблюдений за температурой воды могут быть использованы для анализа изменений режима глубокого океана по крайней мере за последние 30-40 лет.

2. Для северных частей Атлантического и Тихого океанов сформирован массив временных рядов температуры воды в пятиградусных КЕадратах Народена на стандартных горизонтах от 300 до 3000 м.

3. Выявлены линейные тренды температуры воды за период 1957-1981 гг. .для различных пространственных масштабов: от пятиградусного квадрата до всей площади Атлантического и Тихого океанов в северном полушарии.

4. Наиболее отчетливо статистически значимые изменения термической структуры проявляются в среднем по акватории океана и сводятся к следующему: за период I957-I98I гг. температура воды в верхнем приблизительно полукилометровом слое северных частей Атлантики и Тихого океанов понижалась, а в нижележащих слоях -повышалась (Атлантика) или не менялась (Тихий океан).

5. На основе численных экспериментов с одномерной моделью глубокого океана показана взаимосвязь обнаруженных для периода I957-Ï98I гг. изменений вертикальной термической структуры вод океанов с колебаниями за последние сто лет температуры воды приповерхностного слоя океанов северного полушария.

6. За счет привлечения данных из атласа COSTA о средней температуре поверхности Мирового океана за период 1905-198? гг. уточнен вклад в наблюдаемый рост среднего уровня Мирового океана теплового расширения его вод. Полученная оценка этого эффекта составляет величину 3-4 см/100 лет и указывает на его важность при прогнозе предстоящих изменений уровня Мирового океана.

7. Необходимо приложить особые усилия для сбора глубоководных океанологических данных, полученных до середины текущего столетия, и осуществить детальный анализ имеющихся в СССР данных по солености океанических вод.

Крупномасштабность обнаруженных изменений, их согласованность с существующими теоретическая! представлениями о ра^ли-

чиях физико-динамических условий в северных частях Атлантического и Тихого океанов, а также возможность объяснения потепления в глубоких слоях Северной Атлантики влиянием интенсивного повышения температуры поверхности океана в первой половине XX столетия позволяют утверждать, что эти изменения имеют климатический характер и, по-видимому, представляют собой отклик глубоких слоев океана на происходящие изменения в глобальной климатической системе.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Колебания уровня Мирового океана, обусловленные термическим расширением его вод в XX столетии // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Гидрология 2000 года". К., 1986. С.199.

2. Современные изменения термического режима океана по данным батометрических наблюдений // Тезисы докладов I Всесоюзной школы-семинара "Актуальные проблемы океанологии". Л.: Гидро-метеоиздат, 1987. С.76 (в соавторстве с П.Я.Гройсманом).

3. Изменение уровня Мирового океана, обусловленное термическим расширением океана в XX столетии Ц Вопросы гидрологии суши. Доклады конференции молодых ученых и специалистов. ГГИ, февраль 1985 г. Д.: Гидрометеоиздат, 1988. С,251-255.

4. Изменение температуры воды ниже деятельного слоя в северной части Атлантического океана // Метеорология и. гидрология. 1988. $ 3. С.57-63 (в соавторстве с П.Я.Гройсманом).

5. Модельная оценка современных изменений термического состояния северной части Атлантического океана // Тезисы докладов конференции "Проблемы комплексной автоматизации гидрофизических исследований". Севастополь, 1989. С.110 (в соавторстве

с П.Я.Гройсманом и С.Б.Никольской).

6. Современные климатические изменения вертикальной термической структуры северных частей Атлантического и Тихого океанов // Метеорология и гидрология. 1990. № 4. С.78-87.