Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Отклик в системе океан-атмосфера на каноническое Эль-Ниньо и Эль-Ниньо Модоки

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Отклик в системе океан-атмосфера на каноническое Эль-Ниньо и Эль-Ниньо Модоки"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

ЖЕЛЕЗНОВА Ирина Владимировна

ОТКЛИК В СИСТЕМЕ ОКЕАН-АТМОСФЕРА НА КАНОНИЧЕСКОЕ ЭЛЬ-НИНЬО И ЭЛЬ-НИНЬО МОДОКИ

25.00.30 — метеорология, климатология, агрометеорология

1 5 АПР 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва, 2015

005567241

005567241

Работа выполнена на кафедре метеорологии и климатологии географического факультета ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»

Научный руководитель:

Гущина Дарья Юрьевна, доктор географических наук, доцент кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ

Официальные оппоненты:

Семёнов Владимир Анатольевич, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН Института физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН

Попова Валерия Васильевна, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории климатологии Института географии Российской академии наук (ИГ РАН)

Ведущая организация:

ФГБУ «Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации» (ФГБУ «Гидрометцентр России»)

Защита состоится 21 мая 2015 г. в 15 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.68 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 1801.

С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций научной библиотеки Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ломоносовский проспект, 27, А8. Автореферат размещен на сайте географического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова: www.geogr.msu.ru. Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д 501.001.68, e-mail: science@geogr.msu.ru, факс: +7 495 9328836.

Автореферат разослан « У » апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор геолого-минералогических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Эль-Ниньо - Южное колебание (ЭНКЖ) является одной из наиболее ярких аномалий в климатической системе нашей планеты. Аномалии температуры поверхности тропического Тихого океана и связанные с ними нарушения в атмосферной циркуляции оказывают огромное влияние на погодные и климатические условия как в районе распространения самого явления, так и далеко за его пределами. К наиболее ярким проявлениям воздействия Эль-Ниньо относятся катастрофические наводнения и сильные засухи, значительные аномалии в температурном режиме, нарушения муссонной циркуляции. Проблема прогноза аномалий, связанных с Эль-Ниньо, крайне важна не только с точки зрения фундаментального понимания механизмов взаимодействия между тропиками и умеренными широтами, но и для минимизации экономического ущерба, связанного с последствиями катастрофических событий.

Серьезной проблемой, стоящей перед исследователями ЭНЮК, является непохожесть явлений одного на другое. До относительно недавнего времени считалось, что, несмотря на существенные различия в особенностях развития каждого отдельного Эль-Ниньо, все они являются, по сути, вариациями единого процесса, существующего в тропической зоне Тихого океана. Однако в последнее десятилетие было установлено [АзЬок е1 а1., 2007; К1Щ й а1., 2009], что, наряду с каноническим Эль-Ниньо, при котором максимальные аномалии температуры поверхности возникают на востоке Тихого океана, существует еще один тип явления, максимум аномалий для которого смещен в центральную часть Тихого океана, в район линии перемены дат. Новый тип получил название Эль-Ниньо Модоки (от японского слова, означающего «похожий, но другой») или Центрально-Тихоокеанское (ЦТ) Эль-Ниньо. Каноническое Эль-Ниньо, в свою очередь, также называют Восточно-Тихоокеанским (ВТ).

Актуальность исследования отклика на два типа Эль-Ниньо определяется следующими причинами.

1. Изменение локализации аномалий температуры поверхности океана (ТПО) в период развития Эль-Ниньо может приводить к значительным изменениям отклика в климатической системе. Максимальная чувствительность атмосферы к воздействию со стороны океана отмечается на западе тропического Тихого океана, в районе морского континента Индонезии, где максимально развиты процессы глубокой конвекции. Поэтому интенсивность удаленного отклика, которая определя-

ется как амплитудой аномалий ТПО, так и степенью атмосферной чувствительности к воздействию со стороны океана, будет больше управляться процессами, происходящими не на востоке, а в центре Тихого океана. Это позволяет предположить, что удаленный отклик на Эль-Ниньо Модоки отличается от отклика на каноническое Эль-Ниньо не только по структуре, но и по интенсивности.

2. Как было показано в ряде исследований [Ashok et al., 2007; Weng et al., 2009; Mo, 2010 и др.], удаленный отклик на два типа Эль-Ниньо в ряде регионов земного шара может серьезно различаться, вплоть до противоположного. Так, например, регионы, в которых в период канонического Эль-Ниньо наблюдался сильный дефицит осадков, могут быть подвержены избыточному увлажнению в годы Эль-Ниньо Модоки. Однако особенности удаленного отклика на каждый из типов Эль-Ниньо, так же как и механизмы, приводящие к аномалиям в различных регионах Земного шара, до настоящего времени изучены достаточно слабо. В большинстве исследований, посвященных удаленному отклику на ЭНЮК, отсутствовало разделение на два типа явления. Поэтому полученные ранее результаты представляют совокупный отклик на оба типа Эль-Ниньо, что может приводить к маскировке аномалий в отдельных регионах. Таким образом, актуальной проблемой является выделение отклика на каждый из типов Эль-Ниньо.

3. В немногочисленных исследованиях, посвященных изучению удаленного отклика на два типа Эль-Ниньо, рассмотрены особенности отклика в конкретных районах Земного шара. Кроме того, крайне слабо охвачены исследованиями регионы, удаленные от района локализации аномалий в период развития ЭНЮК. Поэтому систематизация и структуризация результатов, а также изучение физических механизмов удаленного отклика являются актуальной научной задачей.

4. Большая повторяемость Эль-Ниньо Модоки в последние десятилетия может являться реакцией климатической системы на рост глобальной температуры [Yeh et al., 2009]. В связи с этим, важной является проблема изменения структуры и механизмов удаленного отклика на Эль-Ниньо в условиях потепления климата в XXI веке.

Объекты исследования—дватипаявления Эль-Ниньо, глобальная атмосферная циркуляция, процессы синоптического масштаба в тропической зоне.

Предмет исследования - характеристики и циркуляционные механизмы удаленного отклика на два типа ЭНЮК в тропиках и внетропической зоне.

Целью работы является определение удаленного отклика на два типа Эль-Ниньо -каноническое и Модоки, исследование циркуляционных механизмов дальних связей и оценка изменения этих механизмов в условиях потепления климата.

В соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи исследования:

• определить удаленный отклик на два типа Эль-Ниньо в полях приземной температуры воздуха и осадков и причины возникновения аномалий;

• выявить взаимосвязь аномалий глобальной и региональной атмосферной циркуляции с аномалиями температуры поверхности экваториального Тихого океана в период канонического и Модоки Эль-Ниньо;

• определить изменения структуры вертикальных ячеек циркуляции в тропической тропосфере (Хэдли и Уокера) в период развития двух типов ЭНЮК; • • выявить влияние канонического и Модоки Эль-Ниньо на процессы синоптического масштаба в тропической зоне Тихого океана;

• определить изменение удаленного отклика на два типа Эль-Ниньо в условиях потепления климата.

Положения, выносимые на защиту

• Аномалии метеорологических характеристик (приземной температуры и осадков), сопровождающие два типа Эль-Ниньо, существенно различаются по локализации и интенсивности, вплоть до противоположного знака аномалии.

• Интенсивность отклика зональной крупномасштабной циркуляции зависит от типа Эль-Ниньо, при этом пространственная структура отклика в целом идентична, а локальные различия обусловлены региональными аномалиями циркуляции.

• Изменение локализации аномалий приземной температуры воздуха и осадков в условиях канонического и Модоки Эль-Ниньо определяется особенностями отклика региональной и вертикальной циркуляции атмосферы.

• Характеристики процессов синоптического масштаба в тропической зоне (на примере тропических циклонов и Перуанского струйного течения) существенно изменяются на межгодовых масштабах, что обусловлено влиянием Эль-Ниньо.

• Удаленный отклик циркуляции атмосферы на Эль-Ниньо в условиях потепления климата существенно ослабевает, при этом ослабление более ярко выражено для канонического Эль-Ниньо.

Научная новизна работы

Впервые определен удаленный отклик в аномалиях приземной температуры и осадков на два типа Эль-Ниньо с использованием нового объективного метода выделения двух типов ЭНЮК.

Впервые с использованием новых индексов циркуляции описана эволюция аномалий циркуляции в горизонтальной и вертикальной плоскости в атмосфере в период развития канонического и Модоки Эль-Ниньо.

Впервые определены циркуляционные причины формирования аномалий температуры воздуха и осадков в период Эль-Ниньо двух типов.

Впервые определена изменчивость характеристик тропических циклонов в зависимости от типа Эль-Ниньо как в Тихом океане, так и за его пределами. Определен синоптический механизм Перуанского атмосферного струйного течения, оказывающего влияние на апвеллинг, и изменения этого механизма в период развития двух типов Эль-Ниньо.

Впервые выявлено изменение отклика глобальной и региональной атмосферной циркуляции на два типа ЭНЮК в условиях потепления климата XXI века.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты позволили определить изменение удаленного климатического отклика в зависимости от типа Эль-Ниньо и усовершенствовать понимание механизмов этого ' отклика. Результаты исследования могут быть использованы при определении последствий Эль-Ниньо в условиях потепления климата.

Личный вклад автора

Все основные научные результаты, представленные в работе, были получены автором лично или в соавторстве с доктором географических наук, доцентом кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ Дарьей Юрьевной Гущиной. Личный вклад автора состоит в самостоятельном проведении всех необходимых расчетов, выявлении дальних связей двух типов Эль-Ниньо в полях аномалий приземной температуры и осадков, и определении циркуляционных механизмов удаленного отклика. Самостоятельно была проведена оценка изменения удаленного отклика глобальной атмосферной циркуляции в условиях потепления климата XXI века, а также исследование изменчивости характеристик тропических циклонов в период развития двух типов ЭНЮК.

Совместно с Д.Ю. Гущиной проведен начальный этап исследования влияния двух типов Эль-Ниньо на аномалии глобальной и региональной атмосферной циркуляции. Далее исследование было расширено и продолжено автором работы лично. Совместно определен синоптический механизм Перуанского струйного течения и его изменчивость в годы различных типов Эль-Ниньо.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались автором на международных и отечественных конференциях и семинарах, в том числе на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009), Международном русско-французском семинаре «Климатическая изменчивость в тропическом Тихом океане: механизмы, моделирование и

удаленный отклик» (Москва, 2009), Всероссийской конференции «Михаил Арамаисович Петросянц и современные проблемы метеорологии и климатологии» (к 90-летию со дня рождения М.А. Петросянца, Москва, 2009), Школе-конференции молодых ученых «Изменение климата и окружающей среды Северной Евразии: анализ, прогноз, адаптация» (Кисловодск, 2014), Генеральной ассамблее Европейского геофизического общества Ев 11-2015 (Вена, Австрия, 2015).

По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 статьи в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертации, 1 статья в рецензируемом сборнике и 4 - тезисов докладов к научным конференциям.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 135 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и приложений, и содержит 264 страницы компьютерного текста, включая 50 рисунков и 12 таблиц в основном тексте, а также 39 рисунков и 3 таблицы в приложениях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее практическая значимость и научная новизна, сформулированы цели и задачи исследования, указан личный вклад автора, приведены сведения об апробации работы и о структуре и объеме диссертации.

Первая глава посвящена вопросам развития взглядов на Эль-Ниньо и проблемам, возникающим при изучении этого явления, связанным с большим разнообразием его характеристик, таких как интенсивность, продолжительность, район локализации аномалий и др. Приводятся существующие на настоящее время теории возникновения и развития ЭНЮК.

Являясь основной глобальной климатической аномалией на межгодовых масштабах, явление Эль-Ниньо — Южное колебание проявляется не только в аномальном потеплении в тропической зоне Тихого океана и одновременной перестройке поля атмосферного давления, но и оказывает существенное влияние на атмосферную циркуляцию, приводя к значительным аномалиям в структуре вертикальной ячейки Уокера, смещению зон конвергенции и дивергенции воздуха. Такая глобальная перестройка оказывает существенное влияние на погодные и климатические условия как в пределах тропиков, так и во внетропических широтах.

Последние исследования показывают, что, начиная с конца 1970-х гг., все чаще максимум аномалий ТПО в период развития Эль-Ниньо возникает не на востоке, а в центре тропического Тихого океана [Larkin and Harrison, 2005; Ashok et al., 2007; Kug et al., 2009; Kao and Yu, 2009]. Это позволило выдвинуть предположение о существовании в тропическом Тихом океане двух различных мод климатической изменчивости, представляющих собой два типа Эль-Ниньо: каноническое и Модоки. Более частое возникновение нового типа Эль-Ниньо в последние десятилетия связывают с глобальным потеплением климата [Yeh et al., 2009] .

Различия в локализации аномалий ТПО в тропическом Тихом океане обуславливают отличия в удаленном отклике на два типа Эль-Ниньо в различных регионах земного шара. Подробно обсуждаются известные на настоящий момент характеристики удаленного отклика в полях различных метеорологических величин и некоторые возможные механизмы этого отклика. Приводятся результаты исследований как для отдельных регионов, так и для глобального поля возникающих аномалий приземной температуры и осадков.

В главе 1 приводятся также основные индексы, используемые при описании и исследовании двух типов Эль-Ниньо.

Во второй главе описаны источники данных, использованных в работе, и методика проведенных расчетов. В работе использованы данные о приземном давлении, зональной и меридиональной компонентах скорости ветра и аналоге вертикальной скорости ветра, высоте геопотенциальных поверхностей на различных уровнях в атмосфере (архив реанализа NCEP/NCAR), информация о температуре поверхности океана (архив Hadley центра (HadlSST), приземной температуре воздуха (архив реанализа ERA Interim) и количестве осадков (архив GPCP), спутниковые данные о компонентах приземного ветра (спутник Quik-SCAT) и данные о характеристиках тропических циклонов (архив Гидрометцентра России).

Исследование циркуляционных аномалий глобальной зональной циркуляции атмосферы проведено с использованием индекса Петросянца-Гущиной [Петро-сянц и Гущина, 1998]

в котором для характеристики глобальной зональной циркуляции вычисляется циркуляция зональной составляющей скорости ветра и(ф) вдоль круга широты / . Он представляет собой обобщающий индекс циркуляции, характеризующий основные черты глобального распределения циркуляции атмосферы и позволяет

достаточно детально характеризовать особенности движения атмосферы в различных широтных поясах. Для анализа аномалий региональной циркуляции применялась другая модификация этого индекса - циркуляция скорости Ls по контуру региона S, выбираемого исходя из особенностей атмосферной циркуляции и в большинстве случаев соответствующего среднеклиматическому положению основных центров действия в атмосфере тропических и умеренных широт:

Ls = ¡uç>idlç,i + J vX2dlx2 - \up2dl9Ï - jvÀldlM ,

где и и v - зональные и меридиональные составляющие скорости реального ветра, ср/ и ф2 - широты южной и северной границ контура соответственно, АЛ и 12 - долготы западной и восточной границ контура соответственно, / - длина стороны контура. Положительным направлением обхода при расчете циркуляции Ls считалось направление против часовой стрелки. В соответствии с выбранным направлением обхода контура в Северном полушарии циклоническая циркуляция -положительная, а антициклоническая - отрицательная, в Южном полушарии -наоборот.

Рассчитаны полные значения и аномалии циркуляции по кругу широты от 90° с.ш. до 90° ю.ш. с шагом 2,5° и циркуляции в 23 контурах, соответствующих среднему климатическому положению основных центров действия атмосферы и зон активной циклонической деятельности.

Для анализа вертикальной циркуляции был использован метод построения вертикальных ячеек циркуляции, предложенный в [Wang, 2002]. Известно, что скорость ветра может быть подразделена на бездивергентную (вихревую) и дивергентную (безвихревую) части [Mancuso, 1967; Krishnamurti, 1971; Krish-namurti et al., 1973]: v = vv 4- Уф = kx. Vl|/ + Уф, где у - это функция тока и Ф — потенциал скорости. На первом этапе была выделена дивергентная составляющая компонент ветра через потенциал скорости дивергентного ветра (ПСДВ)

„, du Bv „ „

= -—, и определены значения зональной и меридиональной составляющей дивергентного ветра. Затем с помощью кубической сплайн-интерполяции [Пановский Г.А., Брайер Г.В., 1967] были рассчитаны значения дивергентного ветра и аналога вертикальной скорости ветра на изобарических поверхностях от 1000 до 100 гПа с шагом 50 гПа. Для анализа циркуляции в ячейке Уокера проведено осреднение в трех полосах широт: 5° с.ш. - 5° ю.ш., 5° - 15° ю.ш. и 5° —15° с.ш.. Для анализа вертикальной циркуляции в меридиональной плоскости земной шар был разделен на 9 секторов по 40° долготы, в диапазоне от 40° с.ш. до 40° ю.ш. Построены как средние климатические разрезы, так и композиционные

разрезы аномалий циркуляции в вертикальной плоскости для 8 последовательных трехмесячных интервалов: в период развития, кульминации и затухания двух типов Эль-Ниньо.

Особое внимание в работе уделено методике выделения двух типов Эль-Ниньо. В ходе исследования было использовано два метода. Согласно первому методу, явление, при котором аномалия ТПО в районе Nino3 (5° ю.ш. - 5° с.ш.; 150°-90° з.д.) больше, чем в районе Nino4 (5° ю.ш. - 5° с.ш., 160° в.д. - 150° з.д.), и больше 0,5 °С в течение ноября, декабря, февраля, относится к типу канонического Эль-Ниньо. Если, напротив, больше аномалия в районе N ino4. то явление относится к типу Эль-Ниньо Модоки [Yeh et al., 2009].

Второй метод основан на выделении мод климатической изменчивости в поле аномалий ТПО в тропическом Тихом океане [Takahashi et al., 2011]. Пространственная структура первой и второй моды ЭОФ-разложения (разложения на эмпирические ортогональные функции) соответствует локализации аномалий, характерных для канонического и Модоки Эль-Ниньо соответственно. Первым двум модам соответствуют временные ряды основных компонент РС1 и РС2, которые и используются для построения индексов Эль-Ниньо. При этом сами по себе ряды РС1 и РС2 не являются репрезентативными с точки зрения разделения Эль-Ниньо на два типа. Точки, соответствующие месячным значениям коэффициентов для декабря — февраля в осях РС1/РС2, выстраиваются вдоль диагональных осей, что позволяет выделить два режима ЭНЮК: режим чрезвычайно теплого события (например, явления 1982-83 и 1997-98 гг.) и режим, включающий холодные, нейтральные и умеренно теплые годы. Точки, характеризующие второй режим, ложатся близко к оси, которая была обозначена как «ЦТ-индекс», а ортогональная ей ось как «ВТ-индекс». Так как большая часть точек ложится близко к одной из осей, данные индексы позволяют разделить две моды Эль-Ниньо. Так как оси ЦТ и ВТ индексов являются диагональными в пространстве РС1/РС2, то для расчета их значений необходимо повернуть оси на 45°. Тогда ЦТ и ВТ индексы будут

РС\ - РС2 ■ PCI + РС2 вычисляться по следующим формулам: ВТ =-¡=- > ЦТ =-=-•

V2 V2

Для изучения аномалий атмосферной циркуляции в период двух типов Эль-Ниньо использовался корреляционный анализ связей между аномалиями циркуляции в центрах действия атмосферы и вдоль круга широты и индексами ЦТ и ВТ Эль-Ниньо как синхронно, так и со сдвигом от -24 до +24 месяцев. В связи с тем, что масштабы временной изменчивости атмосферной циркуляции существенно отличаются от временных масштабов изменчивости ТПО, искать

связи между исходными рядами этих величин методически неверно. Поэтому для выполнения корреляционного анализа была проведена фильтрация внутригодовых колебаний во временных рядах циркуляции путем расчета 13-месячного скользящего среднего, отнесенного к центральному месяцу периода осреднения [Петросянц и Гущина, 2000]. Сглаживание рядов индексов ЦТ и ВТ Эль-Ниньо незначительно влияет на результаты корреляционного анализа, поэтому данная процедура была проведена только для рядов индексов атмосферной циркуляции.

Для оценки значимости различий между композиционными разрезами глобальной зональной циркуляции для двух типов Эль-Ниньо был использован bootstrap-метод [Efron, 1982], основанный на методе Монте-Карло (см. [Bjornsson and Venegas, 1997]). Значимость корреляции индексов ЦТ и ВТ Эль-Ниньо с циркуляцией в центрах действия атмосферы оценивалась по методу t-критерия Стьюдента. Для учета автоскоррелированности рядов, к которым было применено 13-месячное скользящее осреднение, был рассчитан радиус автокорреляции г, равный количеству месяцев, за которое автокорреляция убывает в е раз. В случае независимости членов выборки число степеней свободы, определяющих порог значимости, равно п-1, где п — длина выборки. Для учета автокорреляции число степеней свободы определялось как отношение длины ряда п к радиусу автокорреляции г, и с его учетом был определен порог значимости.

Исследование удаленного отклика в полях приземной температуры и осадков проводилось на основании регрессионного анализа связей между аномалиями месячных полей метеорологических величин и индексами ЦТ и ВТ Эль-Ниньо.

Для оценки изменения удаленного отклика на два типа Эль-Ниньо в условиях потепления климата использовалась модель GFDL-ESM-2M по данным контрольного эксперимента с доиндустриальным содержанием в атмосфере С02 (piControl) и самого жесткого из сценариев потепления климата в XXI веке, предложенных IPCC (RCP 8.5). В главе 2 приводится краткое описание модели GFDL-ESM-2M.

Третья глава посвящена анализу отклика в полях основных метеорологических величин, таких как приземная температура воздуха и осадки, на два типа Эль-Ниньо. Обосновывается актуальность создания обобщенной карты удаленного отклика на каноническое и Модоки Эль-Ниньо и анализируются особенности аномалий, возникающие в период их развития.

Большинство исследований, посвященных этому вопросу, до недавнего времени не учитывало разделение Эль-Ниньо на два типа. Тем не менее, достаточно большой

объем накопившейся информации был обобщен в [ТгепЬегПт е1 а1., 1998] и составлена сводная карта, на которой представлены регионы, где наблюдаются значимые аномалии температуры воздуха и осадков в период Эль-Ниньо. Недавние работы, в которых влияние двух типов Эль-Ниньо рассматривалось отдельно, посвящены исследованию удаленного отклика в конкретных регионах, либо распределению аномалий отдельных метеовеличин без комплексного анализа факторов, приводящих ; к таким аномалиям. Это делает актуальной задачу создания обобщенной карты, позволяющей четко разделить отклик на два типа Эль-Ниньо и определить факторы, влияющие на возникновение аномалий не только в Тихоокеанском регионе, исследованном уже достаточно подробно, но и за его пределами. ;

С помощью регрессионного анализа выявлены аномалии приземной температуры воздуха и осадков в зимние месяцы, когда, как правило, наблюдается кульминация явления Эль-Ниньо, и летом, следующим за кульминацией. На осно-

ВТ Эль-Ниньо

ЦТ Эль-Ниньо

0° 60° 120° в.д. 180° 120°з.д. 60°

90° ю.ш..

0" 0° 60° 120° в.д. 180° 120° з.д. 60° 0°

0° 60= 120° в.д. 180° 120° з.д. 60'

0° 60° 120° в.д. 180° 120° з.д. 60° 0°

тепло

сухо

холодно

влажно

тепло и сухо тепло и влажно холодно и сухо

холодно и влажно

Рис. 1. Пространственное распределение аномалий приземной температуры воздуха и осадков зимой (а, б) и летом (в, г) в период развития канонического (слева) и Модоки (справа) Эль-Ниньо.

ве полученных данных были составлены сводные карты распределения атмосферных аномалий для каждого типа Эль-Ниньо (рис. 1).

Анализ карты (рис. 1) позволяет заключить, что лишь в отдельных регионах удаленный отклик на два типа Эль-Ниньо имеет сходный характер. Так, к регионам, занятым в период кульминации обоих типов Эль-Ниньо положительной аномалией приземной температуры, относится, например, северо-восток США, где область аномалий смещается в зависимости от типа явления к югу (Эль-Ниньо Модоки) или западу (каноническое Эль-Ниньо).

Положительные аномалии температуры также отмечаются в районе Корейского полуострова и части Приморья, охватывают южную часть Японии и прилегающие акватории. Аналогичная картина наблюдается в субтропиках Южного полушария в центре Тихого океана. Более низкие температуры в период обоих типов Эль-Ниньо отмечаются в тропических регионах западного Тихого океана в обоих полушариях, в умеренных и субтропических широтах на юге Атлантики, на северо-востоке Канады, в Арктике севернее Канадского архипелага и Гренландии, на Дальнем Востоке в районе Магаданской области и части Чукотки, а также в районе Кавказских гор и части Черного и Каспийского морей.

Схожий отклик в аномалиях осадков для двух типов Эль-Ниньо наблюдается на северо-востоке Южной Америки, в южной части Африки, где отмечаются засушливые условия зимой Северного полушария. Положительная аномалия осадков характерна в этот период для северо-западной части Индийского океана и юга Северной Америки. В годы канонического Эль-Ниньо область аномалий располагается на юго-востоке США, и в части Атлантики рядом с Североамериканским побережьем; в период развития Эль-Ниньо Модоки эта область смещается на юго-запад.

Однако, несмотря на некоторые общие черты, в большинстве регионов отклик на два типа Эль-Ниньо существенно различается, вплоть до противоположного. Так, район Индонезии в годы канонического Эль-Ниньо оказывается в зоне положительных аномалий температуры, в то время как в период Эль-Ниньо Модоки здесь наблюдаются аномально холодные условия. Восточное побережье Китая, Корея и юг Японии оказываются в зоне избыточного увлажнения в годы канонического Эль-Ниньо и испытывают дефицит осадков в зимние месяцы Эль-Ниньо Модоки. Во множестве регионов статистически значимый отклик проявляется лишь на один из типов Эль-Ниньо, либо район локализации отклика существенно смещается в годы Модоки и канонического Эль-Ниньо в зависимости от особенностей аномалий атмосферной циркуляции.

В главе 3 также рассматриваются аномалии, возникающие летом после кульминации двух типов Эль-Ниньо. Механизм формирования выявленных статистически значимых аномалий приземной температуры воздуха и осадков на настоящий момент изучен недостаточно, в особенности вне Тихоокеанского региона. Атмосферная циркуляция является важнейшим механизмом передачи сигнала из одних районов в другие. Это определяет необходимость исследования изменений в глобальной и региональной атмосферной циркуляции в различных регионах Земного шара в период развития двух типов Эль-Ниньо, которые могут являться причиной изменений в температурном режиме и режиме увлажнения.

Четвертая глава посвящена изучению аномалий атмосферной циркуляции, возникающих в период развития канонического и Модоки Эль-Ниньо, и определению возможных механизмов возникновения аномалий в полях приземной температуры воздуха и осадков, выявленных в главе 3.

На первом этапе были оценены изменения глобальной зональной циркуляции скорости ветра, возникающие в период ЭНЮК. На основе анализа композиционных долготно-временных разрезов аномалий циркуляции скорости ветра вдоль круга широты, построенных для двух типов Эль-Ниньо и двух типов Ла-Нинья, а также распределения корреляции между аномалиями индекса зональной циркуляции и ЦТ и ВТ индексами были выделены существенные различия в нарушениях зонального переноса, возникающих как отклик на два типа ЭНЮК. Отметим, что в настоящем исследовании не ставится цель использовать полученные корреляционные зависимости для статистического прогноза аномалий циркуляции по данным ТПО в Тихом океане. Коэффициент корреляции используется как мера отклика на Эль-Ниньо, позволяющая проследить его распространение в умеренные широты, изменение интенсивности, пространственную структуру и другие характеристики.

Сигнал, возникающий в приэкваториальных и тропических широтах как отклик на аномалии ТПО в Тихом океане, со временем распространяется в более высокие широты. Механизм распространения связан с волнами Россби, проявляющимися в поле геопотенциала и распространяющимися от источника тепла. Наиболее ярко это выражено в верхних слоях тропосферы, куда тепло поступает в процессе глубокой конвекции.

Несмотря на схожую структуру удаленного отклика, можно выделить ряд различий, возникающих в период развития канонического и Модоки Эль-Ниньо. Распространение сигнала в годы канонического Эль-Ниньо оказывается симметричным относительно экватора, в годы Эль-Ниньо Модоки отмечается асимметричный отклик в Северном и Южном полушариях. Интенсивность

отклика сильнее в годы Эль-Ниньо Модоки, что проявляется как в абсолютных значениях аномалий зональной циркуляции, так и в величине коэффициентов корреляции. Это обусловлено локализацией максимальных аномалий ТПО в центральных районах Тихого океана, где чувствительность атмосферы к воздействию со стороны океана выше, чем на востоке Тихого океана, в районе локализации канонического Эль-Ниньо. В годы канонического Эль-Ниньо в Северном полушарии сигнал из тропиков достигает умеренных широт, в то время как в случае Эль-Ниньо Модоки сигнал распространяется только до 35-40° с.ш., что связано с региональной циркуляцией в северной части Тихого океана. В Южном полушарии наиболее яркие отличия наблюдаются в районе 20-30° ю.ш., где в годы канонического Эль-Ниньо отмечаются западные аномалии циркуляции зонального ветра, в то время как для Эль-Ниньо Модоки характерно наличие в этом районе восточных аномалий, усиливающихся после кульминации явления.

Причиной различий удаленного отклика глобальной зональной циркуляции скорости ветра на два типа ЭНЮК являются различия в региональном отклике циркуляции. Поэтому для более детального анализа реакции атмосферной циркуляции на аномалии ТПО, вызванной каждым из типов Эль-Ниньо, необходим детальный анализ изменчивости циркуляции в отдельных регионах Земного шара, соответствующих центрам действия атмосферы, а также исследование циркуляционных аномалий в структуре вертикальных ячеек Уокера и Хэдли.

Исследование аномалий циркуляции в вертикальной плоскости выявило значительные изменения в локализации и интенсивности зон восходящих и нисходящих движений в атмосфере в период Эль-Ниньо, причем характер этих аномалий существенно различается для канонического и Модоки Эль-Ниньо. Над тропической зоной Тихого океана в годы канонического Эль-Ниньо отмечается аномальный подъем воздуха в центральных и восточных регионах в районе экватора и в приэкваториальных районах Южного полушария, занимающий область от 180° до 100° з.д. На западе региона, в районе Индонезии отмечаются аномальные нисходящие движения воздуха, также лучше выраженные в Южном полушарии. В тропических широтах обоих полушарий наблюдается усиление нисходящих движений в антициклонах (преимущественно в западной части Тихоокеанского региона), что формирует область отрицательных аномалий осадков, так называемый «сухой бумеранг».

ВгодыЭль-НиньоМодокиобластьаномальныхвосходящихдвиженийлокализована в центральных районах экваториального Тихого океана (160° в.д. - 140° з.д.), а

опускание воздуха наблюдается на востоке (преимущественно в приэкваториальных районах Южного полушария) и на западе (в Северном полушарии) Тихоокеанского региона. В тропических широтах западной части Тихого океана, как и в случае канонического Эль-Ниньо, преобладают нисходящие движения в субтропическом поясе высокого давления (рис. 2).

За пределами Тихоокеанского региона наиболее ярко различия в структуре и интенсивности вертикальных ячеек в годы двух типов Эль-Ниньо проявляются на западе Индийского океана и на востоке Африки, в районе Южной Америки и Карибского бассейна. Это, как уже отмечалось, может быть одной из причин различной конфигурации областей аномалий приземной температуры и осадков в этих регионах в годы канонического и Модоки Эль-Ниньо.

Для более подробного изучения особенностей удаленного отклика на два типа Эль-Ниньо было проведено исследование взаимосвязи аномалий региональной атмосферной циркуляции в районах, соответствующих центрам действия атмосферы, с аномалиями ТПО в период канонического и Модоки Эль-Ниньо. Было показано, что наблюдается как влияние циркуляционных аномалий в атмосфере на Эль-Ниньо, так и атмосферный отклик на рост ТПО в тропическом Тихом океане. На рис. 3 приведены значения корреляции между циркуляцией скорости ветра в выбранных контурах и индексами ЦТ и ВТ Эль-Ниньо в нижней, средней и верхней тропосфере. Интенсивность отклика региональной циркуляции в Северном полушарии для двух типов Эль-Ниньо в целом оказывается сопоставимой, в то время как в Южном полушарии циркуляционные аномалии более ярко выражены в годы Эль-Ниньо Модоки. Обнаружено, что нет однозначной зависимости скорости распространения сигнала из района максимальной ТПО в

ВТ Эль-Ниньо

ЦТ Эль-Ниньо

Рис. 2. Аномалии циркуляции в ячейке Уокера на 10° ю.ш. в период кульминации канонического (а) и Модоки (б) Эль-Ниньо.

|r|<0,3 0,3<|r|<0,5 | | |r|>0,5

d

с.ш. 80° 60° 40° 20° 0° 20° 40° 60° ю.ш. 80°

З.Д. 180° 140°

100° 60° 20° 0°20° 60° 100° 140° 180° в.д.

|r|<0,3

0,3<|r|<0,5

|r|>0,5

BT Эль-Ниньо

ЦТ Эль-Ниньо

с.ш 80° 60° 40° 20° 0° 20° 40° 60° ю.ш 80°

з.д. 180° 140°

100° 60° 20° 0°20°

100° 140° 180° в.д.

с.ш 80° 60° 40° 20° 0° 20° 40° 60° ю.ш. 80° з.д. 1!

Э° 140° 100° 60° 20° 0° 20° 60° 100° 140° 180°

с.ш. 80° 60° 40° 20° 0° 20° 40° 60° ю.ш. 80° з.д. 18

140° 100° 60° 20° 0°20° 60° 100° 140° 180° в.д.

Рис. 3. Корреляционные связи аномалий циркуляции скорости ветра в контурах, соответствующих центрам действия атмосферы с индексами ВТ (слева) и ЦТ (справа) Эль-Ниньо на геопотенциальных поверхностях 200 и 300 гПа (а, г), 500 и 700 гПа (б, д) и 850 и 925 гПа (в, е).

другие районы тропиков и умеренных широт от типа Эль-Ниньо. Для регионов, удаленных от района локализации аномалий ТПО, сдвиг по времени, при котором наблюдается максимальная корреляция, в среднем больше, чем для регионов в пределах бассейна Тихого океана, однако эта связь нелинейная.

По характеру отклика региональной циркуляции на два типа Эль-Ниньо все исследуемые контуры были разделены на четыре группы. К первой группе относятся контуры, связь циркуляции в которых с двумя типами Эль-Ниньо имеет сходный характер, а различия заключаются в интенсивности отклика и продолжительности его существования. К этой группе относятся преимущественно центры действия, находящиеся в пределах Тихоокеанского региона либо в его окрестностях (над Северной Америкой и Индийским океаном). Однако, несмотря на схожую структуру удаленного отклика атмосферной циркуляции, аномалии приземной температуры и осадков, отмечающиеся в этих районах в период канонического и Модоки Эль-Ниньо, не всегда идентичны. Это определяется влиянием других факторов помимо региональной циркуляции, а именно циркуляцией в вертикальной плоскости, аномалиями потоков явного и скрытого тепла, радиационным фактором и др. Вторая группа включает контуры, связь циркуляции в которых с аномалиями ТПО в Тихом океане значима, но различается для двух типов Эль-Ниньо. К ним относятся Южно-Тихоокеанский антициклон (отклик этого центра действия определяет различную конфигурацию отрицательных аномалий температуры и осадков на западе и в центре Тихого океана в Южном полушарии), область распространения Индийского муссона (отклик проявляется в различной локализации области избыточного увлажнения на западе Индийского океана), Азорский антициклон (различия удаленного отклика обуславливают положительные аномалии приземной температуры после кульминации канонического Эль-Ниньо и отрицательные в случае Эль-Ниньо Модоки).

К третьей группе относятся контуры, отклик атмосферной циркуляции в которых значим в период развития только одного из типов Эль-Ниньо. Так, например, в годы Эль-Ниньо Модоки отмечается ослабление циклонической деятельности на юге Тихого океана и, напротив, ее интенсификация на юге Атлантики. Только для канонического Эль-Ниньо характерно ослабление циклонической циркуляции на высотах над районом распространения Сибирского антициклона. И, наконец, четвертая группа содержит контуры, в которых значимые связи с аномалиями ТПО в период Эль-Ниньо обнаружены не были. К последней группе контуров относятся в основном регионы, удаленные от района локализации аномалий ТПО в период развития ЭНЮК.

В пятой главе исследуется влияние двух типов Эль-Ниньо на процессы синоптического масштаба в тропической зоне.

Ярким примером синоптической изменчивости в низких широтах являются тропические циклоны (ТЦ). В более ранних исследованиях [Петросянц и др., 1998, Семенов и др., 2001, Wu et al., 2003] отмечалось, что в период развития Эль-Ниньо интенсивность, траектории, частота возникновения и другие характеристики ТЦ подвергаются существенным изменениям. Однако о различиях отклика тропических циклонов на два типа Эль-Ниньо известно очень мало [Hong et al., 2011, Xu and Huang, 2014, Zhang and Guan, 2014]. Поэтому нами было проведено обобщающее статистическое исследование характеристик тропических циклонов в период развития двух типов Эль-Ниньо.

Было показано, что для Южного Тихого океана и Атлантики характерны противоположные тренды характеристик ТЦ. Так, на юге Тихого океана в годы канонического Эль-Ниньо увеличиваются общее число ТЦ, время существования наиболее сильных циклонов и продолжительность сезона возникновения тропических циклонов. Для Эль-Ниньо Модоки характерно уменьшение (относительно климатической нормы) значения всех указанных характеристик, за исключением продолжительности сезона, который, тем не менее, все равно заметно уступает продолжительности сезона ТЦ в случае канонического Эль-Ниньо. Подобные различия тесно связаны с локализацией аномалий ТПО: более интенсивный рост температуры поверхности центральной части тропического Тихого океана в период развития Эль-Ниньо Модоки приводит к интенсификации тропического циклогенеза. Над акваторией тропической Северной Атлантики в годы канонического Эль-Ниньо наблюдается ослабление тропических циклонов, что уже отмечалось в более ранних исследованиях [Rappaport, 1999]. Для Эль-Ниньо Модоки, напротив, отмечается рост числа и продолжительности ТЦ, преимущественно в год после кульминации явления. Противоположно и смещение районов зарождения и угасания ТЦ в Атлантике (к северу от среднеклиматического положения в случае канонического Эль-Ниньо и к югу в годы Эль-Ниньо Модоки).

В северной части тропической зоны Тихого океана в целом отмечается интенсификация тропического циклогенеза в год, предшествующий кульминации обоих типов Эль-Ниньо, и его ослабление в последующий год, более заметное для канонического Эль-Ниньо. Сезон ТЦ сокращается на северо-западе и увеличивается на северо-востоке региона, что обусловлено, видимо, значениями аномалий ТПО в этих областях.

В Индийском океане к югу от экватора отмечается увеличение числа циклонов в год после кульминации канонического Эль-Ниньо и их уменьшение в случае Эль-Ниньо Модоки.

Еще одним важным климатообразующим процессом в тропическом Тихом океане является апвеллинг у берегов Южной Америки, интенсивность которого зависит не только от процессов межгодового и внутрисезоиного масштабов, но и подвержена изменчивости на синоптических масштабах. Основным процессом, определяющим интенсивность апвеллинга на масштабе 5-20 дней, является Перуанское атмосферное струйное течение (ПСТ), которое представляет собой увеличение средней скорости ветра юго-восточного и южного направления в нижней тропосфере вдоль побережья Южной Америки до 8,5 м/с и более в течение 5 и более дней.

Синоптический механизм формирования ПСТ заключается в разделении Южно-Тихоокеанского антициклона на две части циклоническим образованием, так что восточная часть области высокого давления (Перуанский антициклон) смещается к побережью Южной Америки. На его северо-восточной периферии, вследствие сгущения изобар, которому способствует меридионально вытянутый хребет Анд, возникает область повышенной скорости ветра, и представляющая собой ПСТ.

В главе 5 рассматривается влияние двух типов Эль-Ниньо на характеристики и синоптический механизм ПСТ на основе проведенного нами case-study для 1997 (каноническое Эль-Ниньо) и 2006 (Эль-Ниньо Модоки) годов. Хотя частота возникновения Перуанского струйного течения в годы с обоими типами Эль-Ниньо оказалась одинаковой (по 6 случаев), средняя продолжительность и интенсивность (значения средней в области скорости ветра) явлений оказались сильнее в 1997 году. Кроме того, в указанные годы период наибольшей повторяемости явлений был несколько смещен и наблюдался с июня по ноябрь, тогда как в среднем ПСТ наблюдается с апреля по сентябрь.

В период развития Эль-Ниньо Южно-Тихоокеанский антициклон, играющий ключевую роль в образовании ПСТ, существенно ослаблен. При этом в годы Эль-Ниньо Модоки максимальное его ослабление происходит в центре Тихого океана, в районе локализации максимума аномалий ТПО, тогда как его восточная часть (Перуанский антициклон) ослабляется значительно меньше и может приводить к образованию ПСТ. В случае канонического Эль-Ниньо максимум аномалии ТПО расположен на востоке Тихого океана. В этом случае за образование Перуанского струйного течения оказывается ответственным завершающий антициклон циклонической серии, вливающийся в ослабленную систему

Южно-Тихоокеанского антициклона, что приводит к вытягиванию области высокого давления вдоль побережья Южной Америки и развитию в этом регионе меридиональной циркуляции южного направления. Аналогичные ситуации иногда возникают и в периоды, когда Эль-Ниньо не наблюдаются (в 21% проанализированных случаев), и в годы канонического Эль-Ниньо (2 из 6 рассмотренных случаев). Однако для Эль-Ниньо Модоки все 6 ПСТ развивались по этому сценарию. Таким образом, механизм образования ПСТ и его характеристики подвержены влиянию Эль-Ниньо и существенно различаются в период канонического и Модоки Эль-Ниньо.

Шестая глава посвящена исследованию проблемы изменения характеристик удаленного отклика на два типа Эль-Ниньо в условиях потепления климата.

На первом этапе была проведена валидация выбранной для исследований модели GFDL-ESM-2M. ЭОФ-анализ поля аномалий ТПО тропического Тихого океана подтвердил способность модели воспроизводить два различных типа Эль-Ниньо, однако для подтверждения возможности модели воспроизводить механизмы возникновения канонического и Модоки Эль-Ниньо был проведен ряд дополнительных исследований.

Хорошо известно, что важную роль в возникновении и развитии явления Эль-Ниньо играют атмосферные возмущения внутрисезонного масштаба, являющиеся важным компонентом атмосферной циркуляции в тропиках. Сравнение результатов, полученных по модельным данным, с аналогичными расчетами, основанными на данных реанализа [Gushchina and Dewitte, 2012], показало, что модель правильно воспроизводит роль процессов внутрисезонного масштаба в механизме генерации канонического и Модоки Эль-Ниньо.

Также было проведено сопоставление аномалий глобальной и региональной циркуляции скорости ветра в период развития двух типов Эль-Ниньо по модельным данным и данным реанализа (см. главу 4). Показано, что модель способна воспроизводить основные черты аномалий циркуляции, возникающие в период Эль-Ниньо, в частности, распространение сигнала из низких в высокие широты и локализацию наиболее характерных циркуляционных нарушений. Модель верно воспроизводит различия отклика на два типа Эль-Ниньо, в частности более интенсивный циркуляционный отклик на Эль-Ниньо Модоки по сравнению с каноническим.

Однако не все особенности удаленного отклика глобальной циркуляции правильно воспроизводятся моделью. Абсолютные значения коэффициентов корреляции для модельных данных в среднем оказываются выше, чем для данных

реанализа, что может быть обусловлено тем, что в модели не учитывается часть процессов, оказывающих влияние на циркуляционные аномалии в атмосфере.

Аналогичное сравнение было проведено для аномалий циркуляции скорости ветра в центрах действия атмосферы. Для большинства рассматриваемых нами контуров модель верно воспроизводит знак коэффициента корреляции и сдвиг по времени, при котором наблюдаются максимальные связи. Однако, как и для зональной циркуляции, абсолютные значения коэффициентов корреляции оказываются выше, чем для наблюдений. Неточности воспроизведения удаленного отклика циркуляции ветра в центрах действия атмосферы на два типа Эль-Ниньо связаны с неверным определением геопотенциальных высот, на которых наблюдаются аномалии. В частности, модель плохо воспроизводит особенности отклика в нижней тропосфере для низких сезонных центров действия, таких как Канадский антициклон и Мексиканская депрессия. Однако, несмотря на ряд неточностей, возникающих в модели при воспроизведении отклика глобальной и региональной циркуляции на ЭНЮК, основные черты аномалий, характерных для обоих типов Эль-Ниньо, модель воспроизводит верно, что позволяет использовать ее для анализа циркуляционных аномалий в условиях потепления климата.

Для анализа изменения удаленного отклика на Эль-Ниньо при потеплении климата выбран наиболее жесткий из группы сценариев, предложенных в рамках проекта IPCC - RCP8.5. Показано (рис. 4), что отклик зональной и региональной циркуляции на положительную фазу ЭНЮК в условиях роста глобальной температуры будет ослабевать. В целом структура удаленного отклика сохраняется, но становится более мозаичной, с множеством локальных районов, где в течение непродолжительного промежутка времени наблюдается аномалия того или иного знака. Особенно ярко это проявляется в нижней тропосфере, где практически исчезает распространение сигнала из низких в высокие широты за счет волнового переноса. Кроме того, в тропиках и субтропиках Южного полушария для случая канонического Эль-Ниньо на поверхности 850 гПа исчезают характерные для этого региона корреляционные связи, соответствующие западным аномалиям ветра, и, следовательно, ослаблению пассатного переноса в период Эль-Ниньо. Однако в Северном полушарии соответствующие им области положительных корреляций сохраняются. В годы Эль-Ниньо Модоки в указанном районе область положительных корреляций сохраняется, хотя и становится существенно слабее по сравнению с контрольным экспериментом. В целом, в условиях потепления климата более интенсивный отклик в циркуляции по кругу широты вызывает Эль-Ниньо Модоки по сравнению с каноническим, наиболее ярко это проявляется в нижней тропосфере.

При потеплении климата отмечается уменьшение временного периода, в течение которого наблюдаются значимые циркуляционные аномалии, вызванные Эль-Ниньо. Таким образом, в условиях глобального роста температуры роль Эль-Ниньо как основного процесса, определяющего изменчивость в тропическом Тихом океа-

ВТ Эль-Ниньо ЦТ Эль-Ниньо

С.Ш. 80

60° 40° 20° 0° 20° 40° 60°

ю.ш.

-20-10 0 10 20 -20-10 0 10 20

атмосфера океан атмосфера океан раньше раньше раньше раньше

piControl

а)

С.Ш. 80° 60° 40°

С 20° и 0° о

о 20° 40° 60°

-20 -10 0 10 20 -20 -10 0 10 20

атмосфера океан атмосфера океан раньше раньше раньше раньше

piControl

б)

с.ш. 80° 60° 40° 20° 0° 20° 40° 60° ю.ш. 80°

-20-10 0 10 20

RCP8.5

RCP8.5

сдвиг, месяцы

Рис. 4. Кросс-корреляция между 13-месячным скользящим средним аномалий циркуляции скорости ветра вдоль круга широты на 200 гПа (а, б), 500 гПа (в, г) и 850 гПа (д, е) по данным экспериментов piControl (первый и третий столбец соответственно) и RCP 8.5 (второй и четвертый столбец соответственно) модели GFDL-ESM-2M и индексами ВТ (слева) и ЦТ (справа) Эль-Ниньо. Отрицательные сдвиги - атмосфера опережает изменения ТПО, положительные сдвиги - атмосфера следует за изменениями ТПО. Жирной линией выделены области значимых коэффициентов корреляции (>|0,2|).

не, будет уменьшаться. Это подтверждается анализом пространственной структуры, соответствующей первым модам ЭОФ-разложения в теплом климате. Так, две первые моды ЭОФ-разложения суммарно объясняют значительно меньший процент изменчивости в теплом эксперименте (62%) по сравнению с контрольным (91%).

Однако сохранение более тесных связей глобальной и региональной атмосферной циркуляции с Эль-Ниньо Модоки по сравнению с каноническим Эль-Ниньо может свидетельствовать о том, что в условиях глобального роста температуры влияние Центрально-Тихоокеанского типа явления на аномалии как циркуляции, так и температуры и осадков будет ослабевать в меньшей степени по сравнению с Восточно-Тихоокеанским типом Эль-Ниньо.

В заключении сформулированы основные выводы работы:

1. Определены основные особенности пространственного распределения аномалий приземной температуры воздуха и осадков, возникающих под влиянием Эль-Ниньо. Показано, что удаленный отклик в полях основных метеорологических величин на каноническое и Модоки Эль-Ниньо существенно различается как в Тихоокеанском регионе, так и за его пределами.

2. Показано, что интенсивность отклика зональной планетарной циркуляции выше в период развития Эль-Ниньо Модоки по сравнению с каноническим. Однако пространственная структура отклика и характеристики его распространения имеют сходный характер.

3. Выявлены существенные различия в структуре удаленного отклика региональной и вертикальной циркуляции в период развития двух типов Эль-Ниньо, что отчасти объясняет различия в распределении аномалий приземной температуры воздуха и осадков, сопровождающих ЭНЮК.

4. Показано, что межгодовая изменчивость характеристик тропических циклонов и Перуанского струйного течения в значительной мере определяется влиянием Эль-Ниньо и зависит от типа Эль-Ниньо.

5. Обнаружены изменения структуры удаленного отклика циркуляции атмосферы на каноническое и Модоки Эль-Ниньо в условиях потепления климата. Показано, что влияние положительной фазы ЭНЮК на зональную и региональную циркуляцию в условиях роста глобальной температуры будет ослабевать, а временной период, в течение которого отмечается значимый отклик - сокращаться. При этом общая структура удаленного отклика в целом сохранится, а его интенсивность по-прежнему будет выше при Эль-Ниньо Модоки, частота возникновения которого в условиях потепления климата увеличится.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертации

1. Железнова И.В., Гущина Д.Ю. Перуанское атмосферное струйное течение: синоптический механизм и причины изменчивости // Метеорология и гидрология, 2013, №9, с 55-70.

2.Железнова И.В., Гущина Д.Ю. Отклик глобальной циркуляции атмосферы на два типа Эль-Ниньо // Метеорология и гидрология, 2015, №3, с. 36-50.

Статьи в рецензируемых сборниках

3. Zheleznova I. V., Gushchina D.Yu., Dewitte В. Large-scale atmosphere circulation associated to the Peruvian jet current // Climate variability in the tropical Pacific: mechanisms, modeling and observations (edited by Y. du Penuhoat, A. Kislov), Moscow, MAKS Press, 2010, 203 p.

Тезисы докладов научных конференций

4. Железнова И.В. Синоптический механизм образования Перуанского «струйного течения» // Михаил Арамаисович Петросянц и современные проблемы метеорологии и климатологии (к 90-летию со дня рождения М.А. Петросянца): Всероссийская конференция. Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова, Географический факультет, 17-18 ноября 2009 г.: Тезисы докладов/ Под ред. Кислова А.В. - М.: МАКС Пресс, 2009. - 84 с.

5. Железнова И.В. Синоптический механизм образования Перуанского «струйного течения» // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2009», М,; МАКС Пресс, 2009.

6. Железнова И.В. Удаленный отклик полей температуры воздуха и атмосферных осадков на два типа Эль-Ниньо // Международная конференция молодых ученых «Изменения климата и природной среды Северной Евразии: анализ, прогноз, адаптация». 14-20 сентября 2014 года. Кисловодск. Сборник тезисов докладов. М.: ГЕОС, 2014.280 с.

7. Zheleznova I. and Gushchina D. Response of atmosphere circulation on global and regional scales to the two El Nino flavors, Geophysical Research Abstracts, Vol. 17, EGU2015-5128-5, 2015.

Ф&У

ДЛЯ ЗАМЕТОК

Заказ № 218. Подписано в печать 15.03.2015. Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,6. Отпечатано ООО «Тирекс». Тел.: (499) 502-65-84.