Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка потенциальных предикторов режима увлажнения Кот д,Ивуара

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Оценка потенциальных предикторов режима увлажнения Кот д,Ивуара"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(РГГМУ)

На правах рукописи

УДК[551.513:551.509.509.324.2](666.8)

БАМБА Ибрагима

ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПРЕДИКТОРОВ РЕЖИМА УВЛАЖНЕНИЯ

КОТ-Д'ИВУАРА

Специальность 25.00.30 - метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

003 1G73G4

Санкт-Петербург 2008

Работа выполнена на кафедре ДАКЗ Российского государственного гидрометеорологического университета.

Научный руководитель:

-Доктор географических наук, профессор К.В. Кондратович. Официальные оппоненты:

- Доктор географических наук, профессор В. И. Воробьев.

- Кандидат географических наук В. Ю. Цепелев.

Ведущая организация:

- Государственный гидрологический институт (ГГИ).

Защита состоится 15 мая 2008г. в 15 часов 30 минут на

заседании Специализированного совета Д212.197.01 Российского государственного гидрометеорологического университета. Адрес: 195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский пр.,98, тел. 812.444-41-63

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан

8 апреля 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор физ-мат. наук, профессор А.Д. Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации

В странах Западной и Центральной Африки режим увлажнения характеризуется чередованием периодов значительного выпадения осадков и их отсутствия или ослабления Сезонные изменения атмосферной циркуляции сопровождаются смещением внутритропической зоны конвергенции (ВЗК) над Атлантикой, зависящей от состояния термики поверхностных вод

Конвергенция пассатных переносов обеспечивает преобладание восходящих движений и формирование мощной облачности и значительных осадков в районе локализации ВЗК. Сезон дождей в Западной и Центральной Африке начинается весной, когда прогрев водных масс в северном полушарии приводит к смещению к северу термического экватора, ВЗК и связанных с ней скоплений облачности. Максимальное смещение ВЗК к северу наблюдается в августе-сентябре, когда в странах Западной и Центральной Африки атмосферные осадки климатически наиболее интенсивны. Анализ месячных сумм осадков по материалам многолетних наблюдений в странах Африки свидетельствуют о том, что имеет место значительная межгодовая изменчивость и в ряде регионов происходят существенные трендовые изменения Межгодовая изменчивость осадков является объектом исследований, нацеленных на выявление потенциальных предикторов и создание методов сезонного прогноза Многолетние трендовые изменения режима увлажнения также представляют интерес, и их региональный прогноз является самой актуальной проблемой современной климатологии

В тропической зоне смещение субтропических антициклонов, внутритропической зоны конвергенции и муссона в сторону летнего

полушария отражает изменение соотношения в нагреве подстилающей поверхности солнечной радиацией. Исследования на территории Африки и Южной Америки позволили установить основные черты изменений теплового состояния океана, атмосферной циркуляции и режима увлажнения в тропической зоне, свойственные периодам глобального потепления и похолодания климата

Например, Сервейн [Бетт, 1991] показал, что соотношение прогрева вод в северной и южной частях тропической зоны Атлантики, характеристикой которого является разность Ош = Т\тсш. —Тито.ш, в соответствии с годовым ходом циклически меняется. По упрощённому варианту, в виде разности средних значений Т\у в северных и южных тропических зонах океанов, получаются характеристики соотношений термического состояния поверхностных вод.

Кот-д'Ивуар, находящийся в Западной Африке, располагается на побережье Гвинейского залива На территории Кот-д'Ивуара выпадает сравнительно значительное количество осадков Режим увлажнения характеризуется большой межгодовой изменчивостью Актуальна задача долгосрочного прогноза месячных и сезонных сумм осадков Эффективное прогнозирование осадков на территории позволит более рационально планировать и осуществлять сельскохозяйственные производства и другие виды хозяйственной деятельности

Рисунок 1 - Карта Западной Африки 4

Целью работы является выявление потенциальных предикторов для создания методов сезонного прогноза осадков в Кот-д'Ивуаре

Для выполнения поставленной цели необходимо было

- с помощью многолетних среднемесячных осадков следить за пространственно-временной структурой полей осадков для выявления различных климатических районов дождей,

- составить каталоги 5 равновероятных градаций сезонных сумм осадков по районам дождей и градаций предикторов (Дипольный индекс Атлантического и Индийского океанов, Южного колебания, квазидвухлетний цикл стратосферных переносов и солнечная активность),

- провести расчеты коэффициентов корреляции между рядами месячных значений потенциальных предикторов и рядами сезонных сумм осадков в каждом районе,

- сопоставить потенциальные предикторы с предиктантом (градациями сезонных сумм осадков в каждом районе)

Методы исследования

С помощью многолетних наблюдений (1941-2000гг.) месячных осадков на 31 станции Кот-д'Ивуара (Рисунок 2), рассчитанных по МОАА, были вычислены по районам, выделенным во второй главе, сезонные суммы осадков.

Рисунок 2 - Расположение метеорологических станций в Кот-д'Ивуаре

По материалам многолетних наблюдений (1921-2000гг), полученных на кафедре ДАКЗ-РГГМУ в ранее выполненных работах, нами были рассчитаны среднемесячные значения потенциальных предикторов

Методы обработки и оценки связи между режимом увлажнения и предикторами заключаются в следующем

во-первых, рассчитываются коэффициенты корреляции (Д) между рядами сезонных значений осадков (предиктант) по районам страны и рядами месячных (с января по май, именно до начала сезона дождей) значений предикторов. Оценка эмпирического коэффициента корреляции

проводится с помощью Ъ- преобразования Фишера 2 = (1) и

2 1— К

рассматривается критерий Стьюдента (

'га^), где а1р соответствует 5%-

ному или 170-ному уровню значимости Это позволяет выбрать месячный ряд предикторов, который более значимо коррелирует с предиктантом,

Во-вторых, сопоставляются годы значительного усиления и годы значительного ослабления предикторов с годами предиктанга Для этого проведены ранжирование и выделены пять равновероятных (по 20% численности ряда) градаций сезонных сумм осадков (А - значительно выше нормы, а - выше нормы, N - около нормы, Ь - ниже нормы, В - значительно ниже нормы) Это обеспечивает объективное представление предиктанга при его сопоставлении с потенциальным предиктором

Сопоставление градаций годов сезонных осадков в районах Кот-д'Ивуара и градаций годов каждого потенциального предиктора позволяет выявить ряд связей синхронных и асинхронных, имеющих прогностические значения. А затем были проведены подсчеты. Аа - значительно выше нормы и выше нормы, ВЬ - значительно ниже нормы и ниже нормы Аа>ВЬ характеризует тенденцию увлажнения осадков, а ВЬ>Аа - тенденцию дефицита осадков

Научная новизна

- показано, что во время муссона (с мая по ноябрь) зона максимальных дождей в Кот-д'Ивуаре встречает два момента стабилизации один на юге ( 3,5°-8°з д, 4,4°-7,5°с ш) в мае-июне и другой на севере ( 3,5°-8°з.д, 7,5°-10,5° сш) в июле-августе С юга к северу это зона перемещается с довольно резким сдвигом, что является нарушением обычного постепенного перемещения к северу внутритропической зоны конвергенции (ВЗК),

- найдено, что количество дождей в Кот-д'Ивуаре связано с тепловым состоянием поверхностных вод Атлантического и Индийского океанов, и Южным колебанием, которые могут учитываться в задаче долгосрочного прогноза осадков в стране,

- обнаружено, что квазидвухлетний цикл стратосферных переносов (КДЦ) и солнечная активность, которые считаются потенциальными предикторами режима осадков в Тропиках, не существенно влияют на количество сезонных дождей в Кот-д'Ивуаре

Теоретическая и практическая ценность

Предложенное в диссертации исследование может быть использовано для составления долгосрочных прогнозов режима осадков в Кот-д'Ивуаре

Полученные результаты рекомендуются к использованию в учебном процессе и при анализе современных методов прогноза погоды в ряде регионов Западной Африки. Основные положения, выносимые на защиту

1 Физико-географические и циркуляционные особенности режима увлажнения в Западной Африке, связанные с сезонным и климатическим смещением внутритропической зоны конвергенции (ВЗК)

2 Обоснование выбора потенциальных предикторов и вопросы их представления и сопоставления с предиктантом

3. Результаты анализа полей месячных сумм атмосферных осадков в Кот-д'Ивуаре. Ранжирование и выделение 5 равновероятных градаций

предикторов и сезонных сумм осадков для подготовки предиктанта к сопоставлению с потенциальными предикторами.

4 Результаты поисков связей предикторов и предиктанта, а также оценки и использование выявленных зависимостей для прогноза Апробания Отдельные положения и трактовка результатов исследования, заложенных в основу настоящей работы, докладывались и обсуждались на заседаниях Международной школы-конференции «Изменение климата и окружающая среда» в РГГМУ в 2005г, на итоговой сессии ученого совета РГГМУ в 2006г., на Международной конференции молодых ученых «ЛОМОНОСОВ-2ОО6» в МГУ в 2006г

Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах, материалы использованы в научно-исследовательских отчетах

Структура и объем

Диссертация состоит из 8 основных частей введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 131 наименование и приложение Общий объем работы составляет 132 страниц текста, включая 28 рисунков и 37 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, излагаются цели и задачи исследования, дана оценка научной новизны и практической ценности работы, приведен перечень поставленных и решенных в ходе исследования задач, а также защищаемые положения В первой главе рассмотрены физико-географические и циркуляционные особенности режима увлажнения в Западной Африке, связанные с сезонным и климатическим смещением внутритропической зоны конвергенции (ВЗК)

Научное общество через программы исследований (ПИГАП-1974, ВАМЭКС-1979, МААМ-2005) старается понять, как засухи влияют на

изменение климата и каким образом режим осадков связан с температурами поверхностных вод океанов, условиями суши и свойствами крупномасштабных и мезомасштабных циркуляций атмосферы

Что касается соотношения температуры поверхностной воды Атлантического океана с режимом увлажнения в Западной Африке, то во многих трудах [Fontaine and Bigot, 1993, Janicot and Sultan, 2001] показано, что условия поверхностной воды океана играют значительную роль в изменении режима дождей в Западной Африке Опоку-Анкома и Кордери [Opoku-Atikomah and Cordery, 1994] установили, что существует надежно позитивная корреляция между температурой воды тропического океана и количеством дождей в Гане, находящейся на побережье Гвинейского залива [Grodsky and Carton, 2001]

В результате исследований ВАМЭКС установлено, что ВЗК остаётся в северном полушарии весь год. В январе она занимает нижнюю позицию (5° с ш ) и в сентябре - верхнюю позицию (около 20° с ш) [23] С ней осадки перемещаются ВЗК делит на две части зону Западной Африки в южной части бывают тёплые и влажные потоки, происходящие из Атлантического океана, а зато в северной части бывают тёплые и сухие сахарские потоки Слой влажности более значителен около экватора и ослабевает от экватора к позиции ВЗК. Именно поэтому в южной части на расстоянии 700 км выпадают максимальные осадки, а ближе к ВЗК осадки становятся слабее [Тараканов,1980, Asnani, 1993]

В этой связи, в трудах Доннэра [Dhonneur, 1985] западная Африка разделяется на 5 зон погоды относительно ВЗК

Зона А, находящаяся сверху ВЗК, - это пустыня Сахара Она характеризуется редкостью дождливых облаков и частим присутствием пыльной мглы. Там суточная температура достигает 25° С и наблюдается ночью температурная инверсия на почве

Зона Б, находящаяся на расстоянии 100-200 км от ВЗК в южной части, -это зона, слой влажности которой меньше одного километра. Там собираются кучевые облака и выпадают спорадические дожди

Зона В находится на расстоянии 200-400 км к югу ВЗК, где наблюдаются значительный слой влажности, грозы, и дожди, происходящие из кучево-дождевых облаков, образующих фронтальные шквалы

Зона Г находится на расстоянии от 400 до 650 км ниже ВЗК Это зона плотных и глубоких слоёв влажности (около 2 км) Здесь наблюдаются обильные и непрерывные дожди, прозванные «муссонными дождями», происходящими из слоисто-дождевых облаков

Зона Д - это прибрежная зона, где приземный воздух очень влажен (более 90%), но реже выпадают дожди из-за оседания воздуха около экватора вследствие усиления антициклона святой Елены в Атлантическом океане Там чаще наблюдаются утром слоистые облака, которые днём превращаются в слоисто-кучевые

Анализ полей распределения месячных осадков по территории Кот-д'Ивуара (Рисунок 3) приводит к тому, что с января по март количество осадков по всей стране понижено (меньше бОмм/месяц). ВЗК, сезонное положение которой определяет основные особенности режима увлажнения в Западной Африке занимает позицию около 5 с ш. Тогда как почти вся страна страдает этим понижением осадков, в прибрежном регионе выпадают спорадичные осадки (порядка 100-120мм/месяц) в результате циркуляции берегового бриза

Рисунок 3 - Пространственно-временное распределение месячных сумм осадков в Кот-д'Ивуаре с января по декабрь (с 1941 по 2000 гг )

В апреле количество дождей увеличивается, и максимальные дожди (больше 150 мм/месяц) распространяются с побережья (4,4° с ш) вплоть до широт 7,5° сш Это объясняется тем, что муссон в Западной Африке начинается, и уже влажные переносы наступают на сушу

В мае увеличение количества дождей происходит (больше 300 мм/месяц) на юге и становится постоянным до конца июня Но следует отметить, что дальнейшее перемещение к северу максимальных дождей не наблюдается Это подтверждается тем, что после начала муссона в Западной Африке ВЗК в ходе своего перемещения к северу стабилизируется в июне

В июле максимальные дожди (больше 240 мм/месяц) наблюдаются на севере страны (7,5-10 сш) Они усиливаются (около ЗООмм/месяц) и остаются в данном районе до августа Зато на юге, особенно на побережье, наблюдается короткий засушливый сезон вследствие усиления и приближения к побережью антициклона святой Елены Можно заметить, что максимальные дожди встречают еще раз вторую стабилизацию в августе в соответствии с тем, что ВЗК в Западной Африке достигает своего пика

В сентябре количество дождей уменьшается на севере и снова увеличивается на юге в связи с перемещением ВЗК в обратном направлении (к югу)

С октября по ноябрь наблюдается короткий сезон дождей (около 200 мм/месяц) на юге в результате быстрого отступления с суши ВЗК В декабре уже начинается сезон засухи в связи с полным отступлением ВЗК с континента Западной Африки

Это пространственно-временное распределение месячных осадков позволяет выявить два различных района дождей: южный район (4,4°с ш -7,5°с.ш., 3,5°з.д. - 8°з д.), где сезоном дождей является май-июнь (больше 800 мм/сезон), и северный район (7,5°сш. - 10,5°с.ш; 3,5°зд. - 8°з.д.), где сезоном дождей является июль-август (около 500 мм/сезон)

Во второй главе представлены результаты анализа месячных и сезонных сумм атмосферных осадков по территории Кот-д'Ивуара. Ранжирование и выделение 5 равновероятных градаций атмосферных осадков обеспечили подготовку предиктанта к сопоставлению с потенциальными предикторами

Таблица 1 - Каталоги градаций сезонных сумм (в мм) осадков на юге страны по материалам многолетних данных на основных метеорологических станциях с 1921 по 2000 гг

N [329, А [611,

В [174,272] Ь [273,328] 472] а [473,610] 876]

1923 1921 1927 1925 1922

1930 1933 1934 1931 1924

1940 1958 1935 1936 1926

1944 1960 1937 1939 1928

1950 1961 1938 1946 1929

1973 1965 1941 1948 1932

1974 1967 1947 1949 1942

1983 1969 1957 1951 1943

Годы 1985 1977 1959 1952 1945

1986 1980 1966 1956 1953

1987 1981 1968 1964 1954

1988 1984 1971 1970 1955

1990 1989 1972 1976 1962

1991 1996 1975 1979 1963

1992 1999 1978 1982

2000 1993 1994 1998 1995

Таблица 2 - Каталоги градаций сезонных сумм (в мм)осадков на севере страны по материалам многолетних данных на основных метеорологических станциях с 1921 по 2000 гг

В [88,140] Ь [141,237] N [238, 331] а [332,414] А [415, 522]

1948 1921 1922 1924 1925

1958 1935 1923 1930 1927

1969 1940 1926 1932 1928

1973 1950 1929 1938 1931

1976 1951 1934 1939 1933

1978 1956 1936 1941 1937

Годы 1981 1964 1945 1946 1942

1983 1965 1957 1947 1943

1984 1967 1960 1949 1944

1988 1974 1961 1952 1953

1990 1975 1972 1954 1955

1991 1977 1989 1962 1959

1992 1982 1999 1979 1963

1993 1986 1980 1966

1994 1985 1968

1996 1995 1970

1997 197)

2000 • 1987

В третьей главе рассматриваются выбор потенциальных предикторов и вопросы их представления и сопоставления с предиктантами

Температура водной поверхности Тропической Атлантики Дипольный индекс Тропической Атлантики Термические условия поверхностных вод Тропической Атлантики надёжно характеризуются средними значениями температуры воды 1\у в узах

сетки 5° широты на 10° долготы зоны (от 30° ю.ш. до 30°с ш., от 60° з д до 00°) Осредняются значения Ну в северной части (от 00° до 30° с ш) и в южной части (от 00° до 30°к> ш.) указанной зоны и получаются средние значения Тш с ш и Тш ю.ш

По материалам многолетних наблюдений (с 1921 по 2000гг), полученных на кафедре ДАКЗ-РГГМУ в ранее выполненных работах [83,84], нами были рассчитаны среднемесячные значения дипольного индекса = Т\у с ш -Туг ю ш

В тропической зоне смещение субтропических антициклонов, внутритропической зоны конвергенции и муссона в сторону летнего полушария отражает изменение соотношения в нагреве подстилающей поверхности солнечной радиацией

Исследования на территории Африки и Южной Америки позволили установить основные черты изменений теплового состояния океана, атмосферной циркуляции и режима увлажнения в тропической зоне, свойственные периодам глобального потепления и похолодания климата

Сервейн показал, что соотношение прогрева вод в северной и южной частях тропической зоны Атлантики, характеристикой которого является разность = Ти' с ш. -Тш ю.ш, наряду с годовым ходом циклически меняется

По упрощённому варианту, в виде разности средних значений в северных и южных тропических зонах океанов, получаются характеристики соотношений термического состояния поверхностных вод

Предполагается, что это соотношение указывает на особенности локализации ВЗК и режима увлажнения в тропических районах континентов и океанов и может рассматриваться в качестве потенциального предиктора в схемах сезонного прогноза.

Значение указывает на специфику термики поверхностных вод, на климатическое положение ВЗК и субтропических антициклонов

Температура водной поверхности тропической зоны Индийского океана В ходе проведения ВАМЕКСа одной из главнейших задач являлось выяснение глобальной взаимосвязи между африканским и индийским муссонами в связи с тем , что последний в значительной степени был описан в научной литературе . В планетарном масштабе важно отметить, что поверхностная вода Индийского океана снабжает влажностью не только Индийский полуостров, но и большую часть суши Земли Более того, индийский муссон начинается, усиливается и заканчивается почти одновременно (с апреля по октябрь) с муссоном над Западной Африкой. Поэтому при изучении африканского муссона необходимо учитывать тепловое состояние Индийского океана В этой связи в качестве потенциального предиктора режима сезонных осадков в Кот-д'Ивуаре нами были привлечены среднемесячные значения дипольного индекса температуры водной поверхности Тропического Индийского океана (от 20° ю ш до 20°с.ш , от 40° в,д до 80° в д.), полученные на кафедре ДАКЗ.

Южное колебание и явление Эль-Ниньо (ЭНЮК) Явление ЭНЮК является главнейшей формой изменения тропического климата, так как оно возникает, развивается в широком бассейне Тихого океана, и его последствия распространяются на внетропические регионы [Wang, 2001] ЭНЮК состоит из взаимосвязи между океаном (Эль-Ниньо'ЭН) и атмосферой (Южное колебание- КЖ), и его присутствие в Тихом океане было зафиксировано во многих исторических документах, описывающих жизнь растений и животных [Baker et al, 2001] Индекс южного колебания (разность аномалий давления между Таити и Дарвином) является характерным индексом изменения ЭНЮК

Важно отметить, что ЭНЮК воздействует на межгодовой ход общей циркуляции атмосферы Модифицируя распределение дождей и температур, оно порождает иногда опустошительные действия во многих тропических регионах, даже в высоких широтах Его воздействие, по словам Гошерела

[Оаис11еге1, 2004], на южную Америку и атлантический бассейн происходит двумя путьями

- ЭНЮК способствует смещению к западу конвективной зоны (которая обычно находится над Амазонией) и конвергенции восточных и западных переносов над континентом. Тогда усиливаются атлантические пассаты и атмосферные ячейки,

- данная конфигурация принимает мощность в результате блокирования полярных фронтов и сильного струйного течения, движущегося из южного Перу к южной Бразилии

В этой связи в данной работе рассматриваются соотношения муссонных осадков в Кот д'Ивуаре с южным колебанием с помощью многолетних наблюдений, полученных на кафедре ДАКЗ

Квазидвухлетний цикл стратосферных переносов (КДЦ) Многие труды показали существование двухлетнего цикла в изменении тропосферных климатологических параметров, наблюдающихся в тропической зоне Некоторые важные климатические явления, такие как южное колебание (и его последствие Эль-Ниньо) или азиатский муссон, имеют двухлетний ритм, более или менее выраженный относительно исторических периодов Этот ритм наблюдается тоже в некоторых параметрах, связанных с африканским и американским муссоном Хотя пространственно-временная структура этого цикла стала выясняться, его возникновение пока остаётся не вполне установленным Согласно нескольким гипотезам, этот цикл возникает в результате взаимодействия между океаном, континентом и атмосферой, включая не только тропические зоны, но и внетропические. Данный цикл является обращением переносов в экваториальной стратосфере с периодичностью 27 месяцев Другими словами, над Экватором, между 20 км и 50 км высоты, стратосферные переносы движутся вокруг земного шара либо к востоку (западные переносы, называющиеся западной фазой), либо к западу (восточные переносы,

называющиеся восточной фазой) Это движение происходит преимущественно лишь в одном направлении в течение 27 месяцев (около двух лет), а затем переключается в другое и наоборот

Солнечная активность К числу вопросов гелиогеофизики, наиболее тесно связанных с проблемой долгосрочных прогнозов погоды, относится влияние солнечной активности на процессы обшей циркуляции атмосферы и на возникновение крупных аномалий метеорологического режима Чаще всего солнечную активность характеризуют относительными «числами Вольфа» = к(щ+/), где ц- число группы пятен на Солнце, число пятен, к-коэффициент, учитывающий условия атмосферной видимости

Солнечной активности присущи явления цикличности Наиболее известен 11-летний цикл Швабе-Вольфа, с которым чаще всего сопоставлялись характеристики погоды и атмосферной циркуляции В четвертой главе приведены результаты поисков связей предикторов и предиктантов, а также оценки и использования выявленных зависимостей для прогноза. Найдено, что среди потенциальных предикторов осадков в тропической зоне тепловое и атмосферное состояния поверхностных вод мировых океанов (дипольный индекс Атлантического и Индийского океанов, и южное колебание Пацифики), в отличие от квазидвухлетнего цикла и чисел Вольфа, являются надёжными потенциальными предикторами режима осадков в Кот-д'Ивуаре.

Таблица 3 - Коэффициенты корреляции (И.) между ОТш Атлантики и

осадками Кот-д'Ивуара

БТ\у ТПО Атлантики

Январь Февраль Март Апрель Май

Юг 0,30 0,36 0,35 0,40 0,43

Север 0,29 0,33 0,36 0,35 0,41

Видно, что с февраля по май (Таблица 3) Ш\у положительно коррелирует с количеством дождей на юге страны, где сезоном дождей являются май-июнь месяцы Это значит, что когда дипольный индекс температуры поверхности Тропической Атлантики ослабевает, то наблюдается меньше осадков на юге А в противном случае выпадает больше осадков С февраля по май (Таблица 3) ШЧу тоже положительно коррелирует с количеством дождей на севере, где сезоном дождей является июль-август месяцы Это значит, что север страны встречает дефицит осадков при ослаблении Ш\у Тропической Атлантики, и получает значительное количество дождей, когда Ш\у усиливается В том или в другом районе майское значение ШЧу Тропической Атлантики более значимо коррелирует (11>0,41) с количеством дождей Поэтому ниже сопоставляются градации майских значений ШЧу с градациями сезонных осадков Кот-д'Ивуара

Таблица 4 - Сопоставления градаций ШЧ Тропической Атлантики с градациями сезонных сумм осадков Кот-д'Ивуара

ШМВ) [1,41°С, 2,02°С] в мае РТ*у(А) [2,47°С, 2,74°С] а мае

годы Юг Север годы Юг Север

1935 N Ь 1932 А а

1950 В Ь 1938 N а

1957 N N 1942 А А

1965 Ь Ь 1943 А А

1969 Ь В 1946 а а

1971 N А 1951 а Ь

1972 N N 1955 А А

1973 В В 1956 а Ь

1974 В Ь 1961 Ь N

1977 ь Ь 1970 а А

ВЬАа 60 7 1 ВЬАа 1 8 27

При градации (В) ПГчг [ 1,4 ГС, 2,02°С] в мае (Таблица 4) наблюдается на юге (6 0) Это значит, что преобладает тенденция дефицита осадков, в частности, в 1950, 1973 и 1974 годах выпадали малые количества дождей на юге страны (меньше 200мм/сезон) А при градации (А) БТ\у [2,47°С , 2,74°С] в мае наблюдается на юге (18) Это значит, что преобладает тенденция увлажнения осадков, в частности, в 1932, 1942, 1943 и 1955 годах выпадали значительные осадки (больше 800мм/сезон)

При градации (В) [1,41°С , 2,02°С] в мае (Таблица 4) наблюдается на севере (7*1) Это значит, что преобладает тенденция дефицита осадков, в частности, в 1950 и 1973 годах выпадало значительно меньше дождей на севере страны (меньше 140мм/сезон) А при градации (А) [2,47°С , 2,74°С] в мае ШЧу наблюдается на севере (2 7) Это значит, что преобладает тенденция увлажнения осадков, в частности, в 1942, 1943 1955 и 1970 годах выпадали значительные осадки (больше 500мм/сезон)

Таблица 5 - Коэффициенты корреляции между предиктором Индийского океана и осадками в Кот д'Ивуаре

БТ\у Индийского океана

Январь Февраль Март Апрель Май

Юг 0,23 0,22 0,29 0,32 0,39

Север 0,05 0,22 0,21 0,30 0,34

Видно, что с января по май (Таблица 5) Шлу Индийского океана положительно коррелирует с количеством дождей на юге страны, где сезоном дождей являются май-июнь месяцы Это значит, что когда ШЧу Индийского океана повышается, то наблюдается меньше осадков на юге А в противном случае выпадает больше осадков С января по май (Таблица 5) ВДЧу Индийского океана тоже положительно коррелирует с количеством дождей на севере, где сезоном дождей являются июль-август месяцы Это

значит, что север страны встречает дефицит осадков при понижении ШЧу Индийского океана, и получает значительное количество дождей, когда Индийского океана повышается В том или в другом районе майское значение ЭТлу Индийского океана более значимо коррелирует (К>0,34) с количеством дождей. Поэтому ниже сопоставляются градации майских значений с градациями сезонных осадков Кот-д'Ивуара

Таблица 6 - Сопоставления градаций ШЧу Индийского океана с градациями сезонных сумм осадков Кот-д'Ивуара

Отит (В) [2,51°С , 3,32°С] в мае ЭТте (А) [4,57°С , 4,89°С] в мае

годы Юг Север годы Юг Север

1921 Ь Ь 1922 А N

1927 N А 1928 А А

1934 N N 1942 А А

1935 N Ь 1943 А А

1936 а N 1945 А N

1940 В Ь 1957 N N

1941 N а 1968 N А

1965 Ь Ь 1972 N N

1969 Ь В 1982 А N

1973 В В 1989 Ь N

ВЬАа 5 1 62 ВЪАа 16 04

При градации (В) Индийского океана в мае (Таблица 6)

наблюдается на юге (5 1) Это значит, что преобладает тенденция дефицита осадков, в частности, в 1940 и 1973 годах выпадали малые количества дождей на юге страны (меньше 200мм/сезон) А при градации (А) ГУГуу Индийского океана в апреле наблюдается на юге (16) Это значит, что преобладает тенденция увлажнения осадков, в частности, в 1942, 1943 и 1982 годах выпадали значительные осадки (больше 800мм/сезон)

При градации (В) ШЧу Индийского океана в апреле (Таблица 6) наблюдается на севере (6 2) Это значит, что преобладает тенденция дефицита осадков, в частности, в 1969 и 1973 годах выпадало значительно меньше дождей на севере страны (меньше 140мм/сезон) А при градации (А) в апреле ШЧ? Индийского океана наблюдается на севере (0 4). Это значит, что преобладает тенденция увлажнения осадков, в частности, в 1942,1943 и 1968 годах выпадали значительные осадки (больше 500мм/сезон)

Таблица 7- Коэффициенты корреляции (Я) между ЮК и осадками Кот-

д'Ивуара

Южное колебание

Январь Февраль Март Апрель Май

Юг 0,30 0,36 0,35 0,40 0,42

Север 0,29 0,33 0,36 0,35 0,40

С января по май (Таблица 7) ЮК положительно коррелирует с количеством дождей на юге страны, где сезоном дождей являются май-июнь месяцы. Это значит, что когда южное колебание поверхности Тихого океана ослабевает, то наблюдается меньше осадков на юге А в противном случае выпадает больше осадков

С января по май (Таблица 7) ЮК тоже положительно коррелирует с количеством дождей на севере, где сезоном дождей является июль-август месяцы Это значит, что север страны встречает дефицит осадков при ослаблении ЮК Тихого океана, и получает значительное количество дождей, когда ЮК усиливается. В том или в другом районе майское значение ЮК более значимо коррелирует (Я>0,40) с количеством дождей. Поэтому ниже сопоставляются градации майских значений ЮК с градациями сезонных осадков Кот-д'Ивуара.

Таблица 8 - Сопоставления градаций ЮК с градациями сезонных сумм осадков Кот-д'Ивуара

ЮК (В) [-30,6 ГПа,-7,5 ГПа] в мае ЮК (А) [7,8 ГПа, 17,8 ГПа] в мае

годы Юг Север годы Юг Север

1923 В N 1928 А А

1927 N А 1933 Ь А

1940 В b 1937 N А

1957 N N 1941 N а

1960 b N 1943 А А

1973 В В 1951 а b

1974 В b 1956 а ь

1989 b N 1970 а А

1996 b b 1990 В В

1999 b N 1995 А а

ВЬАа 80 4 1 ВЬАа 26 37

При градации (В) ЮК в мае (Таблица 8) наблюдается на юге (8 0) Это значит, что преобладает тенденция дефицита осадков, в частности, в 1940, 1973 и 1974 годах выпадали малые количества доявдей на юге страны (меньше 200мм/сезон) А при градации (А) ЮК в мае наблюдается на юге (2.6) Это значит, что преобладает тенденция увлажнения осадков, в частности, в 1943 и 1995 годах выпадали значительные осадки (больше 800мм/сезон)

При градации (В) ЮК в мае (Таблица 8) наблюдается на севере (4:1) Это значит, что преобладает тенденция дефицита осадков, в частности, в 1973 году выпадало значительно меньше довдей на севере страны (меньше 140мм/сезон) А при градации (А) в мае ЮК наблюдается на севере (3 7). Это значит, что преобладает тенденция увлажнения осадков, в частности, в 1943 и 1970 годах выпадали значительные осадки (больше 500мм/сезон)

Но при уровне а = 5% не было выявлено значимых коэффициентов корреляции между количеством осадков в Кот-д'Ивуаре и числами Вольфа Это даёт возможность сказать, что соотношения между количеством осадков в Кот-д'Ивуаре и солнечной активностью довольно слабо, таким образом, последняя не может считаться надёжным предиктором режима увлажнения в Кот-д'Ивуаре Сопоставление различных фаз КДЦ с количеством дождей как на юге, так и на севере Кот- д'Ивуара не позволило зафиксировать какую-либо связь Можно лишь заключить, что данным КДЦ не является надёжным предиктором режима увлажнения в Кот-д'Ивуаре. Это могло бы объясниться тем, что чаще всего КДЦ действует на мощные конвективные облака Однако, в отличие от регионов Центральной Африки (Конго, Камерун, Центральноафриканская Республика, .), в Кот д'Ивуаре, находящемся в Западной Африке редко встречаются конвективные облака В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационного исследования.

1 Во время муссона над Западной Африкой в Кот-д'Ивуаре имеется два разных по режиму осадков климатических района южный район (4,4°с ш. - 7,5°с.ш.; 3,5°з.д - 8,0° з д), где сезон дождей наблюдается в мае-июне (больше 800 мм/сезон), и северный (7,5°с.ш - 10,5°сш., 3,5°зд - 8,0° зд) с сезоном дождей в июле-августе (около 500 мм/сезон)

2 Сезонное и многолетнее изменения дипольного индекса (ШЧу) водной поверхности тропической зоны Атлантического и Индийского океанов являются обобщенной характеристикой изменения положения ВЗК, которое влияет на режим увлажнения Африканского континента

3 Статистически значимые корреляции сезонных сумм осадков в северном и южном районах Кот-д'Ивуара и среднемесячных значений Ш\у Тропической Атлантики, Тропического Индийского океана

и Южного колебания указывают на возможность использования последних в качестве предикторов

4 Сопоставления экстремальных значений этих предикторов и градаций сезонных сумм осадков показали, что малые значения предикторов в мае указывают на дефицит осадков в стране, а большие - на увеличение осадков

5 Выявленную зависимость можно использовать в практике долгосрочного прогноза количества осадков в месяцы сезона дождей в Кот-д'Ивуаре

6 Представляется, что целесообразно продолжить исследования связи потенциальных предикторов с режимом увлажнения территорий других стран Западной Африки

Основные публикации по теме диссертации

1 Бамба И, Диа Т Я, Ардиа И И Потенциальные предикторы режима увлажнения в странах Африки// Сб тр Международной школы-конференции «Изменение климата и окружающая среда», 2005г СПБ- Изд РГТМУ, 2005 -С 93-96

2 Бамба И Связь муссонных осадков в Кот-д'Ивуаре с южным колебанием// Материалы итоговой сессии ученого совета РГТМУ, 25 - 26 января 2006г СПБ. Изд РГГМУ, 2006 -С 21-22.

3 Бамба И, Диа Т Я Дипольный индекс теплового состояния Тропической Атлантики в задаче долгосрочного прогноза осадков Западной Африки/Материалы XIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ-2006», 2006г Москва. Изд МГУ, 2006.-С 14

4 Бамба И Дипольный индекс Тропической Атлантики и режим осадков в Кот-д'Ивуаре Метеорология и гидрология, 2007, № 12, С. 50-57

Бамба Ибрагима

Тираж 100 экз. Заказ!© 56 Отпечатано в полном соответствии с оригинал-макетами в ООО "Издательство "ХАМЕЛЕОН", 191028, СПб, уп. Моховая, д. 37,

тел.: 579-97-73

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Бамба Ибрагима

Сокращения

Введение

1 Атмосферная циркуляция Западной Африки и режим увлажнения на территории Кот-д'Ивуара

1.1 Макроклиматические процессы Западной Африки

1.2 Климатические, межгодовые и сезонные изменения атмосферных осадков на территории Кот-д'Ивуара

2 Ранжирование и выделение градаций предиктанта

2.1 Ранжирование осадков на станциях и их средних по территории Кот-д'Ивуара

2.2 Эмпирические ортогональные функции (ЭОФ) полей осадков и их районирование

3 Потенциальные предикторы режима увлажнения

3.1 Температура водной поверхности Тропической Атлантики

3.2 Температура водной поверхности тропической зоны Индийского океана

3.3 Южное колебание и явление Эль-Ниньо

3.4 Квазидвухлетний цикл стратосферных переносов

3.5 Солнечная активность

4 Сопоставление характеристик предикторов и предиктантов

4.1 Корреляционные связи

4.2 Таблицы сопоставлений

4.3 Регрессионные оценки 74 Заключение 102 Список использованных источников

Сокращения

КДЦ: квазидвухлетний цикл ВЗК: внутритропическая зона конвергенции ЭОФ: эмпирическая ортогональная функция ABB: африканские восточные волны

ПИГАП: программа исследования глобальных атмосферных процессов

АТЭП: Атлантический тропический эксперимент

ВАМЭКС: Эксперимент по изучению муссонов в Западной Африке

МААМ: мультидисциплинарный анализ африканского муссона

ТВС: тропосферное восточное струйное течение

ABC: африканское восточное струйное течение

МОЦ: модель общей циркуляции

NCEP: Национальные центры Европы для прогноза

NCAR: Национальный центр для атмосферных исследований

NOOA: Национальное управление США по исследованию океана и атмосферы

IRD: Институт по исследованию и развитию

ЭОС: эмпирическая ортогональная составляющая

SODEXAM: Служба по авиационной и морской обработке

ДАКЗ: динамика атмосферы и космического землеведения

РГГМУ: Российский государственный гидрометеорологический университет

DTw: дипольный индекс температуры воды

ТПО: температура водной поверхности океана ГК: главный компонент ЕК: естественное колебание ЭНЮК: Эль-Ниньо - Южное колебание MJIP: модель линейной регрессии

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценка потенциальных предикторов режима увлажнения Кот д,Ивуара"

Основной задачей диссертационной работы является выявление предикторов, использование которых может внести вклад в совершенствование методов долгосрочного прогноза осадков на территории Кот-д'Ивуара и других стран Западной Африки.

Выбор потенциальных предикторов режима увлажнения производился с учётом современных представлений об особенностях макрометеорологических процессов Западной Африки и их зависимости от теплового состояния водной поверхности в тропических зонах Атлантического и Индийского океанов.

Привлекались также характеристики квазидвухлетнего цикла стратосферных переносов в экваториальной зоне (КДЦ), Южного колебания и явления Эль-Ниньо, а также данные о солнечной активности

В качестве исходных материалов использованы ряды месячных и годовых сумм атмосферных осадков на 31 основной станции за 80 лет (с 1921 по 2000 гг.).

В первой главе рассмотрены физико-географические и циркуляционные особенности режима увлажнения в Западной Африки, связанные с сезонным и климатическим смещением внутритропической зоны конвергенции (ВЗК).

Результаты анализа месячных и сезонных сумм атмосферных осадков по территории Кот-д'Ивуара представлены во второй главе. Ранжирование и выделение 5 равновероятных градаций атмосферных осадков обеспечили подготовку предиктанта к сопоставлению с потенциальными предикторами. Пространственно-временная изменчивость полей атмосферных осадков на территории Кот-д'Ивуара исследована с помощью и разложения по эмпирическим ортогональным функциям (ЭОФ). Выделены районы, разлагающиеся по характеру изменчивости атмосферных осадков (юг и север).

Выбор потенциальных предикторов и вопросы их представления и сопоставления с предиктантами рассмотрены в третьей главе.

Результаты поисков связей предикторов и предиктантов, а также оценки и использования выявленных зависимостей для прогноза проведены в четвёртой главе. Найдено, что среди потенциальных предикторов осадков в тропической зоне тепловое и атмосферное состояния поверхностных вод мировых океанов (дипольный индекс Атлантического океана, аномалии температуры южной части Атлантики, южное колебание Пацифики и температура воды Индийского океана), в отличие от квазидвухлетнего цикла и чисел Вольфа, являются надёжными потенциальными предикторами режима осадков в Кот-д'Ивуаре.

В заключении обобщены основные результаты диссертационной работы и рассмотрены возможности их использования для долгосрочного прогноза режима увлажнения по территории Кот-д'Ивуара.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Бамба Ибрагима

4. Заключение

Во время муссона над Западной Африкой в Кот-д'Ивуаре имеется два разных по режиму осадков климатических района: южный (4,4—1,5° с. ш., 3,5—8,0° з. д.), где сезон дождей наблюдается в мае — июне (> 800 мм/сезон), и северный (7,5—10,5° с. ш., 3,5—8,0° з. д.) с сезоном дождей в июле — августе (около 500 мм/сезон).

Сезонное и многолетнее изменения дипольного индекса являются обобщенной характеристикой изменения положения ВЗК в Атлантическом океане, которое влияет на режим увлажнения Африканского континента.

Статистически значимая корреляция среднемесячных значений дипольного индекса и сезонных сумм осадков в северном и южном районах Кот-д'Ивуара указывает на возможность использования ДTw в качестве предиктора.

Сопоставление экстремальных значений ДTw и градаций сезонных сумм осадков показало, что малые значения дипольного индекса в мае указывают на дефицит осадков в обоих районах, а большие — с большой вероятностью на увеличение осадков. Выявленную зависимость можно использовать в практике долгосрочного прогноза количества осадков в месяцы сезона дождей в Кот-д'Ивуаре. Представляется, что целесообразно продолжить исследования связи дипольного индекса Тропической Атлантики с режимом увлажнения территорий других стран Западной Африки. 56

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Бамба Ибрагима, Санкт-Петербург

1. Багров Н. А., Кондратович К. В., Педь Д. А., Угрюмов А. И. Долгосрочные метеорологические прогнозы. — Л., Гидро-метеоиздат, 1985, 248 с.

2. Дружинин В. С., Сикан А. В. Методы статистической обработки гидрометеорологической информации. — СПб, Изд-во РГГМУ, 2001, с. 168.

3. Кондратович К. В., Куликова Л. А., Федосеева Н. В. Изменения атмосферных макропроцессов и температуры водной поверхности Атлантики в XX веке. /В сб. научных статей к 100-летию со дня рождения В. В Тимонова. — СПб, Изд-во РГГМУ, 2001, с. 30—37.

4. Кондратович К. В., Куликова Л. А., Федосеева Н. В. Изменениятермики поверхностных вод Атлантики в XX веке. /В сб.: Материалы Х1П Международной конференции по промысловой океанологии. — Калининград, АтлантНИРО, 2005, с. 135—141.

5. Кондратович К. В., Федосеева Н. В. Многолетние изменения режима увлажнения, и температуры воздуха в районе Балтики. — СПб, Акватерра, 2003, с. 93—94.

6. Кондратович К. В., Федосеева Н. В. Преобразования атмосферной циркуляции как главная причина климатически значимых изменений режима температуры и влажности. /В сб.: Вопросы промысловой океанологии, вып. 1. —Изд-во ВНИРО, 2004, с. 250—260.

7. Кондратович К. В., Ша Ч. В. Колебания температурных различий северных и южных тропических зон Атлантики, Пацифики и Индийского океана в XX веке. /В сб.: Труды 12-й Международной конференции по промысловой океанологии; Калининград, 2002, с. 117—124.

8. Тараканов Г. Г. Тропическая метеорология. —Л., Гидрометеоиздат, 1980, с. 92—97.

9. Fontaine В. and Bigot S. West African rainfall deficits and sea surface temperatures. — Int.J. Climatol., 1993,vol. 13, pp. 271—285.

10. Fontaine B. and Janicot S. Sea surface temperature fields associated with West Africanrainfall anomaly types. -— J. Climate, 1996, vol. 9, pp. 2935—2940.

11. Grist J. P. and Nicholson S.E. A study of the dynamic factors influencing the rainfall variability in the West African Sahel. —J. Climate,2001, vol. 14,pp. 1337—1359.

12. Gu G. and Adler R. F. Seasonal evolution and variability associated with the West African monsoon system. — J. Climate, 2004, vol. 17, pp. 3364—3377.

13. Janicot S. and Harzallah A. Spatiotemporal variability of West Africa rainfall. Part I: Regionalizations and typings. — J. Climate, 1992, vol. 5, pp. 489-^97.

14. Janicot S., Harzallah A., Fontaine В., and Moron V. West African monsoon dynamics and eastern equatorial Atlantic and Pacific SST anomalies (1979-88). — J. Climate, 1998, vol. 11, pp. 1847—1882.

15. Lough J. M. Tropical Atlantic sea surface temperatures and rainfall variations in sub-Saharan Africa. — Mon. Wea. Rev., 1986, vol. 114, pp. 561—570.

16. Nicholson S. E. and Grist J. P. The seasonal evolution of the atmospheric circulation over West Africa and equatorial Africa.—J. Climate, 2003, vol. 16,pp. 1013— 1030.

17. Okumura Y. and Xie S.-P. Interaction of the Atlantic Equatorial Cold Tongue and the African Monsoon. — J. Climate, 2004, vol. 17, pp. 3589—3602.

18. Omotosho B. J., Balogun A. A., and Ogunjobi K. Predicting monthly and seasonal rainfall, onset and cessation of raine season on West Africa using only surface data. — Int. J. Climatol., 2000, vol. 20, pp. 865—880.

19. Opoku-Ankomah Y. and Cordery I. Atlantic sea surface temperatures and rainfall variability in Ghana.—J. Climate, 1994, vol. 7, pp. 551—558.

20. Servain J. Simple climatic indices for the tropical Atlantic Ocean and some applications.— J. Geophys. Res., 1991, vol. 96, pp. 15137—15146.

21. Sultan B. and Janicot S. Abrupt shift of the ITCZ over West Africa and intra-season variability. — Geophys. Res. Lett., 2000, vol. 27, No. 20, pp. 3353—3356.

22. Sultan B. and Janicot S. The West African monsoon dynamics. Part II: The "Pre-onset" and "Onset" of the summer monsoon. —J. Climate, 2003, vol. 16, pp. 3407—3427.1. Поступила 19 VII2007