Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Влияние северо-атлантического колебания в океане на формирование летних условий погоды в Европе

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Влияние северо-атлантического колебания в океане на формирование летних условий погоды в Европе"

1^0

На правах рукописи УДК 551.509.33:551.465.7 (261.1)

Лаврова Ирина Викторовна

ВЛИЯНИЕ СЕВЕРО-АТЛАНТИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИЯ В ОКЕАНЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЛЕТНИХ УСЛОВИЙ ПОГОДЫ В

ЕВРОПЕ

25.00.30 - метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт - Петербург 2009

003471763

Работа выполнена в Российском государственном гидрометеорологическо университете

Научный руководитель: Доктор географических наук, профессор Угрюмое Александр Иванович Официальные оппоненты: Доктор географических наук, профессор

Смирнов Николай Павлович Кандидат географических наук

Цепелев Валерий Юрьевич Ведущая организация:

Арктический и антарктический научно-исследовательский институт

Защита состоится 14 мая 2009 г. в 15 часов 30 минут на заседани Диссертационного совета Д.212.197.01 при Российском государственно гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, Сан Петербург, Малоохтинский пр., 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российско государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан «_/7_» стрела 2009 г.

Председатель

Диссертационного совета, ~—

доктор физ-мат. наук, профессор ^. -Белоцерковский A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Актуальность направления исследования заключается в чрезвычайной важности заблаговременного прогноза благоприятных и неблагоприятных условий погоды для многих отраслей хозяйства и экономики: сельскохозяйственное производство, топливно-энергетический комплекс, коммунальное хозяйство, транспорт и др. Особенно важной является информация о возможности возникновения атмосферных засух, а также обратного явления -избыточное увлажнение, так как они наносят огромный экономический ущерб. В последние годы проблема прогноза длительных засух, а также периодов избыточного увлажнения возрастает, т.к. наблюдающееся потепление климата нашей планеты, вне зависимости от его генезиса, способствует, по мнению ряда ведущих специалистов, увеличению повторяемости экстремальных явлений погоды.

Известно, что Атлантический океан является основным очагом формирования морского воздуха, поступающего на континент Европы. Колоссальные запасы тепла, аккумулированные океаном, имеют важное значение в трансформации перемещающегося над ним воздуха. Интенсивная трансформация воздуха над океаном, охватывающая всю тропосферу, и наличие мощных океанических течений, обуславливающих существенное перераспределение океанического тепла, позволяют объяснить возникновение как

/

климатических, так и аномальных особенностей атмосферных макропроцессов. Процессы, которые приводят к формированию экстремальных условий засушливости и избыточного увлажнения на территории Европы, относятся к аномальным и вполне могут быть результатом крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы.

В результате работы над диссертационным исследованием был предложен количественный показатель 8АТк, характеризующий

согласованные колебания в поле температуры поверхности северной части Атлантического океана. Полученные в работе асинхронные статистические связи между данным показателем теплового режима Атлантического океана в зимний период и летними аномалиями условий засушливости и избыточного увлажнения на территории Европы позволяют оценить роль океана в формировании аномальных условий летней погоды и осуществить в дальнейшем их прогноз. Поэтому исследования по данной тематике представляются весьма актуальными и практически значимыми.

Цель диссертационной работы

Исследовать влияние теплового состояния Северной Атлантики на формирование летних экстремальных условий погоды на территории Европы.

Для достижения этой цели решались следующие задачи: 1. Выявление информативных районов Северной Атлантики в

рамках концепции Северо-Атлантического колебания.

2. Определение количественного показателя ЗАТ^, данного колебания в поле температуры поверхности Северной части Атлантического океана.

3. Исследование показателей экстремальных погодных условий летнего периода в Европе, определение интенсивности и периодичности их межгодовых изменений, а также климатического тренда, особенно в связи с феноменом глобального потепления климата последних десятилетий.

4. Установление асинхронных статистических связей между зимними показателями Северо-Атлантического колебания в океане (аномалии температуры воды) и показателями экстремальных условий летней погоды в Европе.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Районирование полей аномалии температуры поверхности океана (ТПО) в Северной Атлантике.

2. Показатель Северо-Атлантического колебания в океане 8АТн,, как

разность аномалии ТПО в информативных районах Северной Атлантики.

3. Оценка взаимосвязи Северо-Атлантического колебания в океане (¿>АТ„) и атмосфере (ЫАО).

4. Оценка влияния Северо-Атлантического колебания в океане (ЗАТп) на ледовитость западного сектора Арктики.

5. Классификация показателя засухи и избыточного увлажнения по Педю, анализ его межгодовых и климатических изменений.

б. Оценка влияния Северо-Атлантического колебания в океане на формирование экстремальных условий летней погоды в Европе.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые предложен численный показатель СевероАтлантического колебания в океане (¿>ATW).

2. Установлена связь между показателем Северо-Атлантического колебания в океане (ÓATW) и Северо-Атлантическим колебанием в

атмосфере (NAO).

3. Установлена связь между показателем Северо-Атлантического колебания в океане (¿>ATW) и площадью ледяного покрова в западном секторе Арктики.

4. Выполнена оценка статистической связи показателя SáTw в

зимний сезон и формирования летних условий засушливости на территории Европы.

Обоснованность и достоверность результатов

Обоснованность и достоверность подтверждается большим объемом эмпирического материала, современными методами обработки данных, корректными оценками значимости полученных количественных результатов.

Практическая значимость работы

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с плановой тематикой РГГМУ (в рамках темы «Циклические процессы в системе океан-атмосфера и их влияние на формирование аномалий погоды и климата»). Полученные результаты могут быть в дальнейшем использованы для совершенствования существующих и разработки новых методов долгосрочного прогноза засушливых и избыточно увлажненных условий в летний период на территории Европы. Предложенный показатель Северо-Атлантического колебания в океане характеризующий распределение

аномалий ТПО в информативных районах, позволяет оценить степень аномальности теплового состояния Северной Атлантики и использовать полученную информацию для долгосрочных прогнозов ледовых условий в западном секторе Арктики, направления перемещения воздушных масс в Атлантико-Европейском секторе Северного полушария.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы докладывались на семинаре кафедры метеорологических прогнозов РГГМУ (2008), на итоговой сессии Ученого совета РГГМУ по направлению метеорология (2008), а также на итоговой сессии Ученого совета РГГМУ по направлению океанология (2009), и на итоговой сессии Ученого совета РГГМУ по направлению метеорология (2009).

По теме диссертации опубликованы 3 научные работы (одна - в печати).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, вывода и списка литературы. Общий объем работы составляет 103 страницы, включая 40 рисунков и 9 таблиц. Список литературы составляет 86 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении сформулирована научная проблема, актуальность ее решения, цель и задачи работы, защищаемые положения и их практическое значение.

Глава 1. Северо-Атлантическое колебание и его проявления в океане и атмосфере

В начале первой главы дается обзор работ, в которых рассматриваются модели оппозиции колебаний температуры воды Северной Атлантики. Особое внимание уделено моделям Я. Сандстрема и А.И. Дуванина.

Приводятся результаты районирования поля аномалии ТПО в Северной Атлантике для зимнего (январь - март) и летнего (июнь -август) периодов. Полученные районы согласуются с расположением основных водных масс и течений. Выделены 2 информативных района, которые имеют достаточно сильную отрицательную корреляционную связь (рис. 1, 2). Это 1-й район - зона смешения вод Восточно-Гренландского, Северо-Атлантического течений и течения

Ирмингера, 2-й район - Норвежское теплое течение. Также рассчитаны положения центров 1 -го и 2-го информативных районов и значения аномалий ТПО в этих районах для каждого месяца с января по декабрь.

■В - центры информативных районов;

I__- зона статистически значимых коэффициентов

корреляции на уровне 0.95. Рис. 1. - Поля коэффициентов корреляции между аномалиями ТПО в 1 -м (а) и 2-м (б) информативных районах и аномалиями ТПО на акватории Северной Атлантики за период с января по март

/00',. л .90 ВО 70 60 50

<0 0 Ю 20 30 40.. я. 50

- центры информативных районов;

- зона статистически значимых коэффициентов корреляции на уровне 0.95.

Рис. 2. - Поля коэффициентов корреляции между аномалиями ТПО в 1 -м (а) и 2-м (б) информативных районах и аномалиями ТПО на акватории Северной Атлантики за период с июня по август

При сравнении зимнего и летнего периодов отмечается изменение положения 1-го и 2-го информативных районов: небольшое смещение 1 -го района к югу; 2-й район смещается на север (из Северного моря в Норвежское).

Предложен численный показатель Северо-Атлантического колебания в океане дАТ.,:

¿АТ, = ДГ, - АТ,,

(1)

который представляет собой разность аномалий ТПО в районе 2 (АТ2, теплые течения) и в районе 1 (АГР холодные течения). При ЗАТ№>О отмечается общее усиление течений и соответствующей им адвекции температуры воды. При ЗАТК<0 отмечается снижение интенсивности

океанической циркуляции.

Выполнено исследование многолетних изменений показателя Северо Атлантического колебания в океане &АТК и аномалии ТПО в

1-, 2-м информативных районах для периода январь-март и июнь-август. Получено, что линейный тренд показателя СевероАтлантического колебания за период с 1940 по 2008 гг. в океане в зимний сезон положительный. При этом на фоне положительного тренда отмечались циклические колебания ЗАТы с переменным

периодом. Летом показатель Северо-Атлантического колебания имеет небольшой положительный тренд, и в отличие от зимнего сезона испытывает более ярко выраженные двадцати - тридцатилетние флуктуации.

Исследована продолжительность сохранения аномалии ТПО в информативных районах. Анализ результатов показал, что для зимних аномалий ТПО продолжительность сохранения составляет в среднем 3-5 месяцев. В мае начинается летний период длительного сохранения температурных аномалий. Так, аномалии апреля, сохраняются максимум до июля (3 месяца), а майские аномалии прослеживаются до ноября (6 месяцев). При сравнении продолжительности сохранения аномалии ТПО в отдельных

информативных районах показано, что зимняя аномалия ТПО немного дольше сохраняется в 1 -м районе, чем во 2-м.

Выполнен анализ показателей Северо-Атлантического колебания в атмосфере (NAO). В качестве характеристики NAO использованы разности давления на различных станциях за различные периоды осреднения, предложенные Н.П. Смирновым, В.Н. Воробьевым и С.Ю. Качановым: разность давления между Азорскими островамь (Понта-Делгада) и Исландией (Акюрейри) (с декабря по февраль), (NAOi); разность давления между пунктами Лиссабон (Португалия) и Стиккисхоульмюр (Исландия) (с декабря по март), (NA02); разность между непосредственными центрами действия атмосферы азорским максимумом и исландским минимумом (NAO3); разность давления в узлах сетки на строго фиксированном меридиане 30° з.д. в точках с координатами 45° с.ш. и 60° с.ш., (NA04). А также NAOo6u, - первая главная компонента разложения, описывающая 84% общей дисперсии четырех исходных рядов. И индексы Восточно-Канадского и СевероЕвропейского колебания как разности давления в узлах координатной сетки для зимы над северной частью моря Баффина (65° с.ш., 50° з.д., и 65° с.ш., 60° з.д.) (East Canadian Oscillation - ECO) и южной частью Норвежского моря (60° с.ш., 0° з.д., и 60° с.ш., 10° з.д.) (North European Oscillation - NEO).

Показано, что наиболее сильная связь наблюдается между показателем Северо-Атлантического колебания в океане SATW и

индексами NA02 и NAOo6lIl. Корреляционная связь между индексами Северо-Атлантического, Восточно-Канадского колебаний и аномалиями ТПО во 2-м районе положительная, а в 1-м районе -

отрицательная. А с индексами Северо-Европейского колебания в атмосфере в целом существует обратная связь.

Полученные связи свидетельствуют о том, что СевероАтлантическое колебание в атмосфере и океане представляет собой единый процесс. Усиление западно-восточного переноса над океаном (ИАОг и ЫА00бщ больше нормы) приводит к интенсификации течений и формированию положительных аномалий температуры воды в теплых течениях и отрицательных - в холодных течениях.

Выполнено сравнение полей синхронных коэффициентов корреляции между индексом ОД00бЩ и полем аномалии ТПО для периодов январь-март и июнь-август. Показано, что в зимний период область с минимальными значениями коэффициентов корреляции наблюдается у юго-западных берегов Гренландии, что соответствует положению 1 -го информативного района. Области с положительными коэффициентами корреляции расположены у юго-восточных берегов Северной Америки, в системе течений Гольфстрима, и у западных берегов Европы, вблизи 2-го информативного района.

Установлено влияние Северо-Атлантического колебания в океане в зимний период (январь-март) на ледовитость в западном секторе Арктики. Показано что существует отрицательная корреляционная связь между характеристикой сплоченности ледяного покрова и зимним показателем ЗАТК, а максимальное значение приходиться на

апрель месяц. Это означает, что при усилении Северо-Атлантического колебания в океане, усиливается адвекция тепла в системе теплых течений Северной Атлантики в полярные широты. Что в свою очередь приводит к уменьшению количества льда в западном секторе

Арктики. При ослаблении Северо-Атлантического колебания происходит обратный процесс увеличения количества льда в Арктическом бассейне.

Глава 2. Экстремальные условия летней погоды на Европейской территории России

Во второй главе рассматриваются индексы засушливости и избыточного увлажнения по Педю (5|) и Палмеру (РОБГ).

Выполнена классификация полей 5] отдельно для двух временных отрезков с 1940 по 1979 гг. и с 1960 по 2000 гг., что позволило оценить повторяемость и разновидности экстремальных условий летней погоды для периода глобального похолодания климата (с 1940 по 1979 гг.) и периода современного его потепления (с 1960 по 2000 гг.). Классификация полей Б; выполнялась в два этапа: 1) с помощью древовидной кластеризации; 2) методом к-средних

Классификация полей для периода май-июнь позволила выделить 3 типа экстремального состояния погоды. Установлено, что засухи ($¡>2) на Европейской территории России (ЕТР) формируются при частой повторяемости форм Ц и В атмосферной циркуляции по А.Л. Кацу (высотный гребень нал ЕТР). Показано, что при переходе от периода глабального похолодания (с 1940 по 1979 гг.) к глобальному потеплению климата (с 1960 по 2000 гг.) резко возросла повторяемость засушливых условий на 48.4% (с 20 % до 68.4 %),.Одновременно уменьшилось число лет с избыточным увлажнением на 21.4 % (с 42.5 % до 21.1 %). Таким образом, несмотря на то, что последнее глобальное потепление климата обнаруживается, главным образом, в холодный период года, в первой половине лета

(май-июнь) этого периода тоже возрастает повторяемость экстремальных (засушливых) условий погоды.

В результате классификации 51 месяцев июль-август периодов 1940-1979гг. и 1960-2000гг. также получены классы распределения Б; для условий засухи и избыточного увлажнения, причем при переходе от глобального похолодания к глобальному потеплению повторяемость полей как с засушливыми, так и с переувлажненными условиями лишь незначительно уменьшается. Переход от периода с 1940 по 1979 гг. к периоду с 1960 по 2000 гг. сопровождается уменьшением повторяемости полей с отрицательными значениями Б] на 1.4 % (с 30 % до 28.6 %), а с положительными на 5.7 % (с 20 % до 14.3 %).

Глава 3. Влияние Северо-Атлантического колебания на формирование экстремальных условий летней погоды в Европе

В третьей главе представлены результаты изучения крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы в атлантико-европейском секторе Северного полушария.

Исследованы статистические связи показателей зимних крупномасштабных аномалий температуры воды в Северной Атлантике и показателя летних условий засушливости и избыточного увлажнения Палмера (РБ51) на территории Европы (рис. 3.).

Рис. 3. Поля коэффициентов корреляции индекса засушливости за период май-июнь (а), июль-август (б) и показателя за период с

января по март

В целом поля коэффициентов корреляции на рассматриваемой территории для периодов май-июнь и июль-август схожи. При этом почти на всей территории наблюдаются отрицательные значения коэффициентов корреляции с максимальными значениями вблизи Италии. Небольшая область положительных коэффициентов корреляции расположена на северо-западе. Отметим высокий уровень корреляции - до 0.7 в главном очаге.

Полученные связи можно интерпретировать с учетом ранее полученных выводов по определяющей роли атмосферной циркуляции в формировании засух и избыточного увлажнения (глава 2).

Рис. 4. Схема положения ВФЗ при различных аномалиях ТПО в информативных районах

При отрицательной аномалии температуры воды в 1-м районе и положительной во 2-м районе (рис. 4.6) формируется тип циркуляции схожий с меридиональным переносом типов С и 3 по Кацу (гребень над Западом Европы и глубокая ложбина к востоку. При обратном распределении аномалий (рис. 4.а): положительной аномалии в 1 районе и отрицательной во втором формируются типы циркуляции Ц и В по Кацу (ложбина над Европой и гребень к востоку).

Таким образом, при положительной аномалии ТПО в 1 -м районе и отрицательной во 2-м районе, а, следовательно, при отрицательном значении показателя Северо-Атлантического колебания в океане

17

(5АТ„) складываются наиболее благоприятные условия для засушливого лета. И, наоборот, при положительном показателе ¿>АТН1 на территории Европы наблюдается избыточное увлажнение.

Основные выводы исследования

В результате исследования установлено, что:

1. На акватории Северной Атлантики существуют районы, в которых крупномасштабные колебания аномалий ТПО происходят в противофазе, это районы главных теплых и холодных течений.

2. По аналогии с Северо-Атлантическим колебанием в атмосфере данный температурный диполь можно считать проявлением Северо-Атлантического колебания в океане. Предложен показатель Северо-Атлантического колебания в океане ёАТк.

3. Северо-Атлантическое колебание в океане испытывает флуктуации масштаба десятилетии и вместе с тем имеет явно выраженный положительный тренд в течении всего 20 в., что свидетельствует о климатическом усилении циркуляции в океане. При этом данный тренд более выражен в зимнем сезоне.

4. Показатели Северо-Атлантического колебания в атмосфере и океане имеют хорошо выраженную положительную корреляцию. Это означает, что усиление западно-восточного переноса в атмосфере приводит к усилению адвекции в теплых течениях Северной Атлантики.

5. Сравнение временного хода показателя Северо-Атлантического колебания и сплоченности льдов в западном секторе Арктике

обнаружило отрицательную корреляционную связь между ними. Это означает, что усиление адвекции тепла в системе течений Северной Атлантики приводит к уменьшению ледового покрова в Арктике, и наоборот.

6. Аномалии Северо-Атлантического колебания в зимний период оказывают влияние на формирование летних аномалий погодных условий в Европе:

а. при усилении Северо-Атлантического колебания (положительные аномалии ТПО в Норвежском море) над большей частью Европы формируется устойчивая высотная ложбина и преобладает относительно холодная погода с избытком осадков;

б. при ослаблении Северо-Атлантического колебания (отрицательные аномалии ТПО в Норвежском море) над большей частью Европы возникает устойчивый высотный гребень и преобладает относительно теплая погода с дефицитом осадков.

Список основных работ по теме диссертации

1. Классификация полей индекса атмосферной засушливости в связи с проблемой современных изменений климата // Метеорология и гидрология. - 2008. № 12. - С. 25-32 (совместно с Угрюмовым А.И.).

2. Результаты расчета ветро-волнового режима Баренцева, Норвежского и Гренландского морей // Навигация и гидрография.

- 2008. вып. 27. - С. 61-67 (совместно с Мастрюковым С.И., Ульянец Е.К., Червяковой Н.В.). 3. Северо-Атлантическое колебание в океане и его влияние на ледяной покров в западном секторе Арктики // Ученые записки РГГМУ. - 2009. № 9 (совместно с Угрюмовым А.И. - в печати).

Подписано в печать 10.04.2009г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ № 1158.

Отпечатано в ООО «Издательство "JIEMA"»

199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д.24, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru http://www.lemaprint.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Лаврова, Ирина Викторовна

Сокращения.

Введение.

1 Северо-Атлантическое колебание и его проявления в океане и атмосфере.

1.1 Северо-Атлантическое колебание в океане.

1.2 Показатель Северо-Атлантического колебания в океане (датк).

1.3 Северо-Атлантическое колебание в атмосфере.

1.4 О взаимосвязанном проявлении Северо-Атлантического колебания в океане и атмосфере.

1.5 Северо-Атлантическое колебание в океане и ледовитость в западном секторе Арктики.

2 Экстремальные условия летней погоды на Европейской территории

России.

2.1 Показатели засухи и избыточного увлажнения по Педю и Палмеру.

2.2 Типизация экстремальных условий летней погоды на Европейской территории России.

3 Влияние Северо-Атлантического колебания на формирование экстремальных условий летней погоды в Европе.

3.1 Синоптические процессы, приводящие к возникновению экстремальных условий летней погоды.

3.2 Статистические связи зимних аномалий температуры воды в Северной Атлантике и показателя экстремальности летней погоды в Европе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Влияние северо-атлантического колебания в океане на формирование летних условий погоды в Европе"

К настоящему времени установлено, что длительные атмосферные процессы формируются под действием внешних по отношению к ней источников энергии, главным образом, тепловой. В этом заключается принципиальное отличие длительных процессов от краткосрочных, которые развиваются под действием начальных условий, исходного распределения в атмосфере доступной потенциальной энергии [1, 2, 3, 4].

Среди многочисленных внешних факторов долговременных аномалий циркуляции атмосферы и погоды ведущая роль принадлежит подстилающей поверхности. Именно от нее погодообразующий слой - тропосфера -получает всю сосредоточенную в ней тепловую энергию. Отсюда следует, что наиболее значимое с практической точки зрения длительное сохранение аномальных режимов погоды вполне может быть функцией аномальных условий теплосодержания подстилающей поверхности.

Главным источником тепловой энергии для тропосферы является Мировой океан. От него атмосфера получает до 75 % всей содержащейся в ней энергии [5]. Поэтому при исследованиях в области долгосрочных прогнозов погоды наибольшее внимание следует уделять взаимодействию океана и атмосферы.

В данном исследовании решается задача оценки влияния теплового состояния Северной Атлантики на формирование длительных аномалий летних условий погоды в Европе - засух и избыточного увлажнения. Актуальность направления исследования заключается в чрезвычайной важности заблаговременного прогноза благоприятных и неблагоприятных условий погоды для многих отраслей хозяйства и экономики: сельскохозяйственное производство, топливно-энергетический комплекс, коммунальное хозяйство, транспорт и др.

Климатическое влияние притока тепла от подстилающей поверхности, особенно от океана, на атмосферу бесспорно. С ним, например, связан годовой ход многолетних характеристик циркуляции атмосферы, климатические центры действия и т.д. Обычно влияние подстилающей поверхности на многолетний режим атмосферы оценивается через количество получаемого или отдаваемого ею тепла, определяемое из уравнения теплового баланса. Однако применение данного подхода для оценки роли подстилающей поверхности в формировании конкретных сезонных аномалий погоды связано с большими трудностями. Во-первых, чрезвычайно сложно получить из наблюдений все составляющие теплового баланса с необходимой степенью точности и пространственного разрешения. Теплообмен - мелкомасштабный процесс, и данных характеризующих его регулярно, просто нет (за исключением эпизодических натурных экспериментов). Потоки тепла вычисляются путем параметризации, т.е. путем из представления через крупномасштабные характеристики атмосферы. Как связаны реальные и вычисленные таким образом потоки тепла во многом неясно. Во-вторых, если бы даже удалось найти точное значение притока тепла от подстилающей поверхности в атмосферу, то остается неизвестным, как связать его с конкретными формами атмосферных процессов.

В настоящем исследовании выбран иной физико-статистический путь исследования. Он заключается в следующем. Известно, что интенсивность среднего многолетнего зонального западно-восточного переноса в умеренных широтах находится в прямой зависимости от разности температур экватор - полюс. Вместе с тем, зональный перенос испытывает волновые возмущения. В климатическом плане эти возмущения являются прямым следствием распределения океанов и континентов во внетропических широтах (зимние гребни на востоке океанов). В масштабе межгодовых и сезонных изменений циркуляции атмосферы данная зависимость сохраняется, но ее конкретные проявления будут уже функцией не климатического теплового фона океана, а аномалий его теплосодержания в областях наибольшей теплоотдачи - энергоактивных районах. Таким образом, первая задача в исследовании длительных особенностей взаимодействия океана и атмосферы - найти такие районы океана, особенности теплового состояния которых оказывали бы влияние на характер атмосферной циркуляции над изучаемой территорией. Вторая задача исследовать статистические связи между температурным режимом (аномалиями) в данных районах и последующим развитием атмосферных процессов (аномалии циркуляции и соответствующие аномалии погоды). При этом отпадает необходимость производить различного рода балансовые расчеты, определять, где и сколько получил или отдал воздух тепла. Здесь важно знать, какими характеристиками обладает воздух, покидая данный регион, какие следствия возникают в атмосферной циркуляции и как это сказывается на формировании аномальной погоды.

Вставая на такой путь изучения процесса взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью, необходимо ответить на вопрос, как увязать относительно медленную изменчивость процессов в гидросфере со сравнительно большой изменчивостью процессов, протекающих в атмосфере.

Этот вопрос имеет методологический характер и в какой-то степени объясняет скептическое отношение некоторой части метеорологов к попыткам объяснения конкретных форм атмосферной циркуляции влиянием подстилающей поверхности. Здесь, прежде всего, необходимо определить пространственно-временные масштабы атмосферных процессов, которые могут реагировать на изменения притоков тепла от подстилающей поверхности. Действительно, было бы рискованным объяснять только влиянием подстилающей поверхности эволюцию конкретных синоптических объектов: циклонов, антициклонов, фронтов и т.д. В этом масштабе, по-видимому, приток тепла от подстилающей поверхности играет меньшую роль, чем адвективные и динамические факторы, определяемыми начальными условиями.

При изучении длительных крупномасштабных атмосферных процессов важно учитывать не столько эволюцию отдельных синоптических объектов, сколько общий характер и преобладающее направление воздушных потоков и связанных с ним путей барических образований [6, 7, 8]. Изменение этих составляющих общей циркуляции атмосферы происходит значительно медленнее, чем эволюция отдельных синоптических объектов. Известно, например, что «ныряющие» или южные циклоны могут наблюдаться несколько дней подряд. Сказанное можно также подтвердить существованием естественных синоптических периодов и сезонов [9, 10, 11, 12, 13, 14]. Это такие промежутки времени, в течение которых преобладает определенная направленность в развитии атмосферных макропроцессов.

Таким образом, при изучении крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы в целях применения его закономерностей для долгосрочных прогнозов погоды следует использовать средние месячные или сезонные характеристики теплового состояния океана и циркуляции атмосферы.

Последовательность изучения взаимодействия океана и атмосферы в заданных выше временных масштабах в настоящей работе такова:

- выявление информативных районов Северной Атлантики в рамках концепции Северо-Атлантического колебания, а также определение количественного показателя данного колебания в поле температуры поверхности океана;

- исследование показателей экстремальных погодных условий летнего периода в Европе, определение интенсивности и периодичности их межгодовых изменений, а также климатического тренда, особенно в связи с феноменом глобального потепления климата последних десятилетий;

- установление асинхронных статистических связей между зимними показателями Северо-Атлантического колебания в океане (аномалии температуры океана) и показателями экстремальных условий летней погоды в Европе.

Обнаруженные в работе статистические связи между упомянутыми показателями оказались довольно тесными и могут быть использованы в дальнейшем для совершенствования существующих и разработки новых методов долгосрочного прогноза погоды.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Лаврова, Ирина Викторовна

Результаты исследования показали, что связь между аномалиями ТПО в информативных районах Северной Атлантики и индексами СевероАтлантического, Восточно-Канадского, Северо-Европейского колебания существует. Коэффициент корреляции практически во всех случаях превышает 0.5.

Заключение

В результате исследования установлено, что:

- На акватории Северной Атлантики существуют районы, в которых крупномасштабные колебания аномалий ТПО происходят в противофазе, это районы главных теплых и холодных течений.

По аналогии с Северо-Атлантическим колебанием в атмосфере данный температурный диполь можно считать проявлением Северо-Атлантического колебания в океане. Предложен показатель Северо-Атлантического колебания в океане ¿>ДТк.

- Северо-Атлантическое колебание в океане испытывает флуктуации масштаба десятилетии и вместе с тем имеет явно выраженный положительный, тренд в течении всего 20 в., что свидетельствует о климатическом усилении циркуляции в океане. При этом данный тренд более выражен в зимнем сезоне.

Показатели Северо-Атлантического колебания в атмосфере и океане имеют хорошо выраженную положительную корреляцию. Это означает, что усиление западно-восточного переноса в атмосфере приводит к усилению адвекции в теплых течениях Северной Атлантики.

- Сравнение временного хода показателя Северо-Атлантического колебания и сплоченности льдов в западном секторе Арктике обнаружило отрицательную корреляционную связь между ними. Это означает, что усиление адвекции тепла в системе течений Северной Атлантики приводит к уменьшению ледового покрова в Арктике, и наоборот.

Аномалии Северо-Атлантического колебания в зимний период оказывают влияние на формирование летних аномалий погодных условий в Европе:

- при усилении Северо-Атлантического колебания (положительные аномалии ТПО в Норвежском море) над большей частью Европы формируется устойчивая высотная ложбина и преобладает относительно холодная погода с избытком осадков;

- при ослаблении Северо-Атлантического колебания (отрицательные аномалии ТПО в Норвежском море) над большей частью Европы возникает устойчивый высотный гребень и преобладает относительно теплая погода с дефицитом осадков.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Лаврова, Ирина Викторовна, Санкт-Петербург

1. Лоренц, Э.Н. Природа и теория общей циркуляции атмосферы Текст. / Э.Н. Лоренц.-Л.: Гидрометеоиздат, 1970.-259 с.

2. Марчук, Г.И. Численное решение задач динамики атмосферы и океана Текст. /Г.И. Марчук.-Л.: Гидрометеоиздат, 1974.-308 с.

3. Монин, A.C. Изменчивость Мирового океана Текст. / A.C. Монин, В.М. Каменкович, В.Г. Корт.-Л.: Гидрометеоиздат, 1974.-261 с.

4. Мусаелян, Ш.А. Об асинхронных связях между аномалиями облачности над океаном и аномалиями температуры на континенте Текст. / Ш.А. Мусаелян, А.И. Угрюмов, Т.Н. Задорожная // Труды Гидрометцентра СССР.-1976.-Вып. 177.-С.41 59.

5. Угрюмов, А.И. Долгосрочные метеорологические прогнозы Текст. / А.И. Угрюмов.-Л.: Гидрометеоиздат, 1985.- 247 с.

6. Зверев, A.C. Синоптическая метеорология Текст. / A.C. Зверев.-Л.: Гидрометеоиздат, 1968.-774 с.

7. Хргиан, А.Х. Физика атмосферы Текст. / А.Х. Хргиан.-Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-647 с.

8. Кац, А.Л. Основы методики уточнения прогнозов на синоптические сезоны Текст. / А.Л. Кац // Труды ЦИПа.-Вып. 49.-1957.

9. Пагава, С.Т. Основы сезонных прогнозов погоды Текст. / С.Т. Пагава.-Л.: Гидрометеоиздат, 1966.

10. Пагава, С.Т. Основы синоптического метода долгосрочных прогнозов погоды малой заблаговременности Текст. / С.Т. Пагава.-М.-Л.: Гидрометеоиздат, 1946.

11. Пагава С.Т. Естественный синоптический сезон Текст. / С.Т. Пагава // Метеорология и гидрология.-1949.-№ 4.

12. Мультановский, Б.П. Основные положения синоптического метода долгосрочных прогнозов погоды Текст.: ч. I / Б.П. Мультановский.-М.: Изд. ЦУЕГМС, 1933.

13. Грузинов, В.М. Фронтальные зоны Мирового океана Текст. /

14. B.М. Грузинов //Труды ГОИН.-1975.-Вып. 123.-198 с.

15. Гире, A.A. Вертикальная структура, формирования и преобразования основных типов атмосферной циркуляции Текст. / A.A. Гире // Труды АНИИ.-1951.-Т.ЗЗ.

16. Угрюмов, А.И. Тепловой режим океана и долгосрочные прогнозы погоды Текст. / А.И. Угрюмов.-Л.: Гидрометеоиздат, 1981.-176 с.

17. Sandstrom, J. Warm winters and cold winters in Scandinavia Text. / J. Sandstrom // Arkiv for mat., ast., oct. fysik.-1942.-Vol.28, h.l 2.

18. Sandstrom, J. On relation of the surface temperature of the sea to the air temperature Text. / J. Sandstrom // Arkiv for mat., ast., oct. fysik-1942-Vol.28.-№ 3.

19. Дуванин, А.И. Изменчивость течений в связи с колебаниями интенсивности циркуляции атмосферы в северной части Атлантического океана Текст. / А.И. Дуванин // Метеорология и гидрология.-1949.-№ 21. C.131-136.

20. Дуванин, А.И. О модели взаимодействия между процессами в океане и атмосфере Текст. / А.И. Дуванин // Океанология.-1968.-Вып.4-С.571 -580.

21. Даричева, Л.В. Моделирование автоколебательной системы океан -атмосфера Текст. / Л.В. Даричева, А.И. Дуванин, В.И. Чупрынин // Океанология.-1972.-Т. 12, вып. 5.-С.892 897.

22. Угрюмов, А.И. О крупномасштабных колебаниях температуры поверхности воды в Северной Атлантике Текст. / А.И. Угрюмов // Метеорология и гидрология.-1973.-№ 3.-С.12 22.

23. Чичасов, Г.Н. Численные методы обработки и анализа информации Текст. / Г.Н. Чичасов.-Алматы: Изд. Каз.гос.нац.ун-та им.Аль-Фараби, 1995.-106 с.

24. Кулаичев, А.П. Методы и средства комплексного анализа данных Текст. / А.П. Кулаичев.-М.: Форум-Инфра-М, 2006.-511 с.

25. Бурков, В.А. Общая циркуляция Мирового океана Текст. / В.А. Бурков.-Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-253 с.

26. Smeed, J. Monthly anomalies of temperature of the surface water Text. / J. Smeed // Annales Biologiques.-Copenhagen, 1950.-Vol.2 6.

27. Jacobsen, J.P. Some characteristics features in the variation of surface temperature in the North Atlantic Text. / J.P. Jacobsen // Jounal du Conseil-1949.-Vol. XVI, № 1.

28. Семенов, В.Г. Влияние Атлантического океана на режим температуры и осадков на Европейской территории СССР Текст. / В.Г. Семенов.-М.: Гидрометеоиздат, 1960.-148 с.

29. Перри, А.Х. Система океан атмосфера Текст. / А.Х. Перри, Дж. М. Уокер.-Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-194 с.

30. Арсеньев, B.C. Поле температуры воды северной части Атлантического океана Текст. /B.C. Арсеньев, Л.И. Галеркин, В.П. Крутько и др.-М.: Гидрометеоиздат, 1984.-224 с.

31. Perry, J.D. Sea temperature at OWS 1 Text. / J.D. Perry // Met. Mag.-1968.-97.-P.33-43.

32. Craddock, J. M. Some statistical relationships between the temperature anomalies in neighboring months in Europe and western Siberia Text. / J. M. Craddock, R. Ward // Met. Off. (London) Sci. Pap.-1962.-№ 12 (M.O.718).-31 p.

33. Namias, J. Large-scale and long-term fluctuations in some atmospheric and oceanic variables Text. / J. Namias // Reports of the Changing Chemistry of the Oceans (Nobel Symp.).-1972.-20.-P.27 48

34. Favorite, F. Coherence in trans-Pacific movements of positive and negative anomalies of sea-surface temperature 1953 1960 Text. / F. Favorite, D.R. McClain //Nature-1973.-224.-P. 139 - 143.

35. Смирнов, Н.П. Северо-Атлантическое колебание и климат Текст. / Н.П. Смирнов, В.Н. Воробьев, С.Ю. Качанов.-СПб.: Изд. РГГМУ, 1998.119 с.

36. Погосян, Х.П. Общая циркуляция атмосферы Текст. / Х.П. Погосян.-Л.: Гидрометеоиздат, 1972.-394 с.

37. Стехновский, Д.И. Барическое поле земного шара Текст. / Д.И. Стехновский.-Л.: Гидрометеоиздат, 1962.-148 с.

38. Абрамов, Р.В. Многолетние и сезонные изменения географического положения Исландского минимума атмосферного давления Текст. / Р.В. Абрамов // Изв. ВГО.-1966.-Т. 98, вып. 4.-С.315 325.

39. Абрамов, Р.В. О субтропических максимумах над Атлантическим океаном в системе общей циркуляции атмосферы Текст. / Р.В. Абрамов // Труды ЛГМИ.-1970.-Вып. 41.-С.З 17.

40. Абрамов, Р.В. Некоторые следствия географической детализации классической концепции центров действия атмосферы Текст. / Р.В. Абрамов // Труды ЛГМИ.-Т. 24.-С.22 30.

41. Мартынова, Т.В. О колебаниях положения и интенсивности центров действия атмосферы Текст. / Т.В. Мартынова // Метеорология и гидрология.-1990.-№ 4.

42. Соркина, А.И. Уточненные данные об интенсивности и положениях центров действия атмосферы в Северном полушарии Текст. / А.И. Соркина // Труды ГОИН.-1972.-Вып.114.-С.71 79.

43. Смирнов, А.Н. Колебания климата и биота Северной Атлантики Текст. / А.Н.Смирнов, Н.П. Смирнов.-СПб.: Изд. РГТМУ, 1998.-149 с.

44. Смирнов, Н.П. Сезонные вариации в деятельности системы Гольфстрим Текст. / Н.П. Смирнов // Проблемы Арктики и Антарктиды.-1965 .-№22.

45. Hurral, J.W. Decadal Trends in the North Atlantic Oscillation Text. / J.W. Hurral // Science.-1995.-Vol.269.-P.676 679.

46. Шулейкин, B.B. Взаимодействие звеньев в системе океан -атмосфера материк Текст. / В.В. Шулейкин // Материалы V съезда ВГО-Л., 1970.-Вып.17.

47. Доронин, Ю.П. Взаимодействие атмосферы и океана (основные проблемы) Текст. / Ю.П. Доронин // Труды ААНИИ.-1970.-Т.296.-С.22 -31.

48. Алексеев, Г.В. Многолетние колебания ледовых условий и атмосферной циркуляции в Приатлантической Арктике и Северной Атлантике Текст. / Г.В. Алексеев, В.Ф. Захаров, А.Н. Смирнов, Н.П. Смирнов // Метеорология и гидрология.-1998.-№ 9.-С.87 98.

49. Брегман, Г.Р. О методике фоновых прогнозов вскрытия рек Текст. / Г.Р. Брегман // Труды НИУ ГУГМС. Сер. 1У.-1943.-Вып.3.

50. Алексеев, Г.В. Тепловая экспансия атлантических вод в Арктическом бассейне Текст. / Г.В. Алексеев, Л.В. Булатов, В.Ф. Захаров,

51. B.В. Иванов // Метеорология и гидрология.-1998.-№ 7.-С.69 78.

52. Захаров, В.Ф. Морские льды и климат Текст. / В.Ф. Захаров, В.Н. Малинин.-СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.-91 с.

53. Лаврова, И.В. Результаты расчета ветро-волнового режима Баренцева, Норвежского и Гренландского морей Текст. / И.В. Лаврова,

54. C.И. Мастрюков, Е.К. Ульянец, Н.В. Червякова // Навигация Текст. / и гидрография.-2008.-Вып. 27.-С.61 67.

55. Брегман, Г.Р. Атлантические влияния на процессы вскрытия и замерзания рек Текст. / Г.Р. Брегман //Труды ГГИ.-вып. 10.-Л.-М., 1940.

56. Лаврова, И.В., Угрюмов А.И. Северо-Атлантическое колебание в океане и его влияние на ледяной покров в западном секторе Арктики Текст. / И.В. Лаврова, А.И Угрюмов // Ученые записки РГГМУ.-2009.-№ 9.-(в печати).

57. Борисенков, Е.П. Летопись необычайных явлений природы за 2.5 тысячелетия Текст. / Е.П. Борисенков, В.М. Пасецкий.-СПб.: Гидрометеоиздат, 2002.

58. Наш будущий климат Текст.-Женева, Швейцария: ВМО- 2003.-№ 952.

59. Климат России Текст. / Под ред. Н.В. Кобышевой.-СПб.: Гидрометеоиздат, 2001.-655 с.

60. Педь, Д.А. О показателе засухи и избыточного увлажнения Текст. / Д.А. Педь // Труды Гидрометцентра СССР.-1975.-Вып.156.-С.19 38.

61. Педь, Д.А. Климатические особенности атмосферных засух и избыточного увлажнения Текст. / Д.А. Педь // Труды Гидрометцентра СССР.-1975.-Вып. 156-С.39 63.

62. Козельцева, В.Ф. Данные об атмосферной засушливости (Si) по станциям западной части территории СССР (май-август 1900- 1979гг.) Текст. / В.Ф. Козельцева, Д.А. Педь.-М.: Изд. ВНИГМИ-МЦД, 1985.-53 с.

63. Palmer, W.C. Meteorological drought Text. / W.C. Palmer-Washington, DC: U.S. Weather Bureau, 1965.-65 p.

64. Alley, W.M. The Palmer drought severity index: limitations and Assumptions Text. / W.M. Alley // Climate and Applied Meteorology-1984-Vol. 23, № 7.-P.1100 1109.

65. Karl, T.R. The sensitivity of the Palmer drought severity index and Palmer's Z-index to their calibration coefficients including potential évapotranspiration Text. / T.R. Karl // J. Climate Appl.Meteor.-1986.-V.25, № 1.-P.77 86.

66. Briffa, К. Summer moisture availability across Europe, 1892- 1991: an analysis based on the Palmer drought severity index Text. / K. Briffa, P. Jones, M. Hulme // J. of Climatology.-1994.- №14.-P.457 506.

67. Akinremi, O.O. Evaluation of the Palmer Drought Index on the Canadian Praires Text. / O.O. Akinremi, S.M. McGinn, A.G. Barr // Climate.- 1996.-Vol. 9, № 5-P.897 905.

68. Assis, F.N. Indice de severidade de seca de Palmer no RioGrande do Sul Text. / F.N. Assis, S.R. Martins, M.E.G. Mendez // Los informes sobre el Congresso Brasileiro De Agrometeorologia, 10, 1997-Piracicaba, SP: SBMET, 1997.-P.383 385.

69. Kothavala, Z. The duration and severity of drought over eastern Australia simulated by a coupled ocean-atmosphere GCM with a transient increase in C02 Text. / Z. Kothavala // EnviromentalModelling and Software/-1999 № 14-P.243 - 252.

70. Гире, A.A. Методы долгосрочных прогнозов погоды Текст. / A.A. Гире, К.В. Кондратович,-JI., Гидрометеоиздат, 1978.-342 с.

71. Лаврова, И.В. Классификация полей индекса атмосферной засушливости в связи с проблемой современных изменений климата Текст. / И.В. Лаврова, А.И Угрюмов //Метеорология и гидрология.-2008.-№ 12-С.25 32.

72. Халафян, A.A. STATISTICA 6. Анализ данных Текст. / A.A. Халафян.-М.: Бином, 2007.-503 с.

73. Голубев, В.Е. Закономерности пространственно-временных изменений тепловой трансформации воздушных масс в приводном слое над океаном Текст. / В.Е. Голубев.-Труды Гидрометцентра СССР.-1975.-Вып.147.-С.36 52.

74. Семенов, В.Г. Г.М. Сезонное влияние подстилающей поверхности на атмосферу Текст. / В.Г. Семенов, Шулевская // Труды ЦИП.-1962.-Вып.115.-С.141 148.

75. Кац, А.Л. Необычное лето 1972 года Текст. / А.Л. Кац-Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-57 с.

76. Засухи в СССР, их происхождение, повторяемость и влияние на урожай Текст.: сб. ст. / Под ред. А. И. Руденко.-Л.: Гидрометеоиздат, 1958208 с.

77. Процеров, A.B. Общая характеристика засух и основные особенности засухи 1946 г. Текст. / A.B. Процеров // Труды ЦИП.-1949-Выи. 13.-С.5 12.

78. Пчелко, И.Г. Синоптические условия засухи 1946 г. Текст. / И.Г. Пчелко // Труды ЦИП.-1949.-Вып.13.-С.13 26.

79. Борисенков, Е.П. О цикличности колебаний температуры воды Северной Атлантики Текст. / Е.П. Борисенков В.Г., Семенов // Изв. АН СССР. Сер. ФАО.-1970.-Т.6, № 9.-С.965 969.