Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Об использовании характеристик солнечной активности и стратосферной циркуляции в долгосрочных метерологических прогнозах по району Китая

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Об использовании характеристик солнечной активности и стратосферной циркуляции в долгосрочных метерологических прогнозах по району Китая"

Министерство наукн, высшей школы и технической политики Российской Федерации .'

) 1

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГВДХЖЭДРОЛОГИЧЬлЯШй ИНСТИТУТ

РГ6 од

, ■) «т » На правах рукописи

1 Л11Г ша

ГУО ЛЙЦЙН

ОВ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ХАРАКТЕРИСТИК «МЛЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ И СТРАТОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ 3 ДОЛГОСРОЧ1ЫХ МШОШОГМЧЕС;<иХ ПРОГНОЗАХ, ПО РАЙОНУ КИТАЯ

Специальность II.00.09 - метворолтия, климатология,

агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ.

диссертации на соискание ученой степени кьадидата географических наук

Сянкт-Неторбург 1903

Работа шмолиена- в Российском государственном гидрометеорологическом институте.

¡1аучный руководитель - доктор географических наук,

профессор К.В.Кондратович

(л+ициальныз оппоненты- доктор географических наук,

профессор Д.А.Педь;

доктор географических наук Б.Л.Сазонов

Ведущая организация - Арктический и Антарктический научно-иселедоаательский институт

Защита состоимся " апреля 1393 года в ^ час. 30 ыин. на заседании специализированного совета К 063.19!01 Российского государственного гидрометеорологического института по адресу: 19о.Т56 г.Санкт-Петербург, Малоохтинский пр. 98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического института

Автореферат разослан 1993 г.

.Чченый секретарь

Специализированного Ооэета

кандкват географических на,у к

.цс ^нт .'^ч'нниА.В. ч ' -

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

*

Актуальность теми» Проблема совершенствования и повменил эффективности методов долгосрочного метеорологического прогноза продолжает оставаться актуальной и в Научной, и в ооциально-эконо-мичзеком отношениях.

В первую очередь,сказанное относится к задаем упущения . региональных синопти ко-статистических методов долгосрочного привоза на месяц и сезон. Такие прогнозы регулярно составляются по своим национальный территориям метеорологами 12-14 стран, в гом числе и по районам Китайской Народной республики. Уже несколько десятилетий при составлении среднесрочных и краткосрочных прогнозов успешно применяются гидродинамические методы прогнозирования атмосфэрной циркуляции и погоды, но к сожалению, существенного улучшения месячных и сезонных прогнозов на этой основе добиться но удалось. Правда, за счет уменьшения заблэговременности месячного прогноза среднесрочна схемы на 5-10 дней используются догольно успешно.

В качэстве предикторов в большинстве методов ДМЛ кспожьзуютсч характеристики тропосферной циркуляции и подстилающей поЕертности в предшествующие прогнозируемому периоду месяцы.

Повышение эффективности ДМП невозможно без рагаиренчя инфорет-ционной базы методов прогноза и обеспечения учзта основных факторов, определяющих развитие процессов общей циркуляции атмосфер:» и формирование условий макропогоды в различных регионах. Р ¡тональные методы ДОЛ могут совершенствоваться,п перзую о*гзредь, за счет привлечения новых предикторов, призванных отравить влият« реальных факторов а'гмосфзргай циркулящи.

Результаты научных исследований показали, что существенно

-3- !

слияние на ОЦА оказывают и другие факторы, среда которых и сол-«

чечнал активность.

Перспективным в атом отношении является 9 учет особенности сезонных преобразований стратосферной Ц4ркуляции в полярной области, квааидвухлетнего цикла зоздушных переносов в тропической стратосфере и температуры поверхности океана* Именно по втому поис предикторов, позволяющих участь влияние соднечюй активности, крупномесштабных преобревований и кваэидвуглетнего цикла стратосферной циркуляции в схемах регионального долге зреадого метеотэ-лагичзехого лргкозд в настоящее время и в обозримой будущей явля-тся актуальной научной зчдачей. Сказанное в полной мере . относится и к одной иг таких задач, призванных обеспечить выявление новых предикторов для совершенствования методов месячного и сезонного прогноза погоды на территории Китайской Народной реслублиш.

Цель и основные задами диссертационной работы.

Основная ц;ль работы - етатистичэские исследования связей ха рвктсристик солнечной активности календарных особенностей сезонк преобразований стратосфзтной циркуляции в полярной области, $ав квазидвухлетнего цикла воздушных переносов в тропической страто-ы^ерэ с тропосферной циркуляцией и макропагодой в районе Китая, Для достижения данной цели поставлены и решены следующие основные задачи:

- приведен эмпирико-статистичаский анализ таких крупномасштг них циркуляционные систем, как циркумполярный вихрь и субтропичЕ к к« антициклоны; *

- исследоваш; спектр; характеристик этих объектов и выполне» кор{еляиииннм1| анллиэ их срязи с солнечной активностью;

- рассмотрены особенности атмосферной циркуляции и макромас-штабных процессов атмосферы в годы ранних и поздних сезонных перестроек стратосферной циркуляции в полярной области и фаз западного I восточного переноса квазкдвухлетнего цикла тропической стретосЛ-.ры;

- выявлены особенности тропосферной циркуляции и макропогодо в районе КНР, при различных уровнях солнечной активности и различных состояниях сезонных и межгодовых преобразований стратосферных макропроцессов;

- рассмотрены возможности комплексного уета потенциальных предикторов (солнет*гой активности, дат весенней перестройки и фаз квазидвутлетнего цикла) в смюпгико-статастических месячных и сезонных пртгнозах погода по территории КЗ {Р.

Научная новизна.

- Выявлено существование цикличности в колебаниях индексов площади и интенсивности циркумполярного вихря и субтропичвского антициклона и наличие связей этих характеристик с ссяиеедой ектиг-мостью.

- Установлено наличие статистически значимых различий и круп-томасштабных процессов тропосферных циркуляция и макропроцасеов

в годы с ранними и поздними перестройками в полярной стратосфере, 1 в года с западной и востошой фазами кваэидвухлетней цикличное-' ги в тропической стратосфере.

- Получены типовые распределения аномалий температуры и индек се засушливости и избыточного увлажнения с марта по кинь на тер-мтории Китая при ранней и поздней весенних перестройка* полярной ¡тратосферк

- На основе комплексного использования двух потенциальных предикторов определены рпйоны, где солнечная активность и фаза квазидвухлетнего цикла оказывают влияние на температуру воздуха и условия увлачленчя.

В этих районах соответствующие отклонения метеорологичэских характеристик являются статистически значимыми (уровень значимости более 9Ь %), Выявленные зависимости могут быть использованы при составлении долгосрхт'чх прогнозов температуры воздуха и условий увлажнения на территории Китая в качестве дополнительных предикторв.

Нрактичэскпя значщость работы

Иолучзнные в ходе выполнения многолетние ряды характеристик циркумполярюго вихря и субтропического 8Н1ициклона по данным Н^дд вклг'сны в состав информационной базы Государственного Метеорологического Центра Пекина. Они могут быть использованы при анализе синоптических процессов на пространств« северного полушария в целях составления долгосрочных метеорологических прогнозов и при осуществлении оперативного кл!;:.;птического мониторинга общей циркуляции атмосферы.

Выявлены типы распределения температуры воздуха и условия увлаж нения территории КНР в месяцы после ранней и поздней весенней перестроек полярюй стратосферы. Установлено существование зависимости темперптуры воздуха и условий увлажнения на территории Китая от солнечной гжтивности и квазидвухлетнего. цикла тропической стратосферы.

Соответствут дэя информация мож*;т Сыть использована при составлении месячных и сегонныт прог.-юзог по ряду районов Китая.

■ ■Ь -

Подготовлена практическая основа для комплексного применения характеристик циркумполярюго вихря, субтропического антициклона, весенней перестройки в полярной с;т{дтосфере, кразидр',"/.летнею цикла в тропической стратосфере и солночной активности iij.ii составлении оперативных месячных и сезонных прогнозов по районам Китая.

Ап£Обаг£1я. Основные рэзульт?,ти диссертации доюыцивалиоь на научном семинаре ка<}кдри ДАКЗ Р11Ш (1993 г.) и •шубликелзни в двух статьях.

Структура и объем рзботы. Диссертация состоит ня вменения, четырех глар, заключения, списка ли-ге;<йту].и и пр*4 потекши Обедай объем работы составляет 173 страници, ш.ли'йя $5 рисунка в и 9 ^полип. Список литере ту содержит '76 нанмсаорчниГ:, ,;,3 из них - риио-ты зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены основные положения и современное состояние региональных методов долгосрочного метеорлогического пргноза показана актуальность темы, сфорыулирвана цель работы, ее основные задачи, а также их связь с прблемзй совераенствования методологии ДМЛ.

В первой главе представлен обзор работ советских и зарубежных автора, посвященных современным представлениям о внутригодовых изменениях и процессах в полярной стратосфере и квазидвухлетней цикличности трпичзской стратосферы. Основное внимание уделено вопрсам достоверного представления характеристик указанных прцессов в качестве потенциальных предиктор в для региональных схем долгосрчного метеорологического пргноза. Используемые в ра боте характеристики стратосферной циркуляции четко диагнозируются в ходе анализа прцессов общей циркуляции атмосферы.

Во Бторй главе в применении к целям нашей работы достаточно подрбно рассмотрены вопрсы гелио-трпосферных связей. Здесь же представлены результаты исследований автор, свидетельствущиз о существовании зависимости атмосферной циркуляции в Северюм полушарии от солнечной активности. По способу,опубликованному Ли Сяо-цюнем, автор определял площадь и интенсивность циркумполярюго вихря на урвне Н^. Среднемесячные значения этой площади и характеристик интенсивности ЦШ за 1956-1987 годы составлены с потенциальными предикторами. Связи среднегодовых и сезонные значений площади ЦНВ с солнечной активностью положительны лишь весной и * отриц-иелиш в другие сезоны и в среднем эя год. Однако соответ-етвую^ич оценки корреляционных 'Зависимостей не удовлетворяют критериям 1"Г"'-;;':ТИЧ."!(!КОЙ НН'Н! !ШОС;Ч',!.

- У -

Иной вывод можно сделать по данным корреляции между солнечной активностью и интенсивностью ЦПВ на уровне "¿до* Связи среднегодовых и сезонных значений интенсивности ЦПВ с солнечной активностью отрицательны, т.е. интенсивность циркумполярного вихря относительно возрастает.при снижении активности Солнца. Корреляция может быть оценена как статистически значимая (уровень значимости более 95 '%},

Автор исследовал связи индексов площади и интенсивности субтропических антициклонов в северном полушарии, полученных ГЩ КНР, с солнечной активностью. Связи среднегодовых и сезонных значений площади и интенсивности субтропического антициклона в северном, полушарии с солнечной активностью характеризуются положительной корреляцией. Утверждение о неслучайности превышает 95 % уровень значимости. Площади и интенсивности субтропического антициклона западной части Тихого океана имеют положительную связь с солнечной активностью в среднегодовых значзниях, в весеннем и летнэм сезонах. Корреляция также может быть оценена, как статистичэски значимая. Осенью и зимой аналогичное связи не обнаружены.

По материалам за 1955-1967 годы получены спектральные характеристики рассматриваемых параметров атмосферной циркуляции. Анализ спектра индексов интенсивности ЦПВ показал наличие 22-й II - летних колебаний, как известно, хорошо выраженных в изменениях солнечной активности. у

Для Индексов площади и интенсивности субтропического антициклона в северном полушарии и субтропичэского антициклона западного района Тихого океана в самых водных циклах колебаний также представлены 22-летняя и 11-летние циклы. Но кроме них обнаружено существование колебаний, с периодом 3-4 года, что косвенно указывает на влияние крупномасштабного взаимодействия океана и аТмос-

- 9 - I

({ерь в Тихоокеанском секторе Северного и 1кного полушария (Север-Тихоокеанское и Южное колебания),

Полученные независимым сшсобом результаты подтверждают зависимость форм тропосферной циркуляции от солнечной активности, выявленную профессором Л.А.Гирсом, ^.А.Витыдьсоы, М.Х.Байдалом и другими исследователями. При ослаблении солнечной активности происходит возрастание повторяемости процессов западной форш циркуляции № • Путем пострения карт отклонений от многолетних средних Н^дд для периодов с высокой и низкой солаеэдой активностью установлены интересные и важные особенности зависимости циркуляции в различных географических зонах.

При высоком уровне солнечной активности.интенсивность тропосферного ЦШ ослаблена. Одновременно возрастает интенсивность ПВФЗ в умеренной зоне и происходит усиление субтропических антициклонов.

В третьей главе приведены результаты оценки связей крупномасштабных процессов в стратосфере с характеристиками тропосферных макро процессе в и комплексной оценки влияния солнечной активности и квазидвухлетнего цикла в тропической стратосфере на тропосферную циркуляцию.

Материалы сопоставлений "стратосферных факторе" с циркуляцией трпосферьт приводят к ¡выводу о существовании асинхрнных зависимостей, которые можно использовать В качестве предикторе при долгосрчном матеорлогичзскам пргнозирвании.

В группах случаев с ранней и поздней весенней перестрйкой полярной стратосферы имеют место разли^я в значэниях индексов цир* куляции на урвне НЬдд и в характере сезонных изменений амплитуд волн планетарной циркуляции с волновыми числами I и 2.

Таким образом, характер весенних перестроек стратосферной циркуляции сказывается на особенностях крупномасштабной тропосферной циркуляции. Данный вывод подтвержден картами отклонений геопотенгдеальных высот и атмосферного давления в весенний сезон; в группах лет с ранней и поздней перестройкой. Весной интенсивность циркумполярного вихря пр« ранней перестройке гтратосфзрюй циркуляции снижается по сравнению со средними многолетними характеристиками, при поздней перестройке - усиливается. Субтропический трпосферный антициклон усилен при ранней перестройке, и ослаблен в случае поздней перестройки.

Не остается сомнений, что явление весенней перестройки стратосферной циркуляции в полярной области может служить потенциально важным предиктором долгосрочного метеорологического прогнозирования для многих регионов и, в том числе^, для района Китая.

При анализе отклонений геопотенциальных высот и

их средних аональных значений в январе и в зимни Г. сезон выяснено, что различия в группах лет востоадой и западной фаз КДЦ средних месячных геопотенциальных высот проявляются достаточно явно. Положения Центров положителЬнУх и отрицательных аномалий при западной и востоЮТЗй фазе КДЦ противоположны. При западной фазе КД1 геопотенциальные высоты\H5gQ, Н^д в полярных и субполярных районах ниже, а при восточной фазе -'выше многолетних средних значений.

Таким образом,результаты сопоставления свидетельствуют, что квазидзухлетняя цикличность в тропической стратосфере является факторм атмосферной циркуляции планетарного масштаба, влияющим на тропосфзрную циркуляцию в различных широтных зонах севергого полушария. Перспективно использовать данные о фазах КД^ е качестве потенциального предиктора для региональных методов долгосрочного

метеородогичэского прогноза.

В заключительном разделе III главы нами рассмотрен подход к задаче комплексного учета двух факторов: квазидвухлетнего цикла тропической стратосферы и солнечной активности. ТчкоП подтод оказался удачным, поскольку прогностические выводы конкретизируются для ряда регионов и интенсивность оодгов отклонении геопотенциала от многолетних норм возрастает. Этот вывод подтверждается рядом средних геопотенциальных и корреляционные карт для отдельных месяцев и сезонов.

Без учета фаз КДЦ в северном полушарии на уровнях h^qq и pjqqo существует отдельный район с положительными и отрицвтельными коэффициентами корреляции, подтверждающими неслучайность связи при 95 % уровне вероятности. При учете фаз КДЦ обнаруживаются обширные районы с положительными и отрицательными значениями коэффициентов корреляции, утверждение о неслуздйности которых такж превышает 95уровня вероятности. В района* северного полушария, где локализованы области статистически значимой корреляции, имеют место очаги с положительными и отрицательными аномалиями геопотенциала.

Понятно, что информация такого рода расширяет возможности макросиноптического анализа и прогноза атмосферной циркуляции на пространстве северного полушария и, особенно, для нескольких регионов.

В четвертой главе последовательно изложены материалы комплексного использования стротосферно-тропосферныг связей и характеристик солнечной активности для оценки региональных макросиноЛти-ческих процессов и колебаний режима температуры воздуха и атмосферных осадков на территории КНР.

Рассмотренные в работе материалы исследований дают основание

для поиска связей и выявления в целях совершенствования методов долгосрошого метеорологического прогноза по территории КНР.

В качестве потенциальных предикторов привлекаются характеристики солнечной активности и крупномасштабных процессов в полярной и тропической стратосферной циркуляции Прецг.ктанташ являются характеристики макропогоды и региональной тропосферной циркуляции на территории КНР.

В первой части четвертой главы на;ш исследованы особенности изменения барического поля и макропогоды на территории КНР в период весенних перестроек стратосферной циркуляции в полярной области.

Каадый тип ранней и поздней перестроек характеризуется своеобразным распределением аномалий приземного давления ( ¿Р ), температуры воздуха ( лТ ), индексов засушливости и избыточного увлажнения ( 5 ) в весеннем сезоне. Используя дату весенней пере-стрйки в стратосферной циркуляции, по-видимому, мы получаем возможность прогнозировать тот или иной тип ¿р , в на территории Китая на весну-начало лета.

Региональные особенности распределения атмосферного давления, температурь' во э дуг я и характеристик увлажнения в годы ранней и поздней перестроек циркуляции в стратосфере могут быть использованы при составлении долгосрочных метеорологичзских прогнозов на территории КНР',

Во второй части четвертой главк аналогичными примами, т.е. путем пострения средних групповых карт, корреляционных карт, спектрального анализа показано, что в определенные сезоны и (лься-цы в ряде районов Китая существуют вырятрнные тенденции фпр/иро-вания аномалии макрпогоды (температур! г.пплуа, атмосфер»»* осадков). Наиболее деталисн;ровшшме в нрс!?{''1гозв{;пмо-врг>»'?!;н-1н отн^^о-

нии прогностические выводы могут быть получены п{и комплексном «

использовании стратосферного и солнечного предикторов. Прогносп ческие выводы по групповым характеристикам имеют высокий уровень оо'еспечзнности.

Для оценки зависимости температурь и атмосферных осадков по данным 160 станций на территории Китая от солнечной активности рассчитывались коэффициенты коррелядои. Учет фазы КДЦ обеспечива; ся тем, что корреляция рассчитывалась отдельно для групп лет западной и восточной фаз. Результаты показывают, что значения коэффициентов корреляции без учзта фаз 1£ДИ не ь-^лики и только на некоторых статьях Утверждение о неслучайности коэффициента корреляции превышает 90 % уровень обеспеченности.

При учете фаз КДД обнаруживаются обширные районы с положител! ными и отрицательными значениями, утверждение о неслучайности ко то ¡иг превышает 95 % уровня вероятности.

Отклонения годовых и сезонных значений температуры воздуха V инцаксов засушливости также зависят от солнечной активности. Комплексный учет солнечной активности и фаз КДД позволяет получить статистачэски более обеспеченные связи, выявить районы с очагами положительных и отрицателыхпс значений отклонений темперитурно-илижностного режима.

В целом можно сделать вивод, что що веденный комплекс исследс ваниМ позволил получить ряд прогностически зпчиимых асинхронных зависимостей планетарного ¡гаршгера и регионального, относицеп к территории Питая. Полученные зависимости могVI бить исиользова! П]*1 ннирп-ивном составлении меслшшк и сеоопил^ '¡¡ппюэои темЙо}< туц1 кишухч и МКОГ.фсрШ-: осадьс'п по КНР.

- 14 -

3 А К Л Ю Ч Е ¡1 И Е

I. Связи среднегодовых и сезонных значений площади ЦГВ с сол~ )ечной активностью асинхронны, т.е. в годы усиления солнечной штивности • тп-юивность ослаблена, в годы уменьшения солнечной 1ктивн0сти - ; 'плена.

2. Связи среднегодовых и сезонных значений.площади и интенсиа-юсти субтропического антициклона в Северном полушарии с солнечной кт'двностью характеризуются положительной корреляцией. Площади

интенсивности субтропического антициклона западной части Тихого кеана имеют положительную связь с солнечной активностью в средне-одовых значениях в весеннем и летнем сезонах. Для зимнего и осен-его сезонов аналогичных зависимостей не обнаружено.

3. Спектральный анализ временных рядов индексов интенсивности 18, площади и интенсивности субтропических антициклонов в Северном элушарии свидетельствует о наличии П-летнего и 22-летнего циклов.

4. Злияние солнечной активности на атмосферную циркуляцию в эопосфере на уровнях ¡^дд, ^ьоо и ^1000 0 .полярных и субполярных 1ротах больше, чем в средних и низких широтах.

Ь. Весенние перестройки стратосферной циркуляции оказывают зределенное влияние' на изменение тропосферной циркуляции и макро-1сштабные волны Планетарной циркуляции с волновыми числами'I и 2. >и ранней перестройке зональные переносы атмосферной циркуляции тропосфере до с0° с.и. ослаблены в апреле, при поздней перестрой! - усилены.

С. Влияния западной и восточной фаз ВДЦ на тропосферную цирку-цио обратни во всех широтах в Северном полушарии. Западная фаза . Ц несколько сслабляет тропосферную циркуляцию в высоких сиро-х, а восточнчл {аэа.:ЦД - усиливает. В српдних и низких ши.ро-

тах западная и восточная фазы также оказывают воздействие на макросиноптические процессы.

7. Исследование свидетельствует о том, что явление весенней перестройки стратосферной циркуляции в полярной области, фаза ВДЦ и солнечная активность могут служить потенциально важными предикторами долгосрочного метеорологического прогнозирования для многих регионов и, в том числе, для района Китая.

8. Комплексный учет ,гвух факторов квазидвухлетнего цикла тропосферной стратосферы и солнечной активности оказался удачным, прогностические выводи конкретизируются для ряда регионов,и интенсивность очагов отклонений геопотенциала на уровнях Ндод, и ^1000 от иноголзтних норм возрастает. "

9. Каждый из типов ранней и поздней перестроек стратосферы з полярной области характеризуется своеобразным распределением приземного давления, температуры воздуха и атмосферных осадков в весенние кесячы на территории КНР.

Таким образом, мы можем использовать дату весенней перестройки циркуляции в стратосфере в качестве предиктора при прогнозировании погоды на весну-начало лета.

10. При комплексном использовании двух предикторов фаз ВДЦ и солнечной активности прогностические выводы температуры воздуха и атмосферных осадков по групповым характеристикам имеют высокий уровень обеспеченности. Достоверность полученных выводов достаточн высокзя .

Основное содержание работы представлено в следующих статьях: I. К вопросу о связи температуры воздуха в Китае с солнечной активностью и квазидвухлетник циклом в стратосфера. Сб.тр.иШтеор( логические прогноз!;'', РипЛЙ, Ш'МЛ, 1992, с.10Ь-П4.

2. О зависимости условий увлажнение д Китае от солнечной активности. Сб.тр. "%теорологическмв прогнозы", вып.114. Изд. РГГЬМ, 1992, с.114-119.

3. Современное состояние и перспективы развития методов долгосрочного метеорологического прогноза б КНР. Труды Пермского Государственного Университета, 1992, с.74-70.

4. Консервативные закономерности потенциальной энергии двухмерной волны Россбь. - Метеорология Синьцзян, 1987

(на китайском языке).

5. Программы статистического анализа метеорологической информации (на китайском языке) .Ущуыуч.1987, 211 с.