WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Кондратович К.В., Вершовский М.Г. О многолетних изменениях интенсивности и географической локализации Южно-Тихоокеанского субтропического антициклона

Научная статья

 

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       310      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2007/031.pdf

О многолетних изменениях интенсивности и

географической локализации Южно-Тихоокеанского

субтропического антициклона

Кондратович К.В., Вершовский М.Г. (michael ver@modomail.com) Российский Государственный Гидрометеорологический Университет

В процессах общей циркуляции атмосферы существенное значение имеют три «мировые колебания» атмосферного давления, открытые автором метода «мировой погоды» Г. Уокером [Walker, 1923-1, 1923-2]. Это Северо-Атлантическое (NAO), Северо-Тихоокеанское (NPO) и Южное (SO) колебания. Каждое из них является результатом длительных изменений атмосферного давления в соответствующих субтропических антициклонах, рассматриваемых как квазистационарные барические образования или центры действия атмосферы (ЦДА).

Особую роль играет Южное колебание (SO), в противоположных фазах которого возникают явления Эль-Ниньо (ослабление пассата и положительные аномалии температуры воды в пассатном дрейфе) и Ла-Нинья (усиление пассата и отрицательные аномалии температуры воды). Явление ENSO активно изучается с 1983 г., когда рекордные изменения глобальной атмосферной циркуляции и мировой погоды не оставили сомнений в значимости этого макропроцесса для многих регионов, причем не только в бассейнах Тихого и Индийского океанов.

Для оценки состояния (фазы) упомянутых выше «мировых колебаний» были предложены соответствующие индексы, в самом общем виде представляющие собой аномалию разности приземного давления между двумя географическими точками (станциями), по каждой из которых имеется многолетний ряд наблюдений. В качестве индекса Южного колебания (SOI) используются данные атмосферного давления на станциях Таити и Дарвин. Последующие наблюдения продемонстрировали тесную связь колебаний SOI с явлениями Эль-Ниньо - Ла Нинья, что обеспечило данному индексу широкое применение как в практике долгосрочного прогнозирования, так и в изучении проблемы климатических изменений в регионе.

Использование SOI (а равно и других аналогичных индексов) имеет свои определенные преимущества. В первую очередь это относится к простоте расчета и относительной легкости практического применения индекса. Не менее важно и то, что


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       311      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2007/031.pdf

станции, данные с которых используются в расчете индексов, изначально избирались таким образом, чтобы обеспечить наиболее надежную информацию об атмосферном давлении за как можно более продолжительный ряд лет.

Индекс SOI позволяет получать определенное представление о состоянии Южно-Тихоокеанского антициклона, но лишь косвенным образом. Вне внимания исследователей оказываются характеристики сезонных, межгодовых и многолетних изменений интенсивности ЦДА и его географической локализации. Это вполне естественно, так как станция, давление на которой призвано характеризовать состояние ЦЦА, может находиться -а чаще всего и находится - в различных секторах его периферии.

Еще одна проблема в изучении ЦДА, как, впрочем, и всего комплекса исследований современных изменений климатической системы, связана с широким использованием отклонений количественных характеристик от «многолетних норм». К сожалению, эти «нормы», следуя рекомендациям ВМО, меняются от одного тридцатилетия к другому, и довольно часто. Тридцатилетние нормы позволяют исключить из практики составления и оценки среднесрочных (несколько дней) и долгосрочных (месяцы и сезоны) прогнозов погоды длительные преобразования общей и региональной циркуляции атмосферы. Существование таких периодов во внетропических регионах Северного и Южного полушарий установлено в работах А.А. Гирса и Б.Л. Дзердзеевского и получило название «циркуляционных эпох».

Однако временной масштаб процессов, влияющих на современные изменения климатической системы, существенно больше одного-двух десятилетий, поэтому использование 30-летних «норм» методически не оправдано. Более приемлемым был бы расчет норм и отклонений от них по всему многолетнему ряду метеорологических и океанологических инструментальных наблюдений. Сказанное в полной мере относится к характеристикам атмосферной циркуляции и центрам действия атмосферы. Наличие многолетних архивов полей атмосферного давления дает возможность использовать более корректный способ оценки состояния центров действия атмосферы.

Многолетние данные барических полей позволили выявить среднемесячные значения максимумов давления в Южно-Тихоокеанском ЦДА и определить географическое положение центра антициклона за весь имеющийся период наблюдений. Представлялось интересным исследовать возможную связь между широтным положением центра антициклона и его интенсивностью. Попытки подобного рода для других ЦДА предпринимались и ранее [Соркина, 1972], однако в значительно более ограниченных временных масштабах, что относится как к периоду осреднения, так и количеству лет наблюдений. Нами для сопоставления использовались среднегодовые значения широтной


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       312      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2007/031.pdf

аномалии и интенсивности, рассчитанные на период с 1900 по 2004 гг. Такой подход позволил исключить четко выраженные периодические внутригодовые (сезонные) колебания широтного положения Южно-Тихоокеанского ЦДА.

В качестве оценки интенсивности антициклона было использовано статистическое обобщение количественных среднемесячных характеристик ЦДА. По многолетнему ряду каждого календарного месяца осуществлялось ранжирование аномалий с выделением пяти равновероятностных градаций. В зависимости от того, в какую из пяти градаций попадала аномалия давления данного месяца в тот или иной год, ей присваивалась качественная оценка интенсивности: значительно выше нормы (А), выше нормы (а), нормальная (N), ниже нормы (Ь) и значительно ниже нормы (В) [Кондратович и др., 2001, 2006]. Затем по методике, предложенной одним из авторов [Вершовский 2006-1, 2006-2], вычислялись среднегодовые индексы интенсивности Iint, расчет которых предельно прост.

Качественные среднемесячные оценки заменяются количественными «баллами интенсивности» по следующей схеме: В = -2, b = -1, N = 0, а = 1, А = 2. Полученные среднемесячные баллы суммируются за год, давая в результате среднегодовой индекс интенсивности Itnt- В качестве примера (табл. 1) приводится расчет значения индекса Itnt в за 1950 г.

Таблица 1. Среднемесячные градации аномалий давления, «баллы интенсивности» и суммарный годовой индекс Itnt Южно-Тихоокеанского антициклона за 1950 г.

Год

Месяцы

IlNT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1950

В

В

а

В

N

А

а

b

b

b

N

N

-2

-2

1

-2

0

2

1

-1

-1

-1

0

0

-5

Очевидно, что полученные таким образом среднегодовые индексы интенсивности Iint могут колебаться в пределах от -24 до +24.

Предложенный индекс интенсивности Iint позволяет использовать одну и ту же методику как в случае антициклонических, так и циклонических ЦДА. Это дает возможность не только сопоставлять интенсивность ЦДА с многолетними рядами других гидрометеорологических и геофизических характеристик по единой схеме, но и сравнивать многолетний ход интенсивности антициклонических и циклонических центров действия.

Для исследования возможной взаимосвязи между широтным положением Южно-Тихоокеанского ЦДА и его интенсивностью были взяты ряды среднегодовых значений


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       313      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2007/031.pdf


аномалий локализации центра антициклона по широте за 1900-2004 гг. и индекса интенсивности Iint за тот же период. Коэффициент корреляции R за весь отрезок времени (105 лет) составил 0,81. При сопоставлении сглаженных значений (11-летних скользящих средних) хода Iint с ходом широтного положения максимума ЦДА коэффициент корреляции оказался равным 0,95 (рис.1).

Таким образом установлено, что интенсивность возрастает по мере перемещения центра антициклона в более высокие широты, причем зависимость эта оказывается близкой к линейной.

10

о О

I

00 5 О X О)

О

- -1

о

CD

I

о

5

- -3

-10

-15

15

Л 1

1

i

M Ш

V2

--

11

«1 ll |\

f

i

i              А     Л

ш\ 1 1 1 ^A                     i

I

4

1_

41 1   1

1 J

1

Vj

1

*

1    \h-            /

/   У /   J

1 a

-

1             \J

* \

1 1         1

/                 J

j f

!

1

1

--

1905     1915     1925     1935     1945     1955     1965     1975     1985     1995

Рис. 1. Многолетний (1900-2004 гг.) осредненный (11-летнее скользящее среднее) ход аномалии по широте (1) и Iint (2) центра Южно-Тихоокеанского антициклона.

Интересно отметить, что на графике сглаженных кривых хода обеих величин (рис. 1) абсолютный пик интенсивности и наибольшее за последние десятилетия значение широтной аномалии приходятся на первую половину 1980-х гг. Экстремальное смещение Южно-Тихоокеанского ЦДА к югу отмечено в 1983 г., когда, как известно, имело место рекордное за весь период наблюдений явление Эль-Ниньо. В пределах рассматриваемого нами ряда более значительные смещения ЦДА в южном направлении происходили только в начале прошлого века - в 1907 и 1910 гг.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       314      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2007/031.pdf

Обратимся к выявленной зависимости между меридиональным смещением Южно-Тихоокеанского ЦЦА и его интенсивностью. В свое время в службе среднесрочного прогноза погоды СССР Ю.Б. Храбров [Храбров, 1959] предложил использовать выводы качественного анализа уравнения тенденции вертикальной составляющей вихря скорости, опубликованные Л.Т. Матвеевым [Матвеев, 2000], для определения циркуляции в будущем синоптическом периоде. Анализ Л.Т. Матвеева показал, что существенный вклад в эволюцию атмосферных вихрей вносят термическая адвекция и характер меридионального смещения вихря.

Циклонические вихри в средней тропосфере усиливаются при адвекции холода и смещении вихря в более низкие широты. Развитию антициклонических вихрей способствует адвекция тепла и смещение в более высокие широты.

Справедливость этих выводов была подтверждена практикой синоптического анализа атмосферных процессов во временном масштабе нескольких дней.

Выявленная нами сопряженность в изменении интенсивности и меридионального смещения Южно-Тихоокеанского субтропического антициклона находит рациональное объяснение с позиций теоретического анализа эволюции атмосферных вихрей, выполненного Л.Т. Матвеевым.

Очевидно, что смещение субтропических антициклонов Южного полушария к югу обеспечивает адвекцию тепла и усиление вихря в поле силы Кориолиса. Суммарный эффект проявляется и при осреднении соответствующих характеристик. Достоверная статистическая связь (p-level = 4-10" , т.е. практически равен нулю) индексов интенсивности Itnt и широтной аномалии центра Южно-Тихоокеанского антициклона подтверждает этот вывод.

Данное заключение подкрепляется и найденной зависимостью между интенсивностью и широтным положением двух других антициклонов Южного полушария. Для ЦДА Индийского океана коэффициент корреляции между среднегодовыми значениями двух этих переменных составил 0,58. Для Южно-Атлантического антициклона коэффициент корреляции оказался равным 0,69. (Расчеты проводились за тот же период 1900-2004 гг. без осреднения и сглаживания.)

Стоит отметить, что сопряженность интенсивности и широтного положения Азорского и Гавайского антициклонов отсутствует или проявляется недостаточно четко. Эти центры действия атмосферы являются генераторами уже упоминавшихся Северо-Атлантического (NAO) и Северо-Тихоокеанского (NPO) колебаний. Чередование в Северном полушарии континентальных и океанических секторов и процессы арктических антициклонических вторжений обеспечивают формирование иных, отличных от субтропических ЦДА Южного полушария, тенденций развития.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       315      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2007/031.pdf

В заключение сформулируем основные выводы нашей работы.

1.    Установлено существование связи многолетних изменений интенсивности и

широтной локализации Южно-Тихоокеанского антициклона. Такая же связь обнаружена и

для двух других субтропических ЦДА Южного полушария.

2.  Экстремальное смещение Южно-Тихоокеанского антициклона к югу и рекордное

явление Эль-Ниньо совпали по времени.

3.    В многолетних изменениях интенсивности и широтного положения ЦДА

выделяются периоды трендового роста и падения.

Изучение выявленных тенденций, на наш взгляд, представляется перспективным для климатического диагноза и прогноза ENSO.

Литература

  1. Вершовский М.Г. Азорский антициклон и колебания скорости вращения Земли. // В сб.: Вопросы промысловой океанологии, вып.З. - М.: Издательство ВНИРО. - 2006. - С. 163-170.
  2. Вершовский М.Г. Центры действия атмосферы Атлантического океана и вариации скорости вращения Земли. // Электронный журнал "Исследовано в России", 275. - 2006. -С. 2651-2660. -http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/275.pdf
  3. Кондратович К. В., Куликова Л. А., Вершовский М.Г. Антициклонические центры действия атмосферы и вариации скорости суточного вращения Земли. // В сб.: Вопросы промысловой океанологии, вып.З. - М.: Издательство ВНИРО. - 2006. - С.  152-162.
  4. Кондратович К. В., Куликова Л. А., Федосеева Н. В. Изменения атмосферных макропроцессов и температуры водной поверхности Атлантики в XX веке. // В сб.: Тимонов В.В. К 100-летию со дня рождения. - СПб.: Изд. РГГМУ. - 2001. - С. 30-37.
  5. Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. - СПб.: Гидрометеоиздат. - 2000. - С. 621-624.
  6. Соркина А.И. Уточненные данные об интенсивности и положении центров действия атмосферы в Северном полушарии. // Тр. ГОИН, вып. 114. - М.: изд. ГОИН. - 1972. - С. 71-79.
  7. Храбров Ю.Б. Методика составления прогнозов погоды на 3-7 дней. - М.: Гидрометеоиздат. - 1959. - 183 с.

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       316      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2007/031.pdf

    • Walker G.T. Correlation in seasonal variations of weather, VIII. A preliminary study of world weather. //Memoirs of the India Meteor. Dept. - 1923. -Vol. 24. -No. 4. -P. 75-131.
    • Walker G.T. Correlation in seasonal variations of weather, IX. A further study of world weather. // Memoirs of the India Meteor. Dept. - 1924. - Vol. 24 - No. 9. - P. 275-333.
     



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.