Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Сезонные перестройки стратосферной циркуляции и взаимосвязи процессов втропосфере и стратосфере северного полушария

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Сезонные перестройки стратосферной циркуляции и взаимосвязи процессов втропосфере и стратосфере северного полушария"

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

тс

СЕЗОННЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ СТРАТОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ И ВЗАИМОСВЯЗИ ПРОЦЕССОВ В ТРОПОСФЕРЕ И СТРАТОСФЕРЕ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ

Специальность: 11.00.09 - Метеорология, климатология,

агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

КАЗАНЬ - 1996

Работа выполнена в Казанском государственном университете

Научный руководитель - доктор географических наук,

Защита состоится " б " июня 1996 г. в _15_ часов на заседан! диссертационного совета К 053.29.15 в Казанском государственш университете по адресу: 420008, г.Казань, ул.Ленина, 18, корп факультет географии и геоэкологии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского университета. Отзывы и замечания, заверенные печатью, направл! по указанному адресу в двух экземплярах.

Автореферат разослан "36" А И _ 1995 года

профессор ПЕРЕВЕДЕНЦЕВ Ю.П.

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

профессор СЕМЕНОВ Е.К. кандидат географических наук МОРОЗОВА Л.В.

Ведущая организация - Пермский государственный

университет

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор географических наук, профессор Мозжерин В.И.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы работы определяется:

- необходимостью комплексного изучения макромасштабных циркуляционных процессов в тропо-стратосфере;

- недостаточной изученностью процессов сезонных перестроек циркуляции на стратосферных уровнях;

- необходимостью разработки и совершенствования методов долгосрочного метеорологического прогнозирования с учетом состояния стратосферы;

- практическими потребностями высотной авиации и аэростатических летательных аппаратов в метеорологической информации о состоянии стратосферных слоев для долговременного планирования полетов.

Цель работы состояла в изучении динамики сезонных перестроек циркуляции в стратосфере на основе построенной обобщенной эмпирической модели крупномасштабной циркуляции тропо-стратосферы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение пространственно-временных особенностей циркуляции в тропо-стратосфере внетропических широт северного полушария с помощью индексов циркуляции А.Л.Каца;

- оценка взаимосвязей между макроциркуляционными процессами различных слоев и регионов тропо-стратосферы;

- выявление основных закономерностей осуществления сезонных перестроек стратосферной циркуляции;

- выявление зависимости циркуляционных процессов стратосферы в переходные сезоны от солнечных и геофизических факторов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- получены новые наиболее полные данные о пространственно-временном режиме крупномасштабной циркуляции тропо-стратосферы на основе индексов циркуляции Каца;

- установлены взаимосвязи макроциркуляционных процессов различных слоев, секторов и широтных зон тропо-стратосферы в переходные сезоны;

- выявлена зависимость дат весенних перестроек стратосферной циркуляции от интенсивности зональной циркуляции в зимний период;

- получены количественные оценки влияния долгопериодных колебаний солнечной и геомагнитной активности на параметры сезонных перестроек циркуляции в стратосфере.

Практическая значимость работы заключается в получении надежных климатических показателей крупномасштабной циркуляции тро-по-стратосферы, что позволяет использовать их в качестве базовых данных при разработке и усовершенствовании методов долгосрочного прогноза погоды, планировании и метеорологическом обеспечении полетов авиации и аэростатов, решении задач мониторинга климата.

Основные положения, выносимые на защиту:

- особенности пространственно-временной структуры крупномасштабной циркуляции тропо-стратосферы внетропических широт северного полушария;

- особенности пространственных взаимосвязей циркуляционных процессов различных регионов и слоев тропо-стратосферы;

- основные закономерности осуществления сезонных перестроек стратосферной циркуляции;

- результаты исследования влияния солнечной и геомагнитной активности на процессы сезонных перестроек стратосферной циркуляции.

Апробация работы. Результаты исследования изложены в шести опубликованных статьях. Отдельные части работы докладывались и обсуждались на I Республиканской научной конференции (Казань, 1995), итоговых научных конференциях Казанского университета в период 1991-1996 гг., научных семинарах кафедры метеорологии и климатологии КГУ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 138 страниц, работа содержит 16 рисунков и 24 таблицы. Список литературы включает 111 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задача исследования, оценены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведено исследование статистической структуры крупномасштабной циркуляции тропо-стратосферы внетропических широт северного полушария с различными масштабами временного осреднения, в результате которого построена эмпирическая модель циркуляции на основе индексов А.Л.Каца.

Использован новый и более полный исходный материал за 19771990 гг., что позволило дополнить и уточнить циркуляционные схемь построенные ранее (Погосян Х.П., Кац А.Л., Столыпина Н.В. и др.).

Исходным материалом послужили средние декадные значения индексов зональной (1з) и меридиональной циркуляции (1м), рассчитанные для уровня моря и стандартных изобарических поверхностей 500, 300, 100, 30, 10 Ша по трем естественно-синоптическим секторам северного полушария в широтных зонах 50-70°,35-50°и 35-70°с.ш.

В результате исследования выявлены следующие основные сезонные и региональные особенности крупномасштабной циркуляции тро-по-стратосферы.

Зимой практически во всем исследуемом слое атмосферы формируется западная циркуляция, интенсивность которой в северной широтной зоне (50-70°с.ш.) резко возрастает от уровня моря (1з= 0,8 дам/1°экв.) к стратосфере, где на уровне 10 гПа отмечаются максимальные значения 1з= 5,2-6,3 дам/1°экв [рис.la). Лишь ео втором секторе на уровне моря, под влиянием северной периферии алеутской депрессии, формируется слабая восточная циркуляция (1з-=-0,б дам/1° зкв). В южной широтной зоне (.35-50°с.ш. )• второго и третьего секторов максимум интенсивности западной циркуляции смещен в тропосферу на уровень 300 rila, где располагаются оси струйных течений. Ослабление западных потоков в стратосфере этих секторов обусловлено влиянием стратосферного тихоокеанского антициклона, центр которого по средним многолетним картам абсолютной топографии поверхности 30 гПа в январе находится в широтной гоне 40-60°с.ш.

В распределении по Еысоте меридионального индекса зимой в обеих широтных зонах отмечаются два максимума - на уровнях 300 и 10 гПа. В северной зоне стратосферный максимум является основным Пм=4,4 дам/1°зкЕ, сектор II), интенсивность тропосферного максимума меньше (1м=2,1 дам/1°экв, сектор I). В южной зоне меридиональная возмущенность стратосферы значительно слабее, поэтому максимум 1м в верхней тропосфере не уступает стратосферному (1м= 2,1 дам/1°экв).

Максимум интенсивности меридиональной циркуляции в стратосфере отмечается во Етсрой половине зимы (третья декада января -вторая декада февраля), когда циркумполярный циклонический вихрь наиболее подвержен миграциям и расщеплению при развитии процессов стратосферных потеплений, что и приводит к меридиональным преобразованиям термо-барических полей стратосферы северного полушария.

В летней тропосфере сохраняется западная циркуляция с максимумом интенсивности на уровне 300 гПа. Годовой минимум интенсивности зональной циркуляции в тропосфере отмечается в июле:

18=0,5-0,7 дам/1°экв в северной широтной воне и 1з=0.9-1,1 дам/1с экв в южной зоне.

Характер же циркуляционных процессов в стратосфере в основной определяется радиационной функцией нагревания, поэтому циркуляция здесь носит муссонный характер. Зимой в северном полушарю на ьысотах 20-80 км преобладает западный потек, характеризующие зимний циклон, летом - восточный антициклонический поток, что находит свое отражение в знаке зонального индекса на уровнях 30 i 10 гПа. Интенсивность летней восточной циркуляции намного уступает зимней западной циркуляции. Максимального развития летняя зональная циркуляция достигает в первой декаде июля в северной широтной зоне (1з=-1,5-1,7 дам/1°экв, уровень 10 гПа) и eo etopoi /"•"■кал*- июля ь южной зоне (1з=-1,Е-1,6 дам/1°экв, уровень 10 гПа)

Значительное ослабление от вимы к лету претерпевает и мери диональная циркуляция в стратосфере: значения 1м уменьшаются, среднем, в 10-15 раз и составляют 0,2-0,3 дам/'1°экБ. В то же вре мя тропосфера характеризуется повышенной меридиональностью с мак симумом на уровне 300 гПа (1м= 1,3-1,5 дам/ 1°экв). Такое соотно шение интенсивности тропосферной и стратосферной меридионально циркуляции летом объясняется тем, что в тропосфере увеличиваете контраст температуры в направлении океан-материк, способствуют*! развитию меридиональной циркуляции, а в стратосфере летние вое точные ветры препятствуют проникновению незональных возмущений и тропосферы.

Анализ среднекЕадратических отклонений (б) индексов циркуля ции Каца показал, что изменчивость интенсивности циркуляции так» имеет хорошо выраженный сезонный ход с максимумом в зимний и mv нимумом в летний период (рис.16). При этом в стратосфере, по otí шению к годовому максимуму 1з, максимум ба запаздывает на 2-3 де ка^ы, в то время как годоеой максимум бм практически совпадает годовым максимумом 1м. В высотном распределении наибольшая изме! чивость индексов циркуляции наблюдается зимой в средней стратос фере северной зоны (б3=3,1 дам/1°экв, бм=2,0 дам/1°экв). Вкл; динамических факторов, играющих существенную роль в режиме припс лярной области атмосферы, различен в разные годы. Внезапнные зи) ние стратосферные потепления вызывают значительные изменения ве] тикальной структуры атмосферы и являются причиной большой време] ной изменчивости термодинамических параметров стратосферы.

Летняя стратосферная циркуляция отличается большой стабил:

III IV V V! VII VIII IX X XI XII

--)—I— — г--г --1-1—1--1

III IV V VI VII VIII IX X XI XII

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Рис.1. Средние значения (а), средние квадратические отклонения (б) индекса зональной циркуляции в зоне 50-70° с.ш. и коэффициенты корреляции (в) между индексами зональной циркуляции в зонах 35-50° и 50-70' с.ш. сектора I.

ностью, значения б не превышают 0,2 дам/1°экв. Для тропосферы характерна меньшая амплитуда годового хода б , поэтому летом высотный максимум изменчивости индексов циркуляции отмечается на уровне 300 гПа (6=0,3-0,5 дам/1°экв).

Характер поведения давления, температуры и других метеорологических величин на всех уровнях атмосферы во многом определяется степенью возмущенности циркуляции, поэтому представляет практический интерес изучение аномалий циркуляции. В работе анализу подверглись крупные |Д1з|> б и очень крупные |Д1з|> 26 аномалии среднедекадных значений зонального индекса.

В целом за год повторяемость крупных аномалий в тропосфере колеблется от 26,2 до 30,8%, в стратосфере от 23,4 до 30,2% в зависимости от сектора. В то же время в стратосфере отмечено возрастание повторяемости очень крупных аномалий (5,2%), по сравнению с тропосферой (4,0%).

В северной зоне (50-70°с.ш.) максимум повторяемости очень крупных аномалий 1з отмечается в нижней стратосфере (100-30 гПа), потому что, с одной стороны, циркуляция нижней стратосферы подвержена влиянию крупномасштабных стратомезосферных возмущений термобарических полей типа зимних стратосферных потеплений, с другой стороны, на уровне 100 гПа зональная циркуляция не претерпевает сезонных перестроек, что способствует проникновению волновых возмущений из тропосферы на этот уровень и в летний период. Зимой в северных зонах секторов крупные отрицательные аномалии интенсивности стратосферной циркуляции формируются чаще, чем положительные. Весной, наоборот, преобладают крупные аномалии 1з положительного знака.

Продолжительность крупных аномалий 1з в 92-95% случаев не превышает 3 декад. В тропосфере крупные положительные аномалии преобладают среди аномалий продолжительностью 3-5 декад, в стратосфере отмечаются отдельные случаи, когда крупные аномалии 1з сохранялись в течение 4-9 декад.

Для выявления пространственной сопряженности между интенсивностью циркуляции в отдельных секторах и широтных зонах северногс полушария выполнен корреляционный анализ индексов циркуляции не каждом уровне. Установлено, что в основные сезоны в стратосфере северной широтной зоны взаимосвязь циркуляции отдельных секторог достаточно высокая г=0,6-0,9 (при уровне значимости а=0,05 г« = 0.30). В переходные сезоны межсекторные связи уменьшаются пере;

весенними и после осенних перестроек стратосферной циркуляции, то есть в периоды умеренных западных потоков в стратосфере, благоприятных для распространения планетарных волн из тропосферы в среднюю атмосферу.

Южная широтная зона (35-50°с.ш.) стратосферы, в целом, характеризуется отсутствием тесной связи между циркуляцией секторов в холодный период и положительной связью в теплый период (апрель-сентябрь) . В холодную половину года для южных районов северного полушария фактор циркумполярности циклонического вихря перестает быть доминирующим и региональные особенности циркуляции в зоне 35-50°с.ш. в значительной мере обусловлены структурой и движением стратосферных антициклонов в тропической области высокого давления.

Наиболее тесные связи между индексами циркуляции в северной и южной широтных зонах секторов отмечаются на уровне 10 гПа в летние месяцы (г3=0,63, гм=0,96). Положительные значимые коэффициенты корреляции в средней стратосфере сохраняются почти в течение всего года и только осенью связь зональных индексов оказалась незначимой. С уменьшением высоты изобарической поверхности происходит ослабление межширотной связи индексов, и в тропосфере связь меридиональных индексов практически отсутствует. В то же время для зональной циркуляции в тропосфере характерны отрицательные межширотные коэффициенты корреляции, обусловленные широтными колебаниями местоположения ПШЗ умеренных широт (рис.1в).

Для дополнительной характеристики барико-циркуляционного режима нижней тропосферы были привлечены данные о среднемесячных значениях давления на уровне моря в областях стационирования основных центров действия атмосферы (ЦДА) и их географических координат за 1891-1990гг. Анализ статистических характеристик параметров ЦДА показал, что перепад давления (ДР) внутри атлантической и тихоокеанской пары ЦДА испытывает большие колебания. Среднее многолетнее значение ДР достигает максимума в январе (ДРатл= 30 гПа, ДРтих=25 гПа), минимум отмечается летом в июне (ДРатл= 16 гПа, ДРтих=13 гПа). Рассмотрение характеристик ЦДА, осредненных по 30-летним периодам показало, что в долговременном плане отмечалось углубление исландского и алеутского минимумов и усиление азорского и гонолульского максимумов. Таким образом, имело место увеличение барического градиента в атлантическом и северотихоокеанском регионах, что способствовало усилению зональной циркуляции.

С целью выявления статистических связей между характеристиками ЦДЛ и индексами зональной циркуляции рассчитывались коэффициенты линейной корреляции для 14-летнего ряда выборки, состоящей из 168 членов (среднемесячные значения). Установлено, что на уровне моря корреляция зональных индексов I сектора с интенсивностью азорского максимума положительна (г=0,57), а с интенсивностью исландского минимума отрицательна (г=-0,64, г«=0,15). Таким образом, зональная циркуляция усиливается, если давление в азорском антициклоне растет, а в исландском циклоне падает, что приводит к увеличению перепада давления вдоль меридиана и, наоборот. Высокая корреляция между 1з и ДР (г=0,72 на уровне моря) свидетельствует о возможности использования величины перепада давления между ЦДА атлантической пары для восстановления предшествующего хода интенсивности зональной циркуляции по значениям давления в областях стационирования ЦДА.

Во второй главе представлены новые результаты исследования процессов сезонных перестроек циркуляции б средней стратосфере, которыми раннее занимались Кац А.Л., Угрюмов А.И., Педь Д.А., Столыпина Н.В., Тарасенко Д.А., Лабитцке К. и др.

Сроки смены циркуляции определялись с помощью ежедневных значений зонального индекса 1з на уровнях 30 и 10 гПа, как для северного полушария в целом, так и для каждого сектора в широтных зонах 50-70° , 35-50° и 35-70°с.ш. За дату весенней перестройки (Бв) принималась дата устойчивого перехода индекса 1з от положительных значений к отрицательным и, наоборот, для осенней перестройки (Бо). В случаях неустойчивого осуществления сезонных перестроек оценивалась интенсивность и продолжительность возвратной циркуляции, что позволило более корректно определить даты сезонных перестроек.

В умеренной зоне (35-70°с.ш.) всего полушария весенняя перестройка стратосферной циркуляции в среднем происходит в третьей декаде апреля, причем, на уровне 10 гПа переход на летний режт наступает на 6 дней раньше, чем на уровне 30 гПа. Амплитуда колебаний дат весенних перестроек составляет 58 дней на уровне 10 гПг (6=20 дней) и 43 дня на уровне 30 гПа (6=14 дней).

В северной широтной зоне смена циркуляции происходит значительно раньше (7-14 апреля), чем в южной зоне (7-10 мая). Кром* того в южной зоне меняется вертикальная направленность процесс; перестройки. Перестройка осуществляется не сверху вниз, как в се-

верной зоне, а снизу вверх: на уровне 30 гПа образование летнего антициклона отмечается 9 мая, на уровне 10 гПа - 13 мая. Изменчивость дат Еесенних перестроек в северной зоне (б= 17-20 дней) в 1,5-2 раза больше, чем в южной зоне (б=9-11дней).

На сроки весенней перестройки циркуляции в различных секторах существенное влияние оказывают региональные особенности термобарических полей. Формирование летней циркуляции стратосферы северного полушария происходит, как правило, на базе высотного тихоокеанского антициклона, что отражается на сроках перестроек и их межгодовой изменчивости в различных секторах. Наиболее ранний переход к восточной циркуляции отмечается во II секторе (вторая декада апреля), затем в III секторе (начало третьей декады апреля) и дачее в I секторе (середина третьей декады апреля). Менее изменчивыми оказались сроки весенних перестроек в I секторе (б = 17 дней). Во II и III секторах, которые непосредственно находятся под влиянием тихоокеанского антициклона, колебания дат более существенны (6=27 и 25 дней, соответственно).

Совместный анализ региональных особенностей весенних перестроек циркуляции на уровнях 30 и 10 гПа выявил три пары лет, в которых последовательности секторов по времени осуществления перестроек на этих уровнях оказались одинаковыми: 1978 и 1985 г., 1982 и 1988 г., 1981 и 1987г. При этом внутри каждой пары лет даты весенних перестроек оказались очень близкими: в первой паре перестройки произошли в третьей декаде марта, во второй - в середине апреля, в третьей - во второй декаде мая. Очевидно, от срока весенней перестройки зависит пространственная направленность процесса перестройки циркуляции в стратосфере.

Средняя многолетняя дата осенней перестройки е умеренной зоне всего полушария приходится на 3 сентября на уровне 10 гПа и 2 сентября на уровне 30 гПа. Изменчивость дат осенней перестройки (6=3-4 дня) существенно меньше изменчивости дат весенней перестройки (6=14-20 дней). В северных районах секторов осенняя перестройка наступает, в среднем, на 19-22 дня раньше, чем в южных.

Учитывая амплитуду колебаний дат сезонных перестроек, для каждого сектора в отдельности и полушария в целом проведена классификация дат перестроек на ранние, средние и поздние по сравнению со средними многолетними значениями. Оказалось, что при разных средних многолетних значениях и амплитудах колебаний дат сезонных перестроек в секторах, общий характер перестройки сохраня-

ется один и тот же . Сравнение с результатами классификации весенних перестроек более раннего периода 1958-1971 гг., выполненного Д.А.Педем показало, что в исследуемом ряде лет увеличилась повторяемость ранних и поздних перестроек циркуляции.

Комплексный анализ дат весенних и осенних перестроек циркуляции показал, что раннее становление как летнего, так и зимнего циркумполярного вихря благоприятствует позднему его разрушению. При средних сроках образования циркумполярного вихря отмечается, как правило, раннее его разрушение, при поздних сроках определенной закономерности в его поведении не обнаружено.

Существующие способы определения сроков сезонных перестроек циркуляции не позволяют оценить продолжительность и интенсивность переходных процессов, особенно в весенний период. Для этой цели предлагается выделять период весенней перестройки ( П ), под которым понимается переходный промежуток времени от конца периода устойчивой зимней циркуляции (период с 1з±б > 0} до начала периода устойчивой летней циркуляции (период с 1з±б < 0). По графику годового хода средних многолетних декадных значений 1з определены пороговые значения 1з, соответствующие началу (1з=0,9б дам/1°экв) и концу (1з=-0,37 дам/1°экв) периода перестройки. Для конкретного года весенняя перестройка начинается в момент устойчивого пересечения кривой годового хода значений 1з верхнего порога и заканчивается в момент устойчивого перехода через нижний порог.

Анализ полученных результатов показал, что продолжительность весенней перестройки в среднем составляет 4 декады, начинаясь в третьей декаде марта и заканчиваясь в первой декаде мая. При этом отмечаются значительные межгодовые колебания периода перестройки-от 1,5 декады в 1982г. до 6 декад в 1984г. Аналогично классификации дат перестроек , выделены три типа Еесенних перестроек по их продолжительности: быстрые, нормальные, медленные. К быстрым перестройкам отнесены годы с П < 3 декад (1978, 1981, 1982, 1987гг.), к нормальным - годы с 3$Щ 5 декад (1977, 1979, 1985, 1986, 1988, 1991гг.), к медленным годы с П > 5 декад (1980, 1983, 1984, 1989гг.). Продолжительность весенней перестройки и дата весенней перестройки между собой практически не связаны.

Причина широких пределов колебаний сроков весенней перестройки циркуляции в стратосфере заключена в меняющемся от года к году соотношении динамических и радиационных факторов. В данном разделе рассмотрены некоторые нерадиационные факторы, оказывающие

влияние на срок весенних перестроек - интенсивность стратосферной циркуляции в зимний период, КЕазидЕухлетняя цикличность в экваториальной стратосфере (КДЦ), сильные зимние стратосферные потепления.

Для количественной оценки связи между датой весенней перестройки и интенсивностью зональной и меридиональной циркуляции в зимний период рассчитаны коэффициенты линейной корреляции (г) между Ов и средними декадными значениями индексов Каца в моменты наибольших различий типовых кривых 1з и 1м перед ранними и поздними перестройками. Максимальные коэффициенты корреляции отмечаются между Бв и значениями 1з в первой декаде января (г=0,72) и в третьей декаде февраля (г=-0,79).

На основе анализа связей получено уравнение линейной регрессии с двумя переменными:

Ов =-11,5-131 + 6,5-136 + 51 , где Бв - дата весенней перестройки в днях от начала года, 131 и 1зб -значения зонального индекса в первой декаде января и третьей декаде февраля. По данным зависимой выборки среднеквадратическая ошибка уравнения регрессии составляет ±10,5 дня, параметр р=0,71.

Связь между Бв и сильными зимними стратосферными потеплениями зависит от времени осуществления зимнего потепления. Если стратосферное потепление достигло максимального развития в январе-феврале, то более поздним потеплениям соответствуют и более поздние весенние перестройки: интервал времени между ними составляет 80-90 дней. Если максимум стратосферного потепления отмечается в первой половине марта, то заметна тенденция к уменьшению Ов.

Совместный анализ сильных стратосферных потеплений, фаз КДЦ в экваториальной стратосфере и типов весенних перестроек показал, что при осуществлении сильного стратосферного потепления перестройки происходят в ранние сроки при западной фазе КДЦ и запаздывают при восточной фазе. При отсутствии сильного стратосферного потепления зависимость Ив от фазы КДЦ обратная.

В главе также приведены оценки влияния солнечной и геомагнитной активности на процессы весенней и осенней перестроек циркуляции в стратосфере. В качестве показателя солнечной активности использовался среднегодовой индекс интенсивности радиоизлучения Солнца (Г) на волне 10,7 см, в качестве характеристики геомагнитной активности - среднегодовой индекс геомагнитной возмущенности Ар . Установлено, что сглаженные кривые многолетнего хода дат се-

зонных перестроек находятся в хорошем согласии со значениями сол' нечного индекса Г: максимальная корреляция достигается при сдвиг' дат относительно индекса Р на 1 год вперед: г(Бв , Р)=0,54 гфо, Р)=-0,54 (Г(*=0,44). С геомагнитной возмущеннсстью тесне всего связан период весенней перестройки: г=0,56 при сдвиге ряд П на 1 год вперед.

В третьей главе исследовано взаимодействие макроциркуляцион ных характеристик тропосферы и стратосферы в синхронные и асинх ронные периоды, с использованием декадных значений зонального меридионального индексов Каца, среднемесячных значений параметро ЦДА, сроков сезонных перестроек стратосферной циркуляции.

Для оценки вертикальных статистических связей в полях зо нашьного и меридионального индексов циркуляции тропо-стратосфер в пределах каждого сектора и широтной зоны рассчитывались коэффи циенты межуровенной корреляции зональных и меридиональных индек сов. Из анализа полученных результатов следует, что в распределе нии коэффициентов корреляции по высоте имеется ряд характерны особенностей.

В тропосфере выделяется слой 500-300 гПа, в котором отмеча ются максимальные коэффициенты корреляции как между зональным г=0,95, так и между меридиональными индексами г=0,90 (^=0,30). нижней тропосфере, где велико влияние подстилающей поверхности вертикальные связи слабее.

В стратосфере зависимость значений вертикальных связей с сезона проявляется в большей степени. Взаимодействие циркуляцион ных процессов на уровнях 30 и 10 гПа наиболее тесным образом осу ществляется в зимне-весенний период (г=0,85-0,95). Летом и в пер вой половине осени, когда стратосферная циркуляция характеризует ся наибольшей устойчивостью, связи резко ослабевают (г<0,55). южной широтной зоне коэффициенты корреляции, как правило, нес колько меньше, чем в северной зоне.

Взаимодействие тропосферы и стратосферы оценивалось по знг чениям коэффициентов корреляции между зональными индексами г уровнях 500 и 30 гПа (корреляция между меридиональными индексам оказалось незначимой).

Согласно полученным результатам в начале зимы происход! усиление корреляционных связей зональной циркуляции тропосферы стратосферы в первом (г=0,51) и в третьем (г=0,66) секторах, феврале связи резко ослабевают и незначимы во всех секторах.

марте - апреле связность циркуляции тропосферы и стратосферы вновь усиливается, особенно ео втором и третьем секторах (г=0,51-0,54). Лето характеризуется невысокими значениями коэффициентов корреляции с некоторым их ростом к концу сезона. Осенью достигается годовой максимум корреляционной связи между зональными потоками тропосферы и стратосферы: в октябре средняя тропосфера хорошо коррелирует не только с уровнем 30 гПа, но и с уровнем 10 гПа (г=0,42-0,48).

Таким образом, ослабление тропо-стратосферных связей наблюдается в летний период и в периоды зимних стратосферных потеплений (февраль), когда в стратосфере возникает область тепла и устанавливается восточная циркуляция, препятствующая проникновению крупномасштабных тропосферных возмущений в стратосферу. В переходные сезоны - до весенней перестройки и после осенней перестройки стратосферной циркуляции - на фоне умеренной западной циркуляции в стратосфере, создаются благоприятные условия для переноса энергии из нижней атмосферы в верхнюю, что находит отражение в усилении связности зональной циркуляции тропосферы и стратосферы северной сиротной зоны.

Взаимодействие крупномасштабных циркуляционных процессов в асинхронные периоды оцениваюсь посредством расчетов коэффициентов корреляции между параметрами ЦДА и сроками сезонных перестроек стратосферной циркуляции за 1970-1990 гг. Анализ полученных результатов показал, что связь между датами сезонных перестроек и характеристиками крупномасштабной циркуляции тропосферы в последующие сезоны невысокая. Из четырех рассмотренных ЦДА, наибольшее влияние весенняя перестройка оказывает на азорский максимум. После поздних перестроек летом давление в его центре и широта расположения больше, а долгота меньше, чем после ранних перестроек. Осенью (сентябрь - октябрь) картина обратная. В тихоокеанском регионе отмечаются отрицательные связи Бв с широтой (май - июнь) и долготой (сентябрь, ноябрь) алеутского минимума.

Даты осенних перестроек лучше всего коррелируют с интенсивностью и долготой расположения ЦДА. Поздним осенним перестройкам ссответствуют повышенные значения давления в центре азорского (сентябрь, декабрь), алеутского (февраль) и гонолульского (январь) ЦДА. Кроме того в эти годы алеутский минимум смещается к востоку от своего среднего многолетнего местоположеня (сентябрь, февраль, март).

Согласно современным представлениям тропосферу и стратосферу можно рассмотриьать как среду, через которую происходит распространение волновых возмущений, обусловленных орографией и бароклин-ностью атмосферы. Если условия в этой среде благоприятны для распространения возмущений, то следует ожидать оттока некоторой доли энергии возмущений из тропосферы и притока энергии в более высокие слои атмосферы. В периоды зимних стратосферных потеплений происходит обращение зональной циркуляции на восточную, при которой планетарные волны не могут распространяться в среднюю атмосферу, что соответствует сохранению возмущений в тропосфере.

Установлено, что и в весенний период степень взаимодействия циркуляционных процессов тропосферы и стратосферы зависит от состояния стратосферной циркуляции. Возможность взаимодействия между тропосферой и стратосферой оценивалась на основе расчетов коэффициентов корреляции между аномалиями ежедневных значений 1з на уровнях 500 и 100 гПа б широтной зоне 35-70°с.ш. га период март-май каждого года. Сопоставление полученных коэффициентов корреляции со среднемесячными значениями зонального индекса в апреле на уровне 10 гПа показало, что при ослаблении западной и установлении восточной циркуляции в апреле на уровне 10 гПа (.что соответствует ранней весенней перестройке) отмечается ослабление тропосферно-стратосферного динамического взаимодействия. Следовательно, сроки формирования летней стратосферной циркуляции в определенной мере могут елиять на перераспределении энергии в тро-по-стратосфере в весенний период.

В заключении приведены основные результаты выполненного исследования:

1. Выявлены пространственно-временные особенности интенсивности и изменчивости крупномасштабной циркуляции атмосферы умеренных широт (35-70°с.ш.) северного полушария в слое уровень моря

- 10 гПа. Установлено, что зимой в северной широтной зоне (50-70с с.ш.) наибольшая интенсивность и изменчивость зональной и меридиональной циркуляций отмечаются в стратосфере на уровне 10 гПа. Е южной широтной зоне (35-50°с.ш.) максимум интенсивности циркуляции наблюдается преимущественно на уровне 300 гПа, а изменчивое«

- на уровне 10 гПа. Летом интенсивность и изменчивость стратосферной циркуляции существенно меньше, в то же Бремя тропосфер; характеризуется повышенными значениями 1м с максимумом на уровне 300 гПа.

2. Установлено, что в северной широтной зоне максимум повторяемости очень крупных аномалий 1з отмечается в нижней стратосфере (100-30 гПа). В осенне-зимний период в стратосфере северных районов чаще формируются крупные отрицательные аномалии 1з, весной, наоборот, преобладают крупные аномалии положительного знака. Продолжительность крупных аномалий 1з в 92-951 случаев не превышает трех декад, при этом в тропосфере положительные крупные аномалии 1з преобладают среди аномалий продолжительностью 3-5 декад.

3. Изучение пространственной сопряженности между воздушными переносами отдельных секторов и широтных зон полушария показало, что в стратосфере северной широтной зоны в основные сезоны взаимосвязь циркуляции различных секторов достаточно высокая (г=0,6-0,9), а в переходные сезоны перед весенними и после осенних перестроек межсекторные связи резко ослабляются. Наиболее тесные связи между северными и южными районами секторов отмечаются летом в средней стратосфере. В тропосфере межширотная корреляция зональных индексов отрицательная с максимальными значениями в сентябре (г=-0,8), корреляция же меридиональных индексов незначима. Показана высокая информативность величины перепада давления между атлантическими ПДА в качестве характеристики интенсивности зональной циркуляции, что может быть использовано для реконструирования значений 1з по значениям давления в ЦЦА.

4. Определены характеристики сезонных перестроек стратосферной циркуляции. Установлено, что в северной широтной зоне весенняя смена циркуляции происходит сверху вниз в первой половине апреля и ранее всего во II секторе, в южной зоне - снизу вверх и на месяц позже. Осенняя перестройка также начинается в северной зоне, но направленность процесса перестройки в обеих зонах одинакова - снизу вверх. Изменчивость дат весенних перестроек в северной широтной зоне в 1,5-2 раза больше, чем в южной зоне. Осенняя смена циркуляции происходит в более короткие сроки. Установлено, что за исследуемый период увеличилась повторяемость ранних и поздних весенних перестроек по сравнению с периодом 1958-1971гг. Продолжительность весенних перестроек стратосферной циркуляции может меняться в пределах от 1,5 до 6 декад и не зависит от срока перестройки. Наиболее поздние весенние перестройки отмечаются после сильных зимних стратосферных потеплений при восточной фазе КДЦ. Обнаружена значимая корреляционная связь между Ов и значениями 1з на уровне 10 гПа в зимний период; полученное уравнение регрессии

дает возможность прогнозирования сроков весенних перестроек.

5. Оценка влияния долгопериодных колебаний солнечной и геомагнитной активности на циркуляционные процессы стратосферы в переходные сезоны показала, что в годы максимума (минимума) солнечной активности наблюдается усиление (ослабление) интенсивности зональной циркуляции на уровне 10 гПа, что отражается на сроках сезонных перестроек. Максимальные коэффициенты корреляции между среднегодовыми индексами солнечной активности и датами сезонных перестроек достигаются при сдвиге дат на 1 год вперед; гфв, Ю= 0,54, г(Бо, Р)=-0,54. С изменениями геомагнитной активности более тесно связана продолжительность весенних перестроек: г=0,55.

6. Анализ вертикальных связей между макроциркуляционными характеристиками в слое уровень моря - 10 гПа позволил установить, что в поле индексов циркуляции Каца наиболее высокие значения ме-журовенной корреляции отмечаются в слое 500-300 гПа независимо от сезона и в слое 30-10 гПа в зимне-весенний период. Взаимосвязь зональной циркуляции тропосферы и стратосферы северной широтной зоны усиливается в переходные сезоны до весенней и после осенней перестройки стратосферной циркуляции. Летом и в периоды зимних стратосферных потеплений тропосферно-стратосферные связи ослабевают. Сроки формирования летней стратосферной циркуляции определяют степень тропосферно-стратосферного динамического взаимодействия в весенний период и, тем самым, могут влиять на развитие тропосферных процессов. Выявлено определенное влияние сроков сезонных перестроек на характеристики ЦЦА в последующие месяцы.

Таким образом, полученные в работе статистические характеристики средних значений, изменчивости и взаимосвязей декадных индексов циркуляции Каца, детализированные по широтным зонам, долготным секторам и уровням, отражающие общую картину динамики крупномасштабной циркуляции в тропо-стратосфере могут рассматриваться как обобщенная эмпирическая модель циркуляции внетропичес-ких широт северного полушария.

Основные результаты исследования опубликованы в следующих работах:

1. Исмагилов Н.В. 0 сезонных перестройках циркуляции в стратосфере северного полушария за 1977-1988 гг. // Изменчивость си-ноптико-циркуляционных процессов в атмосфере. Сб.науч.тр.- Казань.: Изд-во Казан.ун-та, 1992.- С.77-83.

2. Исмагилов Н.В. Межуровенные корреляционные связи индексов

циркуляции в тропосфере и стратосфере северного полушария // Мак-росиноптические процессы и состояние природной среды: СО.науч.тр.- Казань.: Изд-во Казан.ун-та, 1993.- С.32-38.

3. Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Шанталинский K.M. Центры действия атмосферы и их взаимосвязь с макроциркуляционными процессами северного полушария // Метеорология и гидрология.-1994.- N 3.- С.43-51.

4. Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В. О климатических изменениях индексов атмосферной циркуляции и их взаимосвязях // Анализ атмосферы: Межвуз.сб.науч.тр.- Пермь.- 1994.- С.34-43.

5. Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Шанталинский K.M. Центры действия атмосферы северного полушария // Атмосферная циркуляция, климат, загрязнение воздуха.- Казань.: Изд-во Казан.унта, 1994.- С.4-15.

6. Переведенцев Ю.П., Верещагин М.А., Исмагилов Н.В., Урма-нова А.Г., Шанталинский K.M. Климат как индикатор антропогенных воздействий на природную среду // Актуальные экологические проблемы республики Татарстан. Материалы I Респуб.научн.конф. Тезисы докл.- Казань, 1995.- С.34.

Соискатель

Исмагилов Н.В.