Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Тенденции изменения годового хода температуры и квазидвухлетней цикличности в атмосфере

ВАК РФ 04.00.23, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Тенденции изменения годового хода температуры и квазидвухлетней цикличности в атмосфере"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ АТМОСФЕРЫ им. А .М.ОБУХОВА

На правах рукописи

РГ6 од

О Н С;)' Елисеев Алексей Викторович

ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ГОДОВОГО ХОДА ТЕМПЕРАТУРЫ И КВАЗИДВУХЛЕТНЕЙ ЦИКЛИЧНОСТИ В АТМОСФЕРЕ

04.00.23 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: член-корреспондент РАН Мохов Игорь Иванович

Москва 1998

Работа выполнена в Институте физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН. Научный руководитель: член-корреспондент РАН

Мохов Игорь Иванович. Официальные оппоненты: доктор физико математических наук

Курганский Михаил Васильевич, кандидат физико-математических наук Рубинштейн Константин Григорьевич. Головная организация: Институт глобального климата и экологии

Защита диссертации состоится " I?" " ^с^^л^_1998 г.

в [ £ • ОО час. на заседании Специализированного Совета К003.18.01 Института физики атмосферы РАН (109017, Москва, Ж-17, Пыжевский пер.,

Д.З).

Автореферат разослан " ! ^ " .4 Къ/л^п_ 1998 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики атмосферы РАН.

Ученый секретарь Специализированного Совета ИФА РАН

кандидат географических наук /¡ЛСоСС^ъ Краснокутская Л.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.

Земная климатическая система (ЗКС) характеризуется изменчивостью, в том числе с временными масштабами от нескольких лет до нескольких десятилетий. Полный анализ изменений климата должен учитывать взаимодействие между различными климатическими модами с выделением естественных (собственных или вынужденных) и антропогенных климатических вариаций.

Анализ климатических вариаций с различными временными масштабами является составной частью ряда программ, в том числе международных. Среди них можпо упомянуть проекты по сравнению моделей общей циркуляции атмосферы АМТР, по исследованию климатической изменчивости и предсказуемости климата CLIVAR или по исследованию стратосферных процессов и их климатической значимости SPARC.

В данной работе рассматриваются характеристики (и тенденции их изменения) двух характерных мод изменчивости ЗКС: годового хода (ГХ) температуры атмосферы и квазидвухлетней цикличности (КДЦ).

Одной из характерных особенностей глобального потепления по данным для приповерхностной температуры Ts за последние более ста лет является общее уменьшение амплитуды годового хода (АГХ). Эта тенденция воспроизводится климатическими моделями (КМ), в том числе при глобальном потеплении вследствие увеличения содержания СОг в атмосфере. Аналогичная тенденция проявляется и в модельных экспериментах при увеличении солнечной постоянной. В то же время, температурные изменения в стратосфере в модельных экспериментах с изменением содержания СОг в атмосфере и солнечной постоянной принципиально различаются. Температурные изменения, в том числе изменения характеристик годового хода, в разных слоях атмосферы зависят, вообще говоря, от типа глобальных климатических изменений, в частности от типа антропогенных воздействий и относительной роли естественных и антропогенных вариаций климата. При этом тенденции

изменения характеристик годового хода температуры разных атмосферных слоев в разных регионах могут служить дополнительным индикатором общих изменений климата, использоваться при тестировании моделей и для диагностики механизмов климатических изменений.

Квазидоухлетняя цикличность является одной из характерных мод межгодовой изменчивости ЗКС и проявляется, в частности, в поле зонального ветра, а также в полях других климатических переменных, в том числе, в поле распределения озона, температуры, давленая. Наиболее известным примером проявления КДЦ является ритмичность поля зонального ветра в приэкваториальной нижней атмосфере, именуемой иногда "классической" или "чистой" КДЦ ("puie QBO"). Следует, однако, отметить, что во внетропических широтах двухлетняя цикличность климатических характеристик была выявлена еще в XIX веке задолго до открытия КДЦ в приэкваториальной стратосфере. Так, А.И.Воейков отмечал чередование теплых и холодных зим в северозападных и юго-восточных регионах России.

Квазидвухлетняя цикличность в приэкваториальной стратосфере (в поясе 15S-15N) существенно отличается от КДЦ в более высоких широтах. В первом случае ("чистое КДЦ") оно является четко выраженной модой климатической изменчивости. КДЦ же в средних и высоких широтах выделяется труднее, что может быть связано, например, с большой амплитудой годового хода климатических характеристик во внетропических широтах. Тем не менее, и вне тропиков КДЦ достаточно четко проявляется для различных климатических переменных. Амплитуды КДЦ, в частности температурной КДЦ, во внетропических и тропических широтах вполне сопоставимы.

Характеризуясь высокой степенью изменчивости амплитуды и периода, как приэкваториальная, так и внетропическая квазидвухлетняя цикличность является не чисто периодическим, а квазипериодическим явлением. Характеристики КДЦ, будучи, вообще говоря, связанными с крупномасштабными характеристиками полей климатических переменных, таких как поля температуры и облачности, могут отражать как глобальные климатические изменения (например, из-за антропогенных воздействий), так и локальные структурные особенности ЗКС, связанные с устойчивыми крупномасштабными климатическими образованиями.

Особенности проявления КДЦ могут быть связаны с процессами Эль-Ниньо, эффектами вулканических извержений. КДЦ также оказывает влияние на общий режим атмосферной циркуляции. Последнее связано, в частности, с влиянием квазидвухлетней цикличности зонального ветра в приэкваториальной нижней стратосфере на положение критической (для стационарных ультрадлишшх волн Россби) линии смены знака зонального потока и, следовательно, особенностей меридионального распространения таких волн.

В ряде работ был выявлен эффект сбоев КДЦ, которые связываются с крупномасштабными аномалиями атмосферной циркуляции, в частности, с блокирующими антициклонами. При этом в результате сбоев удлиняется характерный период квазидвухлетней цикличности. Отмечается также связь между срывами КДЦ в поле ветра в нижней приэкваториальной стратосфере и в поле геопотенциала. Причиной сбоев могут служить и аномалии стратосферных характеристик, например, внезапные стратосферные потепления. Сбои, будучи важной характеристикой КДЦ, до сих пор остаются слабо изученным явлением.

Следует отметить, что в различных работах спектральный диапазон квазидвухлетней цикличности определяется по разному, и его границы лежат в пределах от полутора до трех лет. Это связано, в частности, с наличием колебаний различного происхождения с периодами из этого диапазона, с влиянием сбоев на КДЦ.

Колебания с периодом, близким к двум годам, и оценки их влияния на климатические процессы были получены и в моделях общей циркуляции атмосферы. В ряде случаев оценка влияния КДЦ на процессы в атмосфере проводилась'при задании КДЦ в приэкваториальной нижней стратосфере.

К настоящему времени предложен ряд теоретических механизмов возбуждения КДЦ в атмосфере. В частности, в случае механизма параметрического резонанса (ПР) генерации квазидвухлетней цикличности, возможно существование определенной зависимости между возбуждаемой гармоникой (КДЦ) и вынуждающей силой (годовым ходом основных климатических переменных). Так, выявленное в ряде работ преобладание КДЦ над сушей по сравнению с океаном объяснить как результат относительной слабости годового хода над океаническими областями по сравнению с континентальными. При этом общее ослабление ГХ температуры у поверхности

и в тропосфере может приводить к соответствующему ослаблению (и даже срыву) КДЦ. Следует также отметить, что эффект модуляции квазидвухлетней цикличности за счет ГХ также может приводить (по крайпей мере, в принципе) к связи интенсивности КДЦ и ГХ и для других механизмов генерации КДЦ. Такая модуляция может быть связана с вариациями основных климатических переменных, влияющих на как на генерацию квазидвухлетней цикличности, так и на ее взаимодействие с другими климатическими модами. Подобная модуляция отмечалась, например, для КДЦ приэкваториальной нижней стратосферы или для КДЦ озона внетропических широт. Годовой ход климатических переменных играет важную роль и в механизме генерации КДЦ, учитывающем термодинамическое взаимодействие атмосферы и океана. Связь КДЦ с годовым ходом можно также связать с особенностями распространения ультрадаинных стратосферных волн Россби, которые наиболее интенсивны зимой, а летом существенно ослабляются.

Цель работы.

Целью данной работы является анализ тенденций изменения характеристик годового хода температуры атмосферы и квазидвухлетней цикличности климатических переменных, в том числе зонального ветра и температуры, при климатических изменениях. При этом использовались как эмпирические данные, так и результаты численных экспериментов с моделями различной сложности - от простейших энергобалансовых КМ до моделей общей циркуляции атмосферы (МОЦА). В частности, анализ тенденций изменения ГХ и КДЦ проводится с использованием результатов численных экспериментов с глобальной климатической моделью, разработанной в Институте физики атмосферы РАН (КМ ИФА РАН).

Наряду с глобальным анализом, внимание в данной работе уделяется анализу региональных особенностей, в частности, для региона Каспийского бассейна. Каспийское море, являясь крупнейшим материковым водным резервуаром, не имеет речных и подземных оттоков. Его водосбор занимает большую части территории восточной Европы. Все это позволяет связать характеристики гидрологического цикла в Каспийском бассейне (в частности,

колебания уровпя Каспия) с крупномасштабными особенностями климатической изменчивости. В ряде работ отмечалось проявление квазидвухлетней цикличности климатических перемешшх для этого региона, в том числе уровня Каспийского моря.

Анализ характеристик годового хода проводится в терминах его диапазона (размаха), амплитуд годовой и полугодовой гармоник и фазовых характеристик - моментов достижения температурой своего локального среднегодового значепия в годовом ходе и дайны интервала превышения (части годового цикла, когда температура выше своего среднегодового значения). Указанные величины анализируются в зависимости от среднегодового значения температуры. Тенденции изменения амплитудно-фазовых характеристик ГХ, выявленные по эмпирическим данным, сравниваются с результатами моделирования, как аналитического, так и численного.

Тенденции изменения характеристик квазидвухлетней цикличности в данной работе анализируются с использованием методов спектрального оценивания, а также с использованием метода циклов, основанпого на анализе фазовых портретов временных рядов. Такой анализ проводится с учетом результатов анализа ГХ температуры. Тенденции изменения, выявленные по эмпирическим данным, сравниваются с результатами анализа различных механизмов генерации КДЦ, в том числе механизма, учитывающего взаимодействие приэкваториальных волн с зональным потоком, и механизма термодинамического параметрического резонанса. Проводится также сравнение особенностей проявления КДЦ температуры атмосферы по эмпирическим данным и результатам экспериментов с численными моделями климата.

Научная новизна и основные результаты работы.

Проведен эмпирический анализ изменений амплитудно-фазовых характеристик годового хода температуры тропосферы и стратосферы в зависимости от среднегодового климатического режима.

С использованием энергобалансовых климатических моделей проведен анализ различных механизмов, приводящих к вариациям амплитудно-фазовых характеристик годового хода, в том числе антропогенного характера.

Проведен эмпирический анализ характеристик квазидвухлетней цикличности и тенденций их изменения в зависимости от климатического режима. При этом наряду с авторегресеионпым методом спектрального оценивания использован также метод циклов, включающий в себя анализ особенностей фазовых портретов временных рядов.

Проведен анализ особенностей проявления квазидвухлетней цикличности тропосферы и стратосферы для двух механизмов ее генерации: механизма, учитывающего взаимодействие приэкваториальных вертикально распространяющихся волн с зональным потоком и механизма термодинамического параметрического резонанса в атмосфере с годовым ходом климатических переменных. В последнем случае осуществлен как аналитический, так и численный подход к решению проблемы (с использованием глобальной численной модели климата ИФА РАН).

Результаты, полученные с помощью эмпирической диагностики и анализа простых моделей климатической изменчивости, используются для диагностики экспериментов с численными моделями климата, в том числе с моделями общей циркуляции ЕСНАМЗ и НАОАМ1 и глобальной климатической моделью ИФА РАН.

Практическая значимость.

Полученные результаты могут быть использованы для диагностики изменений климата и выделения механизмов межгодовой климатической изменчивости. Результаты также могут быть использованы для валидации различных климатических моделей, в том числе моделей общей циркуляции.

Апробация результатов.

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах. Кроме того они докладывались и обсуждались на XIX, XX, XXI и ХХП Генеральных ассамблеях Европейского геофизического общества, проходивших в Гренобле (Франция, 1994 г.), Гамбурге (ФРГ, 1995 г.), Гааге (Нидерланды, 1996 г.) и Вене (Австрия, 1997 г.) соответственно, на XXI Генеральной

б

ассамблее Международной союза по геодезии и геофизике (Боулдер, США, 1995 г.), Объединенной ассамблее Международной ассоциации метеорологии и атмосферных наук и Международной ассоциации физической океанологии (Мельбурн, Австралия, 1997 г.), Международной конференции по проблемам энергетического и водного циклов в Сибири в рамках проекта GAME (Москва, 1997 г.) и на семинарах Отдела климатических исследований ИФА РАН.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введепия, двух глав и заключения. Она содержит 119 страниц, в том числе список литературы из 170 наименований, 18 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы и перечислены основные этапы исследования.

Первая глава посвящена эмпирическому и модельному анализу амплитудно-фазовых характеристик годового хода температуры атмосферы. При этом внимание обращается как на диагностику тенденций их изменения в зависимости от среднегодового климатического режима, так и на анализ связи таких тенденций с различными механизмами климатической изменчивости и их использования для диагностики результатов численных экспериментов с моделями климата.

В разделе 1.1 проведен эмпирический анализ амплитудно-фазовых характеристик годового хода температуры атмосферы с использованием различных глобальных, региональных и локальных данных за последнее столетие. В подразделе 1.1.1 приведено описание температурных данных, использованных при анализе. В подразделе 1.1.2 приведены методика и результаты анализа годового хода температуры. Амплитудные характеристики годового хода рассматриваются в терминах его размаха, характеризующего

разность между экстремальными значениями температуры в годовом ходе и амплитуды первой гармоники для конкретного года. Фазовые характеристики рассматриваются в терминах полугодовой гармоники, а также моментов достижения температурой 0- и л-фаз в годовом ходе. Последние величины определяются как моменты прохождения температуры через свое среднегодовое значение весной и осенью соответственно. Рассматривается также длина интервала превышения - промежутка от момента 0- до момента л-фазы, когда температура превышает свое среднегодовое значение. Выявляются тенденции уменьшения размаха годового хода приповерхностной температуры и амплитуды ее годовой гармоники при росте среднегодовой температуры в целом и над сушей вне тропиков. Отдельные океанические регионы характеризуются ростом размаха годового хода у поверхности при среднегодовом потеплении. Выявляется также тенденция роста размаха годового хода температуры нижней стратосферы высоких широт при росте среднегодовой температуры у поверхности. Над Евразией проявляется положительная корреляция амплитуды полугодовой гармоники температуры воздуха у поверхности со среднегодовой температурой. Эта тевденция связана с тенденциями изменения фазовых характеристик годового хода. Так: при росте среднегодовой температуры над Евразией наблюдается смещение момента наступления 0-фазы годового хода у поверхности к концу года, а л-фазы - к его началу, сопровождающиеся укорочением интервала превышения. Особенности таких тенденций выявляются в регионе зимнего Сибирского антициклона, где при росте среднегодовой приповерхностной температуры наблюдается уменьшение амплитуды полугодовой гармоники и смещение 0-фазы (гс-фазы) годового хода у поверхности к его началу (концу).

В разделе 1.2 приводятся результаты моделирования глобальных и региональных, (в том числе для региона Каспийского бассейна) тенденций изменения амплитудно - фазовых характеристик годового хода температуры. В подразделе 1.2.1 проведен качественный линейный анализ влияния различных климатических возмущений (в том числе антропогенного характера) на амплитудно-фазовые характеристики годового хода температуры атмосферы. Анализ для температуры у поверхности проведен с помощью энергобалансовой модели, учитывающей вариации альбедо и потока уходящей длинноволновой

радиации в годовом ходе и при климатических изменениях. В том числе отмечено, что общую тенденцию уменьшения размаха ГХ над сушей можно описать, учитывая обратную связь приповерхностная температура - планетарное альбедо. Такая модель также позволяет связать положительную корреляцию размаха ГХ и среднегодовых значений приповерхностной температуры над океаном с влиянием роста содержания СОг в атмосфере на поток уходящей длинноволновой радиации (в предположении постоянства альбедо над океаном). Чувствительность амплитудно-фазовых характеристик годового хода температуры у поверхности к изменению ее среднегодовых значений связывается также с вариациями облачности в годовом ходе и межгодовой изменчивости. Анализ чувствительности размаха годового хода температуры стратосферы проведен с использованием радиационной модели изменения теплосодержания стратосферы. В подразделе 1.2.2 приводятся результаты численного моделирования тенденций изменения амплитудно-фазовых характеристик годового хода по глобальпым климатическим моделям. Глобальный анализ годового хода произволен с помощью численной модели климата ИФА РАН. Подобный региональный анализ на примере Каспийского региона проведен с использованием результатов моделей общей циркуляции атмосферы ЕСНАМЗ и HADAM1 для численных экспериментов с заданной температурой поверхности океапа за последние несколько десятилетий.

В разделе 1.3 проводится обсуждение результатов главы 2. В частности, проведено сравнение результатов анализа эмпирических данных, качественного анализа ГХ с использованием энергобалансовых моделей климата, а также диагностика численных экспериментов с КМ ИФА РАН и моделями общей циркуляции атмосферы ЕСНАМЗ и HAD AMI. В том числе отмечено, что уменьшение размаха годового хода и амплитуды годовой - гармоники приповерхностной температуры пад сушей, которые можно связать с влиянием положительной обратной связи планетарное альбедо - приповерхностная температура, удовлетворительно воспроизводятся КМ ИФА РАН и МОЦА ЕСНАМЗ и HAD AMI. В численных экспериментах с КМ ИФА РАН проявляется максимизация амплитуды полугодовой гармоники вблизи среднегодовой границы снежно-ледового покрова, связанная с межгодовой миграцией последней. При удвоении содержания С02 в атмосфере КМ ИФА

РАН в целом воспроизводит тенденцию уменьшения амплитуды полугодовой гармоники температуры воздуха у поверхности над северной Евразией, выявленную по эмпирическим данным в межгодовой изменчивости. Различия тенденций изменения фазовых характеристик годового хода приповерхностной температуры в численных экспериментах с климатическими моделями можно связать в том числе с влиянием отличия модельного годового хода облачности от наблюдаемого.

Глава 2 посвящена эмпирическому и модельному анализу характеристик квазидвухлетней цикличности (КДЦ) земной климатической системы. При этом внимание уделяется выявлению тенденций изменения характеристик КДЦ в зависимости от фонового климатического режима по эмпирическим данным и модельным результатам. В последнем случае, наряду с задачей исследования особенностей генерации КДЦ в различных климатических моделях, ставится также задача взаимного сравнения механизмов возбуждения КДЦ.

В разделе 2.1 проведен обзор различных механизмов генерации КДЦ, в частности, ее генерация озонным циклом, который имеет тот же период; механизм, где КДЦ возбуждается за счет взаимодействия приэкваториальных вертикально распространяющихся волн с зональным потоком; механизмы генерации КДЦ вследствие термодинамического или динамического взаимодействия атмосферы и океана, а также из-за параметрического резонанса в атмосфере, который может иметь как динамическую, так и термодинамическую природу. При этом отмечается, что в настоящее время затруднительно отдать предпочтение какому-либо механизму генерации КДЦ. В частности, КДЦ вне тропиков не может быть объяснена как результат адвекции и диффузии из низких широт.

В разделе 2.2 проведен эмпирический анализ характеристик квазидвухлетней цикличности у поверхности, в тропосфере и стратосфере и тенденций их изменения в зависимости от фонового климатического режима и интенсивности годового хода температуры. В разделе 2.2.1 проводится спектральный анализ глобальных, полушарных, зональных и региональных данных для температуры разных слоев атмосферы. При этом использовался авторегрессионный метод оценивания спектральной плотности, разработанный в ИФА РАН. В частности, выявлена тенденция уменьшения амплитуды КДЦ

температуры у поверхности и в тропосфере при общем приповерхностном потеплении, сопровождающимся уменьшением размаха годового хода температуры над сушей. Такая тенденция выявляется для временных подпериодов, характеризующихся малой величиной долгопериодных (трендовых) изменений температуры. В частности, подобная тенденция выявляется для региона Каспийского бассейна. Следует также отметить, что в целом КДЦ температуры более четко проявляется над сушей с большей величиной размаха годового хода, чем над океаном, где интенсивность годового хода меньше. Внетропическая стратосфера характеризуется ростом амплитуды КДЦ при приповерхностном потеплении. В разделе 2.2.2 проводится диагностика особенностей КДЦ зонального ветра и температуры приэкваториальной нижней стратосферы с использованием метода, включающего в себя анализ фазовых портретов временных рядов. Такой метод позволяет, в частности, диагностировать сбои квазидвухлетней цикличности. Для ряда стратосферных слоев выявлена статистически значимая положительная корреляция между амплитудой и периодом КДЦ.

В разделе 2.3 проводится модельный анализ особенностей проявления квазидвухлетней цикличности для отдельных механизмов се генерации и численных экспериментов с глобальными климатическими моделями. В подразделе 2.3.1 проводен качественный лилейный анализ связи амплитуды и периода КДЦ для однослойной модели, учитывающей взаимодействие вертикально распространяющихся приэкваториальных волн с зональным потоком. Выявленная по эмпирическим данным положительная корреляция между амплитудой и периодом КДЦ может проявляться в такой модели при определенных ограничениях на параметры волнового форсинга. В частности, необходима достаточно сильная чувствительность амплитуды квазидвухлетней цикличности к величине волнового форсинга на уровне тропопаузы. В подразделе 2.3.2 проводится подробное описание механизма генерации КДЦ в тропических и внетропических широтах за счет термодинамического параметрического резонанса для связанной системы тропосфера-стратосфера с годовым ходом климатических переменных. Принципиальная возможность реализации такого механизма возможна в связанной системе из тропосферы и стратосферы при учете обмена теплом и влагой между ними. При этом

рассматривается также чувствительность характеристик КДЦ к вариациям внешних параметров, в том числе из-за антропогенных воздействий. Качественный линейный анализ связи периода и амплитуды КДЦ в такой модели выявил принципиальную возможность положительной корреляции между ними при определенных сценариях изменения радиационно-активных компонент тропосферы и стратосферы. В частности, она возможна при увеличении содержания углекислого газа в атмосфере и уменьшении содержания стратосферного озона. При численной реализации механизма термодинамического параметрического резонанса в модели ИФА РАН квазидвухлетняя цикличность выявляется, в основном, над сушей в согласии с эмпирическими данными. При этом учет потоков тепла динамической природы между тропосферой и стратосферой приводит к генерации КДЦ не только вблизи экватора, как в более ранних работах, посвященных механизму термодинамического ПР, но и в средних и высоких широтах. Особенности проявления КДЦ в модели связаны с характерными пространственно-временными климатическими структурами, в том числе с центрами действия и регионами активной циклонической деятельности. В численных экспериментах с удвоенным содержанием углекислого газа в атмосфере в большинстве регионов КДЦ ослабляется и даже исчезает. Эти тенденции находятся в качественном согласии с результатами эмпирического анализа тропосферных данных в межгодовой изменчивости. Различия модельных и эмпирических тенденций изменения интенсивности КДЦ во внетропической стратосфере можно связать как с различием чувствительности КДЦ в зависимости от типа климатических изменений, так и с недостаточным вертикальным разрешением модели, приводящей к чрезмерно жесткой связи между тропосферой и стратосферой. В подразделе 2.3.3 проводится анализ особенностей проявления межгодовой изменчивости по моделям общей циркуляции ЕСНАМЗ и НА1ЭАМ1 для Каспийского региона в тех же численных экспериментах, которые анализировались в разделе 1.2. При этом отмечается, что квазидвухлетняя цикличность температуры данного региона в модельных экспериментах отсутствует, спектры характеризуются пиками, соответствующими периодам 4-5 лет. Однако оказывается возможным выявить КДЦ осадков в модели ЕСНАМЗ для отдельных временных периодов.

В разделе 2.4 проводится обсуждение результатов главы 2. В частности, проводится сравнение результатов диагностики КДЦ по эмпирическим данным и анализа отдельных механизмов генерации квазидвухлетней цикличности, таких как механизм, учитывающий взаимодействие приэкваториальных вертикально распространяющихся волн с зональным потоком, и механизма термодинамического ПР. При численной реализации последнего в климатической модели ИФА РАН особенности проявления КДЦ для современного климата в целом согласуются с наблюдениями, а при удвоении содержания СОг в атмосфере в большинстве регионов квазидвухлетняя цикличность ослабляется и даже исчезает. В тропосфере это согласуется с результатами анализа эмпирических данных в межгодовой изменчивости. Диагностика результатов численных экспериментов с моделями общей циркуляции ЕСНАМЗ и НАПАМ1 не позволяет связать межгодовые вариации климата в Каспийском регионе (в том числе КДЦ осадков для ЕСНАМЗ) ни с влиянием квазидвухлетней цикличности в приэкваториальной нижней стратосфере на климатический режим высоких широт, ни с локальной генерацией КДЦ за счет известных механизмов. В то же время, межгодовая изменчивость над Каспийским водосбором может быть связана с аномалиями температуры поверхности океана, в том числе тропической. В частности, проявление КДЦ осадков над водосбором Каспия для ЕСНАМЗ можно рассматривать как модельный отклик на одну из мод процесса Эль-Ниньо, имеющей период около двух лег.

В заключении приводятся основные выводы диссертационной работы. 1. По результатам анализа эмпирических данных наряду с уменьшением размаха годового хода приповерхностной температуры над сушей и амплитуды ее годовой гармоники выявляются тенденции роста размаха годового хода приповерхностной температуры при общем потеплении, в том числе для отдельных океанических регионов. Качественный линейный анализ энергобалансовой климатической модели позволяет связать подобные тенденции над сушей средних и высоких широт с зависимостью планетарного альбедо и потока уходящей длинноволновой радиации от приповерхностной температуры и проявляются, в частности, при увеличении содержания парниковых газов в атмосфере. Над океаном тенденции роста размаха годового

хода приповерхностной температуры можно связать с ростом содержания парниковых газов в атмосфере и вариациями облачности. Для температуры стратосферы за последние десятилетия характерна тенденция усиления годового хода ее температуры в высоких широтах при потеплении у поверхности (сопровождающимся выхолаживанием стратосферы).

2. Согласно результатам анализа станционных данных для Евразии в целом выявляется тенденция уменьшения амплитуды полугодовой гармоники температуры воздуха у поверхности при локальном среднегодовом потеплении. Кроме того, в целом выявляются тенденции более позднего наступления 0-фазы приповерхностной температуры и более раннего - я-фазы при средаеговом потеплении. Эти тенденции также можно связать с влиянием обратиой связи альбедо-температура. Тенденции, обратные указанным, которые также проявляются по результатам эмпирического анализа, мотуг быть связаны с нелинейными особенностями влияния обратной связи между приповерхностной температурой и планетарным альбедо и особенностями влияния внутри- и межгодовых вариаций облачности на фазовые характеристики годового хода.

3. Тенденции уменьшения размаха годового хода приповерхностной температуры и амплитуды годовой гармоники воспроизводятся глобальной моделью ИФА РАН в численном экспериментах с удвоенным содержания углекислого газа в атмосфере. При этом также в целом воспроизводится и тенденция уменьшения амплитуды полугодовой гармоники приповерхностной температуры при среднегодовом потеплении над территорией Евразии. В то же время тенденция усиления амплитуды полугодовой гармоники над регионом зимнего Сибирского антициклона в модельных экспериментах не проявляется. Тенденции изменения фазовых характеристик годового хода приповерхностной температуры атмосферы для модели в целом характеризуются смещением момента достижения 0-фазы приповерхностной температурой атмосферы в годовом ходе к началу года, а л-фазы - к его концу в СП. Это не согласуется с результатами анализа эмпирических данных в межгодовой изменчивости. Отличия изменения амплитуды полугодовой гармоники приповерхностной температуры атмосферы и фазовых характеристик ее годового хода по климатической модели ИФА РАН и по эмпирическим данным (в том числе для региона зимнего Сибирского антициклона) можно связать как с описанием

динамических процессов в модели, так и с особенностями проведенных численных экспериментов.

4. Региональные особенности изменения амплитудных характеристик годового хода приповерхностной температуры для Каспийского бассейна в целом удовлетворительно воспроизводятся моделями общей циркуляции атмосферы ЕСНАМЗ и HAD AMI в экспериментах с заданной в соответствии с наблюдениями (за последние пятьдесят лет) температурой поверхности океана. Различия связи фазовых характеристик годового хода со среднегодовым климатическим режимом между численными экспериментами с использованными моделями и эмпирическим анализом могут быть связаны с отличиями годового хода облачности от наблюдаемого.

5. По эмпирическим данным в целом выявляется тенденция ослабления квазидвухлетней цикличности температуры у поверхности и в тропосфере при общем приповерхностном потеплении, сопровождающимся уменьшением размаха годового хода приповерхностной температуры. Внетропическая стратосфера характеризуется увеличением амплитуды КДЦ температуры при приповерхностном потеплении. В тропической стратосфере выявляется положительная корреляция амплитуды и периода КДЦ зонального ветра.

6. Аналитически показана возможность генерации КДЦ в атмосфере механизмом термодинамического параметрического резонанса с годовым ходом климатических переменных при учете переноса тепла в атмосфере. При этом, в отличие от более ранних работ, посвящешшх такому механизму, где учитывался лишь перенос энергии атмосферной радиацией, квазидвухлетняя цикличность проявляется не только в тропической области, но и в средних и высоких широтах обоих полушарий. Для такой модели выявляется высокая чувствительность характеристик КДЦ к радиационным параметрам стратосферы. При численной реализации механизма термодинамического параметрического резонанса в модели ИФА РАН особенности проявления квазидвухлетней цикличности в целом согласуются с результатами анализа эмпирических данных. В экспериментах с удвоенным содержанием углекислого газа в атмосфере КДЦ в большинстве регионов ослабляется и даже исчезает. В тропосфере это находится в качественном согласии с результатами анализа эмпирических данных в межгодовой изменчивости. Различие модельных и

эмпирических тенденций изменения КДЦ в стратосфере можно связать как с недостаточным вертикальным разрешением модели ИФА РАН, ■ так и с . особенностью изменения характеристик КДЦ в зависимости от типа климатических вариаций.

7. Выявленная по эмпирическим данным положительная корреляция амплитуды и периода КДЦ в приэкваториальной нижней стратосфере может быть воспроизведена, по крайней мере в принципе, как моделью, учитывающей взаимодействие приэкваториальных волн с зональным потоком, так и моделью, в которой квазидвухлетняя цикличность генерируется механизмом термодинамического параметрического резонанса. В первом случае положительную корреляцию амплитуды и периода КДЦ можно связать с вариацией параметров волнового форсинга. Во втором она связывается с вариациями различных радиационно-активных компонент атмосферы и реализуется при определенных ограничениях на сценарии их изменения.

8. Модели общей циркуляции атмосферы ЕСНАМЗ и HAD AMI не воспроизводят КДЦ приповерхностной температуры для Каспийского региона в эксперименте с заданной температурой поверхности океана за последние несколько десятилетий. Спектральная плотность температуры над водосбором Волги и Урала характеризуется пиками на периодах 4-5 лет. Тем не менее, для отдельных временных периодов выявляется КДЦ, осадков над водосбором Каспия в эксперименте с моделью ЕСНАМЗ.

Основное содержание работы опубликовано в:

1. Mokhov I.I., Bezverkhny V.A., Eliseev A.V., Petukhov V.K., Senatorsky A.O. Intra-Decadal Climate Oscillations: Global and Regional Tendencies of Change // Ann. Geophys. 1994. V.l 1. Suppl.H. P.C529.

2. Eliseev A.V., Mokhov I.I., Petoukhov V.K., Frolkis VA., Rozanov E.V. Estimation of Contribution of Different Physical Processes to Entropy Exchange and Production Rates at Different Scenarios of Climate Change and in Natural' Variability. //Ann. Geophys. 1995. V.13. Suppl.n. P.C359.

3. Mokhov I.I., Bezverkhny V.A., Eliseev A.V., Petukhov V.K. Quasi-biennial climate oscillations: Global and regional tendencies of change / IUGG XXI

General assembly. Abstracts. 1995. International Union on Geodesy and Geophysics. Boulder. CO. P.B259.

4. Bezverkhny V.A., Eliseev A.V., Mokhov I.I., Petoukhov V.K., Semenov V.A. Quasi-biennial temperature oscillations: Global and regional tendencies of change // Ann.Geophys. 1996. V.l4. Suppl.H. P.C545.

5. Mokhov I.I, Eliseev A.V.. Equatorial stratospheric zonal wind QBO evolution: Diagnostics using method of cycles / Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling Staniforth A. (ed.). WMO/TD no.792. CAS/JSC WGNE. World Meteorological Organization. Geneva. 1997. P.2.33-2.34.

6. Mokhov I.I., Eliseev A.V. Equatorial lower stratospheric quasi-biennial oscillations: Tendencies of change //Ann. Geophys. 1997. V.15. Suppl.n. P.C485.

7. Mokhov I.I., Eliseev A.V., Vakalyuk N.Yu. Phase-amplitude characteristics of radiation, cloudiness and temperature in the annual cycle: Tendencies of change / Joint Assemblies Int. Assoc. Meteor. Atmos. Sci. and Int. Assoc. Phys. Sci. Oc. Abstracts. Melbourne. 1997. P.IM5-5.

8. Мохов И.И., Елисеев A.B, Тенденции изменения характеристик годового хода температуры тропосферы и стратосферы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т.ЗЗ. N.4. С.452-463.

9. Мохов И.И., Безверхний В.А., Елисеев А.В. Квазидвухлетняя цикличность температурного режима атмосферы и тенденции ее изменения И Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т.ЗЗ. N.5. С.579-587.

10.Mokhov, I.I., Petukhov V.K., Eliseev A.V., Semenov V.A. Multiscale diagnostics of water and energy cycles in Asia (Siberia) from observations and mode] simulations // The Second International Workshop on Energy and Water Cycle in Siberia and GAME. Abstracts. Institute of Geography RAS. Moscow. 1997. P.32-33

11.Елисеев A.B., Мохов И.И., Петухов B.K. Моделирование квазидвухлетней цикличности температуры атмосферы и тенденции ее эволюции при климатических изменениях // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т.ЗЗ. N.6.' С.733-742.

12.Мохов И.И., Елисеев А.В. Тенденции изменения характеристик квазидвухлетней цикличности зонального ветра и температуры

приэкваториальной нижней стратосферы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана (принята к публикации).

13.Eliseev A.V. Surface air temperature annual cycle harmonics: Diagnostics from observational data and LAP RAS climate model simulations / Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modeling. Staniforth S. (ed.). 1998. (in press).

14.Mokhov II, Eliseev A.V., Vakalyuk N.Yu. Phase characteristics of SAT annual cycle: Tendencies of change from observations and model simulations / Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modeling. Staniforth S. (ed.). 1998. (in press).

Издательство АО "Диалог-МГУ". ЛР № 063999 от 04.04.95 г. Подписано к печати 09.01.98 г. Усл.печ.л. 1,25. Тираж 80 экз. Заказ 025. Тел. 939-3890, 939-3891,928-1042. Факс 939-3893. 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ.