Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пространственно-временная структураизменчивости характеристик климатаполярных и умеренных широтсеверного полушария

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная структураизменчивости характеристик климатаполярных и умеренных широтсеверного полушария"

Санкт - Петербургским Государственным Университет

на правах рукописи

Священников Павел Николаевич

Пространственно-временная структура изменчивости характеристик климата полярных и умеренных широт северного полушария

Специальность 11.00.09 • метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат „ ■ '

на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург . 1996 .

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте

Научный руководитель:

доктор географических наук Генрих Васильевич Алексеев

Официальные оппоненты:

доктор географических наук Анна Васильевна Мещерская

кандидат географических наук Кира Михайловна Лугина

Ведущая организация:

Институт глобального климата и экологии Росгидромета и Российской академии наук

Защита диссертации состоится " 20 " июня 1996 г. в 1500 на заседании диссертационного совета Д.063.57.16 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора географических наук в Санкт-Петербургском Государственном Университете по адресу: 199178, Санкт-Петербург, 10 линия, д. 33, ауд.

►

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Университета.

Автореферат разослан *Я" мая 1996 г.

V

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат географических наук

Г.И.Мосолова

Актуальность темп. Одну из центральных проблем современной гидрометеорологии состЬпляют теоретические и эмпирические исследования изменчивости климата, большой вклад в развитие которых внесли М.И. Будыко, O.A. Дроздов, Я.С. Гандин, Г.В. Груза, Ю. Николаев, ß настоящее время принят ряд международных и национальных программ исследований климата, в которых особое внимание уделяется тесной взаимосвязи эмпирического анализа и теоретического моделирования изменчивости. Изучение естественной изменчивости необходимо при оценке возможных антропогенных изменений в климатической системе, которую в значительной степени затрудняет наличие естественных флуктуации (Lorenz, 1979). Особое значение имеет, ввиду ее усиления, исследование изменчивости климата в полярных районах. Погода и климат Северной полярной области (СПО) формируются под сильным влиянием атмосферных переносов тепла и влаги из более низких широт. Смена разнообразных форм атмосферной циркуляции, порождаемая их неустойчивостью, приводит к интенсивным естественным флуктуациям переносов и, как следствие, к естественным колебаниям характеристик погоды и климата. Эти колебания нарастают по мере продвижения из низких широт к высоким, что позволяет говорить о полярном усилении изменчивости климата. Естественные флуктуации, с одной стороны, вносят вклад в формирование изменчивости климата атмосферы, а с другой -маскируют изменения климата, вызываемые внешними по отношению к атмосфере воздействиями, г, том числе антропогенными. В этой связи очевидна необходимость всесторонних исследований естественной изменчивости характеристик климата.

Целью исследования является изучение особенностей климатической изменчивости во внетропических широтах северного полушария. При этом особое внимание уделялось изменчивости в СПО, сравнительному анализу характера изменчивости в СПО и северном полушарии с привлечением новых статистических методов анализа, выявлению взаимосвязи между изменчивостью в СПО и в других областях северного полушария, оценке устойчивости климата и предсказуемости его колебаний.

В работе поставлены и решены следующие задачи: . -реализовать новые методы статистического анализа применительно к задачам диагноза изменчивости климата;

- изучить пространственно-временную структуру изменчивости характеристик климата СПО и северного полушария и оценить ее устойчивость во времени;

- оценить тенденции изменения характеристик климата в северном полушарии, СПО и центральном Арктическом бассейне;

- выделить особенности изменчивости, связанные с нелинейностью и неравновесностью климатической системы.

Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем:

- наряду с традиционными методами корреляционного и спектрального анализа характеристик климата, в работе использованы методы максимальной энтропии для оценки спектральной плотности, метод ядер и эмпирического перекрестного правдоподобия, а также метод минимального риска для получения оценок функции плотности вероятности, метод сингулярного разложения для сглаживания полей;

- впервые использованы метеорологические данные ледовых дрейфующих станций "Северный полюс" за весь период наблюдений, что позволило наиболее корректно оценить тенденции изменений таких важных характеристик климата, как температура воздуха в приледном слое и облачность над Арктическим бассейном;

- разработана статистическая модель, позволяющая восстанавливать балл общей облачности за каждый срок по данным о срочной приземной температуре в центральном Арктическом бассейне в зимний период;

- в полях приземного давления и температуры воздуха обнаружен ряд устойчивых дальних связей между аномалиями в высоких, умеренных и низких широтах;

- исследованы статистические проявления отрицательной связи между средней температурой воздуха во внетропических широтах северного полушария и характеристиками пространственной неоднородности поля температуры воздуха;

- с помощью метода перекрестного эмпирического правдоподобия получены ядерные оценки функции плотности вероятности среднемесячной температуры воздуха и впервые выделены области локальной неединственности климата в высоких и умеренных широтах северного полушария.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В полях приземной температуры воздуха в северном полушарии проявляются устойчивые области повышенной изменчивости, положение которых соответствует максимальным меридиональным градиентам температуры воздуха. Вклад долгопериодных (более 10 лет) составляющих в изменчивость температуры воздуха в умеренных широтах преобладает над океанами, а над континентами наиболее существенен вклад коротюопериодных (менее 10 лет) компонентов. Тенденции в изменении температуры воздуха в отдельных областях северного полушарияразлич-

ны и не являются устойчивыми во времени. В целом в СПО и в северном полушарии в последнее десятилетие наблюдается тенденция к потеплению, особенно ярко выраженная в СПО в летние месяцы.

2. Аномалии приземного давления и температуры воздуха в отдельных районах СПО, умеренных и тропических широт связаны устойчивыми и синхронными дальними связями. Наиболее сильными среди них являются так называемые североатлантические и северотихоокеанские "качели" в поле аномалий давления воздуха и связи между аномалиями над Гренландией, о. Баффиннова Земля и северным побережьем Африки в поле температуры. Отмеченые связи прослеживаются 6 и более месяцев в году и вызваны колебаниями атмосферной циркуляции.

3. Сильная обратная зависимость между аномалиями средней температуры воздуха и характеристиками ее пространственной неоднородности существует во все месяцы, за исключением трех летних, и эта зависимость усиливается при увеличении площади осреднения вплоть до масштабов полушария.

4. Между количеством облачности и приземной температурой воздуха в холодную половину года (октябрь-март) в Арктическом бассейне прослеживается прямая зависимость. Распределения балла общей и нижней облачности подчиняютсяуз распределению. Предложенная в работе статистическая модель позволяет восстанавливать балл облачности по температуре воздуха, сохраняя при этом тип/3 распределения для балла облачности, что невозможно при использовании обычных регрессионных методов.

5. Знак крупной аномалии средней температуры воздухавобластис.ш. и фаза второй гармоники разложения в ряд Фурье распределения аномалий вдоль круга широты в этой зоне в холодную половину года связаны зависимостью, которая позволяет восстанавливать пространственное распределение аномалий по знаку аномалии средней температуры.

6. В отдельных областях северного полушария изменчивость температуры воздуха характеризуется функцией плотности вероятности с двумя и более модами, что свидетельствует о локальной неединственности климата.

7. Предсказуемость межгодовых колебаний среднемесячной температуры воздуха составляет 1-2 года для среднеширотных значений. В отдельных областях предсказуемость повышается до 8-10 лет. Положение этих областей хорошо согласуется с положением зон, где существенен вклад долгопериодных компонентов изменчивости. •

Практическое значение полученных результатов связано с выявлением особенностей в изменчивости характеристик климата СПО и ее взаимосвязи с изменчивостью в других областях северного полушария, что может быть использовано для совершенствования методов климатических прогнозов для Арктики. Результаты работы могут быть использованы для параметризации влияния облачности на солнечную радиа-

цию при разработке климатической модели ледяного покрова в Северном Ледовитом океане.

Апробация. Результаты исследования докладывались на семинарах отдела взаимодействия океана и атмосферы; заседаниях секции метеорологии и геофизики Ученого совета ААНИИ; ШВсесоюзной конференции по исследованию роли энергоактивных зон океана в короткопериодных колебаниях климата ( программа "Разрезы"), 28 мая -2 июня 1988 г., Одесса; VI Совещании по применению статистических методов в метеорологии, 14-19 мая 1990 г., Светлогорск; Международной конференции "Динамика океана и атмосферы" , 22-25 ноября 1995 г., Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликованы: 1 монография и 11 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 132 наименования. Общий объем работы составляет 150 страниц, включая 27 рисунков.

Содержание работы.

Введение. Обосновывается актуальность, формулируется цель и задачи исследования, излагается структура работы и положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Содержит описание статистических методов исследования изменчивости, таких, как параметрические модели авторегрессии-сколь-зящего среднего (первый параграф), оценки спектральной плотности непараметрическими и параметрическими методами, в частности, методом максимальной энтропии (второй параграф), получение надежной оценки функции плотности вероятности на основе короткого ряда наблюдений с помощью метода ядер и перекрестного эмпирического правдоподобия (третий параграф).

Глава 2. Здесь представлены результаты изучения пространственной и частотной структуры изменчивости характеристик климата СПО и северного полушария. В первом параграфе содержится характеристика архивных данных, использованных в работе: это среднемесячные значения приземной температуры воздуха и давления за период с 1891 по 1993 гг. и ежесуточные высоты изобарических поверхностей 850 и 500 гПа за период 1950-1985 гг. в узлах регулярной сетки 5° х 10° по широте и долготе, подготовленные во ВНИИГМИ МЦД. Отсутствие надежных сеточных данных в низких широтах ограничило область исследования 25 с.ш. Использован также архив срочных приземных метеорологических наблюдений на дрейфующих станциях "Северный полюс" за период с 1937 по 1991 гг., в создании компьютерной версии которого автор принимал непосредственное участие. Во втором параграфе анализируется с помощью корреляционных и спектральных методов пространственно-частотная структура изменчивости приземной среднемесячной температуры воздуха во внетропических широтах северного полушария с учетом

ее сезонного хода. В поле температуры воздуха выделяются зоны повышенной изменчивости, положение которых согласуется с положением максимальных меридиональных градиентов температуры воздуха. Анализ показал различие в характере спектров температуры воздуха - над океанами спектр имеет вид красного шума, а над континентами - спектр типа белого шума. Вклад долгопериодных колебаний (более 10 лет) в изменчивость, полученный путем интегрирования спектральной плотности в соответствующей полосе частот, над океанами в зоне умеренных широт превышает 40-50%, над большей частью континентов вклад долгопериодных компонентов в изменчивость мал. Оценки средних квадра: тических отклонений (СКО) аномалий среднемесячной температуры, ос-редненной по широтным кругам, показывают наличие существенного годового и широтного хода. В холодную половину года в полярных и умеренных широтах СКО в 2-3 раза выше, чем в теплую. Вместе с тем СКО в высоких широтах в 4-5 раз превышают аналогичные значения в тропических широтах. Существенная пространственная и. сезонная неоднородность рассматриваемых статистик противоречит гипотезе о выборочной изменчивости (Лейте, 1977). Основные причины зимнего усиления изменчивости пространственных средних значений среднемесячной температуры воздуха связаны с колебаниями атмосферной циркуляции, с ростом пространственных масштабов и амплитуд атмосферных возмущений в холодную половину года. В третьем параграфе изучаются пространственные связи в полях приземной температуры воздуха и давления. Особое внимание здесь уделяется анализу сопряженности аномалий в СПО и в субтропических, умеренных широтах северного полушария. Предпосылкой этим исследованиям послужило наличие отрицательной корреляции между среднеширотными температурами воздуха в полярной и субтропической области в зимние месяцы. Граница СПО выделяется в виде максимума повторяемости смены знака аномалий, приходящегося на 70° с.ш. Внутри СПО корреляция между среднеширотными аномалиями в течение всего года положительная. Дальнейший анализ сопряженностей в полях аномалий температуры воздуха и давления проводился для аномалий, осредненных по площади с размерами 10° по широте и 20° по долготе. Осреднение позволило ограничиться анализом корреляций сглаженных полей в 27 точках.расположенных на 70е, 50°, 30° с.ш. с шагом 40° по долготе, начиная от 0° в.д. Были выполнены, кроме отмеченного, еще два варианта расчетов, когда центры девяти районов субтропического пояса смещались на восток вдоль 30° с.ш. на 10° и 20° долготы соответственно. Характерной особенностью обнаруженных сопряженностей, которые прослеживаются подряд 6 и более месяцев в течение, года, как в поле давления, так н в поле температуры воздуха, является существование, значимых корреляций в холодную половину года (октябрь-март). В поле давления обнаруживается существенно боль-

ше значимых корреляций, причем выше по значению, чем в поле температуры. Для исключения возможного влияния трендов на сопряженность аномалий расчеты по описанной выше схеме были проведены для первых разностей среднемесячного давления и температуры воздуха. Таким образом обнаружены устойчивые синхронные дальние связи, обусловленные возникновением в атмосфере северного полушария волновых структур. Примером может служить положительная корреляция между аномалиями температуры над Северной Африкой и о. Баффинова Земля.

Глава 3. Посвящена анализу временной изменчивости, устойчивости и предсказуемости характеристик климата. В первом параграфе рассматривается изменчивость среднемесячной температуры воздуха СПО и северного полушария. Исходные временные ряды были разделены на 30 - летние отрезки, в которых начало каждого последующего сдвигается на 10 лет относительно предыдущего. Таким образом можно определить, являются ли устойчивыми во времени отмеченные во второй главе особенности пространственного распределения среднемесячной температуры воздуха. Отмечено наличие в северном полушарии разных и Неустойчивых тенденций изменения температуры воздуха. В то же время сохраняется положение зон максимальной изменчивости и различие в типах спектров над океанами и материками. Далее рассмотрено изменение средней по СПО и северному полушарию температуры воздуха. Рост температуры воздуха в СПО летом, начавшийся в конце 40-х начале 50-х годов и прослеживающийся по настоящее время, выражен отчетливее, чем в целом на полушарии. Зимнее потепление в северном полушарии с начала 70-х годов по настоящее время происходило несогласованно с изменениями средней температуры в СПО, где потепление началось на несколько лет раньше, а затем перешло в слабое похолодание, продолжающееся до настоящего времени. Анализ разностей средней температуры воздуха в СПО за период 1983-1993 гг. и за предыдущие 11-летние периоды показал, что, за исключением января, последний период теплее предыдущего (1972-1982), а в летние месяцы (июнь-август) период 19831993 гг. является самым теплым из всех рассматриваемых. Основное увеличение средней по северному полушарию температуры воздуха происходит в январе-марте, в остальные месяцы отмечается незначительное потепление, при небольшом похолодании в сентябре и ноябре. Во втором параграфе исследуется изменчивость температуры воздуха и облачности в центральной части Арктического бассейна^на основе наблюдений на дрейфующих станциях "Северный полюс". Особенностью этих наблюдений является постоянное изменение географического положения точки измерения вследствие дрейфа, льда. Чтобы составить однородный вре-. менной ряд среднемесячных значений метеовеличины, учитывая это обстоятельство, выделен район, приблизительно севернее 80° с.ш., где данные наблюдений различных дрейфующих станций составляют один не-

прерывный временной ряд. Подобная операция оправдана, во-первых, характером дрейфа выбираемых станций, во-вторых, сравнительной однородностью подстилающей поверхности, в-третьих, значительной корреляцией между срочными и среднесуточными значениями на расположенных в разных частях района станциях, а также существованием в выделенном районе в зимний период зависимости приземной температуры воздуха от количества облачности. Анализируя полученный временной ряд, можно сделать вывод об отсутствии тенденций к потеплению в центральной части Арктики, вопреки высказываниям ряда авторов. Одной из наиболее важных характеристик климата в Арктике является облачность, влияющая на перенос коротковолновой радиации в атмосфере. Обнаружено, что распределение балла общей и нижней облачности подчиняется р- распределению. В зимний период (февраль) происходит уменьшение числа случаев с общей облачностью 0-2 балла, в летний (июль) уменьшается число случаев с облачностью 8-10 баллов, что подтверждается актинометрическими наблюдениями. Основная задача третьего параграфа - оценка предсказуемости среднемесячной температуры воздуха с помощью моделей авторегрессин. Оптимальный порядок модели выбирался с помощью критерия Акаике. Предел предсказуемости (Монин, 1969) для среднезональных температур слабо зависит от площади осреднения и в большинстве случаев не превышает 1-2 года. Однако в отдельных районах, где велик вклад в изменчивость долгопериодных колебаний, предел предсказуемости увеличивается до 8-10 лет.

Глава 4. Направлена на изучение особенностей естественной изменчивости климата высоких и умеренных широт, связанных с нелинейностью и неравнопесностыо климатической системы. В первом параграфе исследуется обнаруженная сильная обратная зависимость между аномалиями средней температуры воздуха и характеристиками ее пространственного распределения в области внетропических широт северного полушария в холодную половину года. Вычисления проводились по формулам:

ф

ф

[< (Гф - Т)2 > ]5 , О ^ = [« (Гф х ■- Гф )2 >х>ф] I,

где: Т„щ- аномалия средней температуры воздуха,

гп=1,2.....12 - месяц,

Я=1891.....1993- год,

Ф, X - широта и долгота,

D характеристика межзональных контрастов,

D nf характеристика меридиональных контрастов,

ф| > Ф2" границы широтной зоны.

Отрицательная корреляция возникает при осреднении в пределах СПО и усиливается по мере увеличения области осреднения до 25° с.ш. Частотный анализ показывает, что долгопериодные колебания вносят основной вклад в отрицательную корреляцию и, а для и в большей степени преобладают высокочастотные колебания. Почти 60% изменчивости январских температур в зоне 85° - 25° с.ш. приходится на долю стохастического компонента, связанного с пространственными контрастами температурных полей. Причинами, вызывающими флуктуации средней температуры, могут служить нелинейная зависимость уходящей длинноволновой радиации от температуры и нестационарные взаимодействия в системе океан-атмосфера-суша (Алексеев, Подгорный, 1991). Во втором параграфе рассматривается проявление неединственности атмосферной циркуляции в колебаниях характеристик климата во внетропических широтах северного полушаруя. Зональные профили средней температуры воздуха в полосе 70° - 40° с.ш., осредненные для случаев крупных (превышающих СКО) положительных и отрицательных аномалий, распределены по долготе таким образом, что распределение "холодных" аномалий совпадает со средним многолетним, а распределение "теплых" прямо противоположное - над континентами наблюдаются наибольшие положительные значения аномалий температуры. Зависимость между средней температурой воздуха и фазой второй гармоники ее разложения в ряд Фурье вдоль широты прослеживается с октября по апрель. Обнаруженная связь имеет прогностический характер, поскольку дает возможность по знаку аномалии средней температуры восстанавливать пространственное распределение. Эффект акцента-ции аномалий температуры воздуха прослеживается в полях геопотенциала 850 и 500 гПа для январскихзначений. Особенно наглядно пространственное распределение представляется с помощью первого векгора сингулярного разложения поля метеоэлемента. Для аномально теплых январей характерно усиление циркуляции над СПО, прежде всего, циклонической активности в центрах действия и над CJIO, а в холодные янвдри, наоборот, ослабление циркуляции и смещение центров низкого давления к югу..В третьем параграфе исследуется свойство локальной неединственности климата атмосферы северного полушария. Определить наличие одного или нескольких стационарных состояний можно с помощью функции плотности вероятности (ФПВ)'рядов температуры воздуха. Для получения оценки ФПВ использовался метод ядер и эмпирического перекрестного правдоподобия:'

8л' = агатах 1п/. (о), б>0 ,

где: 5- параметр локальности,

Л - функция ядра,

Л^ - случайные величины, распределенные с оцениваемой плотностью вероятности /(х)

N„6- объем обучающего подмножества, 1,„-„ 1коп - множества номеров узлов обучающего и контрольного подмножеств.

При расчетах исходное множество из N значений температуры воздуха многократно разбивалось на два - обучающее, объемом N-1, и контрольное г объемом 1. В качестве ядра использовалось ядро Гаусса первого порядка. Полученные таким образом оценки ФИВ средних по области 85° - 25° с.ш. значений температуры воздуха подчиняются нормальному закону с одной модой и конечной дисперсией, что свидетельствует об устойчивости глобального климата по отношению к колебаниям циркуляции. Оценки ФПВ, вычисленные в 130 узлах, равномерно покрывающих полосу 80° - 30° с.ш., позволили выделить области с бимодальным распределением ФПВ. Такие области приурочены к районам, над которыми развиваются аномально устойчивые синоптические процессы типа блокирования, происходит смещение климатических атмосферных фронтов. В четвертом параграфе излагается метод восстановления балла общей облачности по срочным наблюдениям приземной температуры воздуха. Несмотря на то, что облачность в Арктике является одним из основных климатообразующих факторов, существующие методы наблюдений сохраняют ряд недостатков. Использование спутниковых наблюдений приводит к существенным ошибкам вследствие малых контрастов в изображении ледяного покрова и облачности. В то же время при визуальных наблюдениях в условиях полярной ночи определение количества облачности, особенно нижней, крайне затруднительно. Обнаруженная зависимость между температурой приледного слоя воздуха и количеством облачности в периоде октября по март в центральной части Арктического бассейна (коэффициенты корреляции составляют в среднем 0.6) дает возможность для статистического моделирования срочныч наблюдений за баллом облачности. Основываясь на предположении, чт неизвестная функциональная зависимость между температурой и оиллч

ностью является монотонно возрастающей, получим выражение для восстановления балла облачности:

где: /•/ (Т,)- функция распределения случайной величины Т (температуры воздуха),

Р2(п)~ функция распределения случайной величины п (балла облачности),

2'- функция, обратная /7-

Для расчетов использовались приближенные аппроксимирующие выражения (Айвазян и др. 1983). Метод позволяет, с одной стороны, использовать высокую корреляцию между величинами, а с другой - сохранить для моделируемой величины балла облачности форму р-распределения, что невозможно при использовании обычных регрессионных методов. Результаты моделирования хорошо согласуются с наблюдениями при параметрах р- распределения, ие превышающих 0.5, что соблюдается в большинстве случаев.

В заключении приводятся основные результаты исследования, состоящие в следующем:

1. В пространственной структуре изменений среднемесячной приземной температуры воздуха над высокими и умеренными широтами северного полушария отмечаются разнонаправленные тенденции, которые неустойчивы во времени. Области с максимальной изменчивостью (дисперсией) не меняют своего положения во времени и приурочены к центральным частям континентов, а также границам климатических воздушных масс. В частотной структуре изменчивости над северными частями Атлантического и Тихого океанов, а также в Арктике, преобладает вклад колебаний с периодом более 10 лет, в то время как над большей частью континентов преобладает вклад короткопериодных колебаний.

2. Из пространственных корреляций в полях аномалий среднемесячных значений температуры и давления воздуха у поверхности земли выделен ряд устойчивых дальних связей между аномалиями в СПО и других широтных зонах. При этом установлено, что средние по широте аномалии приземной температуры воздуха в СПО в холодную половину года связаны устойчивой отрицательной корреляцией с аналогичными аномалиями в умеренных широтах. Основной вклад в эту зависимость вносят наиболее сильные аномалии в СПО, сопровождающиеся, как правило, аномалиями с противоположным знаком в зоне 70° - 40° с.ш. Смена знака аномалнй среднеширот-ной температуры наиболее часто происходит на 70° с.ш.

Аномалии, осредненные по ограниченным регионам (10° х 20° ), расположенным на широтных кругах 70°, 50° и 30° с.ш., связаны между собой целой сетью устойчивых дальних связей. Среди них следуе! отме-

тить довольно высокую положительную корреляцию между аномалиями в пределах СПО. Подтверждены устойчивые отрицательные корреляции между аномалиями давления над полярными и субтропическими широтами Атлантического и Тихого океанов (североатлантические и северотихоокеанские "качели"). Установлено также, что аномалии температуры воздуха над районами северного побережья Африки положительно коррелированы с аномалиями в районе Гренландии и Баффиновой Земли, что прослеживается г течение 6 месяцев в году. Как показали расчеты корреляций в полях первых разностей этих величин, дальние связи здесь обусловлены короткопериодными колебаниями.

3. В среднем в северном полушарии и в СПО отмечается увеличение среднемесячной температуры воздуха за последнее десятилетие , особенно ярко выраженное в СПО в июле.

4. В Арктическом бассейне выделен район, где климатические условия однородны и можно сформировать временной ряд метеорологических наблюдений на дрейфующих станциях и корректно оценить тенденции изменений характеристик климата. При этом установлено, что изменения температуры воздуха в феврале и июле отличаются отсутствием ярко выраженных тенденций. В феврале в последнее десятилетне отмечается увеличение температуры воздуха, в июле - незначительное уменьшение, несмотря на увеличение суммарной приходящей радиации. Распределение количества облачности подчиняетсяДраспределению, поэтому временные тенденции следует оценивать по отдельным градациям балла облачности. На основе этого найдено, что в феврале отмечается уменьшение повторяемости общей облачности 0-2 балла, а в июле уменьшается количество пасмурных дней, облачностью 8-10 баллов. Подобные изменения согласуются сданными актинометрических наблюдений за радиационным балансом и приходящей суммарной радиацией.

5. Оценки предсказуемости межгодовых колебаний среднемесячной температуры воздуха по моделям авторегрессии составляют 1-2 года для среднеширотных значений температуры. Предел предсказуемости в целом незначительно увеличивается при увеличении площади осреднения до масштабов полушария. Отношение сигнал/шум, определенное с помощью модели авторегрессии, имеет большую величину в теплую часть года, чем в холодную. В северном полушарии выделены области повышенной предсказуемости, положение которых хорошо согласуется с районами, где велик вклад долгопериодных колебаний (северные части Атлантического и Тихого океанов, Гренландия и большая часть Арктики )

6. На основе расчетов оценок плотности вероятности колебаний температуры воздуха, показано существование в некоторых областях северного полушария неединственного климатического режима, что проявляется в бнмодалыюсти функции плотности вероятности.

7. Установлена сильная отрицательная зависимость аномалий средней температуры воздуха и пространственной неоднородности ее распределения ь полях среднемесячной температуры воздуха в северном полушарии в холодную половину года. Особенностями этой зависимости являются усиление корреляции по мерс увеличения области осреднения температуры вплоть до масштаба полушария. Удаление долгоперистных составляющих изменчивости приводит к усилению отмеченной зависимости. Обнаруженная связь имеет важное значение для оценки вклада в изменчивость погодного шума, на до..ю которого приходится до 60% изменчивости в рядах среднемесячной температуры воздуха. Этот шум может быть удален из климатических рядов, благодаря его высокой корреляции с характеристиками пространственной неоднородности.

8. Анализ особенностей в распределениях аномалий температуры воздуха, давления и геопотенциала при крупных аномалиях средней по полушарию температуры воздуха показал, что для аномально теплых январей характерно усиление циркуляции над СПО и умеренными широтами, в холодные январи наблюдается ослабление циркуляции и смещение центроь низкого давления к югу. Таким образом, возникновение крупной аномалии в полярных и умеренных широтах возможно под влиянием смены режимов атмосферной циркуляции.

9. Установлено, что между знаком крупной аномалии средней температуры воздуха в области 40° - 70° с.ш. и фазой второй гармоники разложения в ряд Фурье распределения аномалий вдоль круга широты в )гой зоне в холодную половину года существует зависимость, которая позволяет восстанавливать пространственное распределение аномалий по знаку аномалии средней температуры.

10. Обнаружена зависимость приземной температуры воздуха от количества облачности в Арктическом бассейне поданным дрейфующих станции. Коэффициент корреляции между этими величинами составляет в среднем 0.6 - 0.7. Разработана статистическая модель восстановления балла облачности за каждый срок по данным о приземной температуре воздуха, которая использует указанную корреляционную связь, а такжетипы распределения температуры воздуха (нормальное) и облачности ((3 - распределение). Модель дает хорошие результаты, если параметры р - распределения облачности не превышают 0.5, что соблюдается в большинстве случаев.

11. Реализованы в виде алгоритмов и программ новые для климатических исследований методы ядерной оценки функции плотности вероятности, фильтрации полей аномалий с помощью сингулярного разложения и построения уравнения связи для случайных величин с различными законами распределений. Список основных публикаций.

1. Ллгксесв Г.В., Священников ПЛ., ЛибешповаЗ.Я. Сопряженность аномалий приземного да&чения и температуры воздуха и полярной и субтропической областях северного полушария //Тр. АЛНИИ:-1988,- № 406,- С. У4 104. .

2. Алексеев Г.В., Священников П.Н. Проявление и свойства низко частотного погодного шума в связи с диагнозом изменений климата // Итоги науки и техн. Сер. атмосф., океан, космос- прогр. "Разрезы" / ВИНИТИ,- 1990,-№ 13.-С. 36-46.

3. Алексеев Г.В., Подгорный И. А., Священников П.Н. Адвективно-радиа ционные колебания климата //Докл. АН СССР.-1990,- Т. 315,- № 4,- С. 824-827

-4. Алексеев Г.В., Подгорный И.А., Священников П.Н. Колебания отепляющего влияния океанов ча глобальный климат //Докл. АН СССР.-1991.-Т. 320.-№ 1.-С.70-73.

5. Алексеев Г.В., Священников П.Н. Естественная изменчивость характеристик климата Северной полярной области и северного полушария. -Л.: Гидрометиоиздат, 1991.-159 с.

6. Alekseev G. V., Svyashennikov P.N., Nonlinear effects in the interan-nual variability of air temperature over the Northern Hemisphere // Book of abstracts. 6-th International Meeting on Statistical Climatology.- Galvvay, Ireland, July, 19-23, 1995.-P.121-123.