WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис. 2. Распределения коэффициентов корреляции межгодовых вариаций среднемесячных значений ОНЗА с изменениями вихревой активности на уровнях 1000гПа (а, б) и 700гПа (в, г) в январе и июле за период с 1950 по 2006 гг. Заливка отражает приземное распределение параметра ОНЗА.

В § 1.3 оцениваются тенденции долговременных изменений оптической нестабильности и вихревой активности. Используется простой, но достаточно эффективный метод расчета коэффициентов корреляции этих величин с линейно возрастающей функцией. Пример расчета пространственного распределения коэффициентов корреляции для приземного слоя приведен на рис.3. Такой способ оценки приблизителен, однако нагляден и позволяет оценивать общие тенденции в динамике величин на всем земном шаре. Полученные распределения отражают сложный характер долговременных изменений ОНЗА и вихревой активности в нижних слоях атмосферы. Сильное возрастание и вихревой активности, и оптической нестабильности атмосферы происходит в умеренных и высоких широтах Южного полушария. Вероятно, это связано со значительными изменениями в этих районах общей циркуляции атмосферы.

Рис. 3. Распределения коэффициентов корреляции межгодовых вариаций среднемесячных значений ОНЗА (а, б) и вихревой активности (в, г) с линейно возрастающей функцией в январе и июле в приземном слое за период с 1950 по 2006 гг. Нанесены изолинии коэффициентов корреляции в диапазонах абсолютных значений от 0.4 до 0.8. Заливка отражает приземное распределение параметра ОНЗА (а, б) и вихревой активности (в, г).

Вторая глава диссертации посвящена поискам связи вихревой активности с характеристиками общей циркуляции атмосферы. Это необходимо для прогноза вихревой активности, так как низкое пространственное разрешение современных климатических моделей не позволяет напрямую моделировать и прогнозировать изменчивость циркуляции атмосферы.

В § 2.1 содержится краткий обзор общей циркуляции атмосферы и тех ее характеристик, которые могут иметь отношение к генерации вихревой активности. Для анализа выбраны характеристики собственных колебаний ОЦА и центров действия атмосферы. Собственные колебания ОЦА чаще всего ассоциируются с раскачкой струйных течений и генерацией вихрей. Центры действия атмосферы могут быть связаны с долговременными изменениями вихревой активности. Для расчета их характеристик не требуется применение каких-либо специальных методов, достаточно измерений приземного давления вблизи центров аномалий.

Параграф 2.2 посвящен количественным оценкам связи между вариациями вихревой активности и центрами действия атмосферы. Приводятся результаты расчета полей коэффициентов корреляции между вариациями индекса вихревой активности и изменениями приземных барических полей в январе (рис.4, слева) и июле (рис.4, справа). Эти распределения сопоставлялись затем с центрами действия атмосферы, которые хорошо видны в климатических аномалиях приземного барического поля. Не подтвердилась гипотеза тесной связи долговременных вариаций вихревой активности с изменениями океанических центров действия низкого давления. С другой стороны, значимыми являются корреляции между вихревым индексом и интенсивностью субтропических антициклонов. Это указывает либо на эффект «накопления» барических аномалий вихрей, либо на активное влияние субтропических антициклонов на вихревую активность в тропиках и субтропиках.

Рис. 4. Поля коэффициентов корреляции между вариациями вихревой активности и средними приземными барическими полями (изолинии). Изолинии коэффициентов корреляции нанесены в диапазонах абсолютных значений от 0.3 до 0.9. Черный цвет – положительные изокорреляты. Белый цвет – отрицательные изокорреляты. Заливкой выделены распределения приземного барического поля, усредненные за период с 1950 по 2006 гг. Аномалии приземного барического поля определяют положения океанических и континентальных центров действия атмосферы.

Интересными оказались результаты сопоставления вихревой активности с основными собственными колебаниями ОЦА - кольцевыми модами и летним Азиатским колебанием, рассмотренные в § 2.3. В данном параграфе обсуждается методика обработки данных. Этот аспект важен, так как получаемые корреляции чаще всего невелики, а временные ряды не являются выборками из генеральных совокупностей. Поэтому статистические оценки необходимо дополнять физическими сопоставлениями.

В параграфе 2.3.1. вихревая активность сопоставляется с кольцевыми модами.

Учитывая приблизительную зональную симметрию кольцевых мод, в этом параграфе сравниваются вариации индексов Арктической осцилляции (АО) и Антарктической осцилляции (ААО) с вариациями зонально усредненных характеристик вихревой активности и средними полями давления, температуры и зональной скорости. На рис.приведены распределения коэффициентов корреляции индекса АО с вариациями средней высоты изобарических поверхностей (а) и вариациями индекса вихревой активности (б) со сдвигом во времени. При нулевом сдвиге между величинами средние поля достаточно хорошо отражают структуру кольцевых мод на разных уровнях атмосферы и в разных широтных зонах. Связь с вихревой активностью гораздо слабее и отражает, по нашему мнению, не механизм раскачки кольцевых мод, а вторичные эффекты влияния колебаний на структуру и интенсивность бароклинных зон. Это предположение подтверждает сопоставление вихревой активности с вариациями Антарктической осцилляции и пространственная структура корреляций. Видимо, в пространственную структуру корреляций дает вклад и изменение со временем структуры кольцевых мод.

Рис. 5. Коэффициенты корреляции межгодовых вариаций индекса АО в январе за период с 1950 по 2005 гг. со среднезональной высотой изобарических поверхностей (а) и интенсивностью вихревой (б) активности на уровнях 500, 150, 20 гПа со смещением между величинами от –12 до +месяцев. Числа справа – коэффициенты корреляции между индексом AО и соответствующими величинами при нулевом сдвиге.

В § 2.3.2 вихревая активность сопоставляется с летним Азиатским колебанием (АК). В отличие от других собственных атмосферных колебаний это колебание глобально и включает аномалии циркуляции в Северном и Южном полушариях. Механизм раскачки, видимо, не связан со струйными течениями и может влиять на вихревую активность лишь опосредованно, через изменение структуры бароклинных зон полушарий. Связь колебаний АК с вихревой активностью действительно оказалась низкой, однако, учитывая важность летнего Азиатского колебания в долговременных изменениях не только в Южном полушарии, но и во внутриконтинентальных районах Азии, мы предприняли исследование самого колебания, попытавшись оценить причины его возникновения. Сопоставлялись варианты возбуждения АК Южной Осцилляцией или аномалиями циркуляции в районе Циркумантарктической депрессии, где находится один из полюсов АК. Выполненные оценки величины и характера корреляционной связи отдают предпочтение возбуждению колебаний в области Циркумантарктической депрессии. Этот результат может быть полезен при выяснении причин долговременных изменений общей циркуляции атмосферы.

В третьей главе диссертации выполнены сопоставления вихревой активности с вариациями гелиогеофизических факторов и квазидвухлетним колебанием. Механизмы влияния космической погоды на вихревую активность пока достоверно не установлены, скорее всего, промежуточным звеном является ОЦА, однако работы Уилкокса и Мустеля позволяют предположить, что связь между этими явлениями может быть не опосредованной, а прямой. В качестве индексов, характеризующих гелиогеофизическую активность, были использованы числа Вольфа Rz, являющиеся индикатором активных процессов на Солнце, и Ар-индекс, представляющий собой эквивалентную среднесуточную планетарную амплитуду геомагнитных возмущений.

В § 3.1 исследовано влияние гелиогеофизической активности на вихревую активность атмосферы. Параграф 3.1.1 посвящен анализу влияния 11-летнего солнечного цикла. В работах Лабицке с соавторами показано, что влияние солнечной активности на характеристики атмосферы модулируется квазидвухлетними колебаниями (QBO) зонального ветра в экваториальной стратосфере. Однако Лабицке исследовала влияние солнечной активности только на средние характеристики атмосферы. Мы дополнили анализ средних полей анализом распределений индекса вихревой активности, рассчитав разности уровня вихревой активности между солнечными максимумами и минимумами для каждой из фаз QBO. Как и для разностей геопотенциальных высот, различия в уровне вихревой активности в целом имеют противоположный знак в разных фазах QBO, что наиболее четко проявляется во вторую половину зимы в средней и верхней тропосфере и нижней стратосфере. Следует отметить, что достоверность полученных выводов не очень высока из-за относительно небольшой длины временных рядов с разным уровнем солнечной активности.

В § 3.1.2 по методике, применявшейся в предыдущем разделе, рассчитаны разности геопотенциальных высот и уровня вихревой/волновой активности между периодами максимальной и минимальной геомагнитной возмущенности в зимний сезон.

Ранней зимой в тропосфере в максимуме геомагнитной активности давление понижается практически во всей полярной области и на северо-востоке Евразии, и растет в Центральной Атлантике и умеренных широтах Тихого океана. В стратосфере аномалии давления имеют противоположный знак.

Вихревая активность в максимуме геомагнитной возмущенности ранней зимой повышается вдоль побережий материков, и понижается над Атлантикой и умеренными широтами Тихого океана. Во второй половине зимы в тропосфере повышение уровня вихревой активности в геомагнитном максимуме происходит на севере Тихого океана и вдоль северных побережий материков, понижение – над Атлантикой и умеренными широтами Евразии. Полученные приземные распределения разностей вихревой активности в общих чертах совпадают с результатами Мустеля.

В § 3.2 проведено отдельное исследование влияния QBO на вихревую активность атмосферы. Наиболее разработанным механизмом влияния экваториальной QBO на внетропическую циркуляцию является гипотеза широтного сдвига поверхности нулевого зонального ветра в зависимости от фазы цикла. При восточных экваториальных ветрах линия нулевого зонального ветра смещается в сторону высоких широт, и меридиональное распространение планетарных волн ограничивается более узкой широтной зоной, вследствие чего вихревая/волновая активность в средних и высоких широтах при Восточной фазе QBO должна быть выше. Как показали результаты нашего исследования, в ноябре-декабре в период установления зимней циркуляции вихревая/волновая активность при Восточной фазе действительно имела более высокий уровень, чем при Западной фазе. Однако во второй половине зимы более высокий уровень вихревой/волновой активности был характерен не для Восточной, а для Западной фазы, причем это не привело к более сильному воздействию волн на средний поток.

Наоборот, в Западной фазе QBO Полярный вихрь усиливался. Рис.6 иллюстрирует найденные различия в амплитуде стационарных волн в начале и конце зимы. На рисунки нанесены широтные зависимости характеристики амплитуд стационарных волн для Западной и Восточной фазы QBO. Для амплитуд бегущих волн характерны аналогичные различия в зависимости от фазы QBO и от времени, что и для амплитуд стационарных волн.

С прикладной точки зрения воздействие на вихревую активность гелиогеофизических факторов имеет второй порядок значимости. Различия в уровне вихревой активности между максимумами и минимумами солнечной и геомагнитной активности, в целом, имеют низкую статистическую достоверность и не могут представлять особого интереса для прогноза долговременных астроклиматических изменений Рис. 6. Характеристики амплитуды стационарных волн в первой половине зимы (слева) и второй половине зимы (справа). Тонкая линия – Западная фаза QBO. Толстая линия – Восточная фаза QBO. Линия, параллельная оси Х – уровень значимости 95%. Пунктирная кривая – статистические значимости разностей амплитуд стационарных волн.

В Заключении подведены итоги диссертации. Обсуждены различные аспекты постановки задачи прогноза долговременных изменений ОНЗА и вихревой активности. Прогноз долговременных изменений вихревой активности пока невозможен без использования эмпирических соотношений, связывающих вихревую активность с характеристиками общей циркуляции атмосферы. Выполненные статистические оценки дают нижний порог связи вихревой активности с некоторыми из выбранных характеристик. Безусловно, с учетом дополнительных факторов этот уровень связи может быть повышен.

Особое внимание в диссертации было уделено исследованию связи между вихревой активностью и важнейшими собственными колебаниями ОЦА – кольцевыми модами и летним Азиатским колебанием. Кольцевые моды представляли наибольший интерес, поскольку связь с вихревой активностью традиционно считается основой механизма раскачки колебаний. Корреляция между вариациями индекса Арктической осцилляции и вихревым индексом действительно была установлена, но она не является результатом механизма раскачки, а, скорее, следствием влияния Арктической осцилляции на общую циркуляцию атмосферы. Этот результат стимулировал поиски других возможных механизмов раскачки кольцевых мод. Было показано, что в низкочастотном диапазоне таким механизмом может быть воздействие на полярнофронтовые струйные течения крутильных колебаний. В отличие от корреляций с вихревой активностью этот механизм одинаково проявляется и в Северном и в Южном полушарии.

В отличие от кольцевых мод, летнее Азиатское колебание привлекло наше внимание по другим причинам. Это колебание имеет глобальную структуру, совпадающую со структурой наиболее сильных трендов в приземном барическом поле Северного и Южного полушарий. Близкую структуру, кстати, имеют отклики ОЦА на колебания ЭНЮК (Эль-Ниньо - Южное колебание). Учитывая то, что в Южном полушарии наблюдаются значительные тренды вихревой активности, представляло интерес оценить связь между ними. Дополнительное исследование показало, что источником глобальных колебаний ОЦА, имеющих структуру летнего Азиатского колебания, скорее всего, являются процессы в Циркумантарктической депрессии.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»