[ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Башарин Дмитрий Викторович
УДК 551.465.7
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
АТЛАНТИКО-ЕВРАЗИЙСКОГО РЕГИОНА ПОД ВЛИЯНИЕМ
СЕВЕРОАТЛАНТИЧЕСКОГО И ЮЖНОГО КОЛЕБАНИЙ
11.00.09 – метеорология, климатология, агрометеорология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
Севастополь – 2014 Диссертация является рукописью.
Работа выполнена в Морском гидрофизическом институте Национальной академии наук Украины.
Научный руководитель: доктор географических наук, профессор, член-корреспондент НАН Украины Полонский Александр Борисович, Морской гидрофизический институт НАН Украины, заместитель директора по научной работе.
Официальные оппоненты: доктор географических наук, старший научный сотрудник Нестеров Евгений Самойлович, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Гидрометеорологический научноисследовательский центр Российской Федерации», Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (РОСГИДРОМЕТ), заведующий отделом морских гидрологических прогнозов.
кандидат географических наук Наумова Валентина Анатольевна, Севастопольская гидрометеорологическая обсерватория Крымского регионального центра по гидрометеорологии, директор.
Защита состоится «18» декабря 2014 г. в 1400 часов на заседании Специализированного ученого совета Д 50.158.01 в Морском гидрофизическом институте Национальной академии наук Украины по адресу: 299011, г. Севастополь, ул. Капитанская, 2, малый конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Морского гидрофизического института НАН Украины, г. Севастополь, ул. Капитанская, 2.
Автореферат разослан «25» октября 2014 г.
Ученый секретарь Специализированного ученого совета Д 50.158. кандидат географических наук Е.А. Скрипалева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. К настоящему времени можно считать установленным наличие значимых изменений, происходящих в климатической системе. Причем относительная роль естественных климатических флуктуаций все еще плохо изучена. В особенности это касается наиболее уязвимых регионов Земли, одним из которых является регион Евразии, характеризующийся особенно интенсивной изменчивостью климата. Основными источниками естественной изменчивости гидрометеорологических полей в регионе на межгодовом-десятилетнем масштабе являются такие глобальные процессы в системе океан-атмосфера, как Североатлантическое колебание (САК) и Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНЮК).
Поэтому изучению особенностей их региональных проявлений посвящены многочисленные международные проекты и программы (ENSAMBLE, EUROCLIVAR, SINAPSI, MedCLIVAR и другие).
Известно, что САК вызывает значительные изменения гидрометеорологических характеристик во всем Северном полушарии. Оно определяет интенсивность западного переноса в средних широтах и характеризует вынос на Европу относительно теплого и влажного воздуха из Северной Атлантики. Мерой колебания является индекс САК, который представляет собой нормируемую разницу аномалий атмосферного давления над Азорскими островами и над Исландией. Во временном ходе этого индекса обнаруживаются не только колебания межгодового-десятилетнего масштаба, но и интенсивные мультидекадные флуктуации с периодом около 65 лет. Эти флуктуации носят название мультидекадной моды САК или Атлантического мультидекадного колебания (АМК). Наличие всех перечисленных периодичностей определяется, главным образом, взаимосвязанными процессами в системе океан-атмосфера в Североатлантическом регионе, которые играют определяющую роль в формировании низкочастотной изменчивости САК.
ЭНЮК представляет собой взаимосвязанные процессы в системе океанатмосфера в экваториальной части Тихого океана. В период развития ЭНЮК, сопровождающегося резким уменьшением индекса Южного колебания (ЮК), в западной и в восточной частях экваториальной зоны Тихого океана происходят синхронные противофазные колебания атмосферного давления. Типичный период ЭНЮК – 3–6 лет. В литературе встречаются достаточно противоречивые результаты по поводу влияния ЭНЮК на Евразийский регион: от отрицания до признания его значимости в региональной изменчивости гидрометеорологических полей. Кроме межгодовых, на севере Тихого океана присутствуют флуктуации междесятилетнего масштаба (10–30 лет), которые выделяются в отдельной эмпирической ортогональной моде температуры океана и ассоциируются с Тихоокеанским декадным колебанием (ТДК).
По мнению ряда исследователей (Hurrell et al., 1995; Воскресенская, 2005;
Bronnimann, 2007; Нестеров, 2013; Bulic et al., 2013) совместное влияние САК и ЭНЮК со свойственными им пространственно-временными масштабами приводит к интенсивным региональным аномалиям в гидрометеорологических полях Евразии.
Их проявление в гидрометеорологических полях в Атлантико-Евразийском регионе обнаруживается практически во все сезоны года. Поэтому установление типичных закономерностей появления климатических аномалий, связанных с определенными фазами САК и ЮК, считается важным для долговременного прогнозирования гидрометеорологических полей Евразии.
Ярким примером низкочастотной изменчивости климата Северного полушария является достаточно подробно описанный в литературе климатический сдвиг 1976– 77 гг. Его появление связывается как с наблюдаемым глобальным потеплением, так и с суперпозицией естественных флуктуаций междесятилетнего масштаба.
Возможному отклику на естественные колебания междесятилетнего масштаба в Евразийском регионе посвящены многочисленные работы. Однако относительно влияния наблюдаемых климатических сдвигов на устойчивость крупномасштабной статистической структуры метеорологических полей Евразии нет сведений.
Поэтому необходим дополнительный анализ для уточнения последствий влияния этого климатического сдвига на крупномасштабную структуру гидрометеорологических полей Евразии.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами научных исследований Морского гидрофизического института НАН Украины в рамках следующих завершенных и действующих национальных и международных научноисследовательских тем и проектов:
– тема НАН Украины «Исследование изменений климата в системе океанатмосфера-литосфера на глобальных и региональных масштабах» (шифр «Океанклимат»), ГР №0101U001023, 2001–2005 гг., исполнитель;
– тема НАН Украины «Современное состояние шельфовой зоны Черного моря и рекомендации по использованию минеральных и рекреационных ресурсов» (шифр «Ресурсы шельфа»), ГР №0102U001482, 2002–2006 гг., исполнитель;
– тема НАН Украины «Мониторинг Азово-Черноморского бассейна и природных катастроф» (шифр «Мониторинговые системы»), ГР №0107U001160, 2007–2011 гг., исполнитель;
– тема НАН Украины «Фундаментальные и прикладные физико-климатические исследования морской среды и климатической системы океан – атмосфера» (шифр «Климат»), ГР №0106U001406, 2006–2010 гг., исполнитель;
– тема НАН Украины «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюция экосистем Черного и Азовского морей, на основе современных методов контроля состояния морской среды и гридтехнологий» (шифр «Фундаментальная океанология»), ГР №0111U001420, 2011–2014 гг., исполнитель;
– тема НАН Украины «Климатические сценарии, мониторинг, риски» (шифр «Риски»), ГР №0112U000709, 2012–2014 гг., исполнитель;
– проект Бюджетной организации «Национальный центр учета выбросов парниковых газов» «Проведение пространственной оценки степени благоприятности будущих климатических условий для продуктивности основных зерновых культур и лесных насаждений» (шифр «АГРО»), ГР №0113U001324, 2012– 2013 гг., исполнитель;
– проект NATO travel grants «Climate variability and extreme hydrometeorological events in the Eastern Europe», EST-CLG-978911, 2002–2004 гг., исполнитель;
– международный проект в рамках двухстороннего Украино-Литовского научно-исследовательского гранта «Глобальная климатическая изменчивость и региональные изменения в экосистемах Балтийского и Черного морей», распоряжение МОН Украины №172 от 25.02.09, №223, 2009–2010 гг., исполнитель;
– грант World Federation of Scientists «Climate variability and extreme hydrometeorological events in Euro-Mediterranean region», 2004–2005 гг., исполнитель;
– грант Международного Центра Теоретической Физики (Италия), «Study of the regional manifestations of the global climate variability for the different time scales», 2008–2012 гг., руководитель.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является установление закономерностей межгодовой-десятилетней изменчивости гидрометеорологических полей в Атлантико-Евразийском регионе под влиянием Североатлантического и Южного колебаний с использованием различных типов данных.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
1. Провести анализ межгодовой-десятилетней изменчивости полей приземной температуры воздуха и осадков в Европейском регионе по литературным источникам.
2. Установить зависимость межгодовой-десятилетней изменчивости крупномасштабных полей температуры поверхности океана и приземного давления в Северной Атлантике от САК.
3. Получить количественные оценки проявлений САК и ЮК в межгодовойдесятилетней изменчивости приземной температуры воздуха в Европейском регионе.
4. Выделить устойчивые пространственно-временные структуры полей температуры воздуха, давления и осадков в Евразии, обусловленные влиянием Объект исследования – гидрометеорологические поля АтлантикоЕвразийского региона.
Предмет исследования – закономерности формирования изменчивости гидрометеорологических полей в Атлантико-Евразийском регионе межгодовогодесятилетнего масштаба, обусловленные совместным влиянием Североатлантического и Южного колебаний.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались стандартные статистические подходы с применением пространственно-временной фильтрации, корреляционного и спектрального анализа, разложения на эмпирические ортогональные функции.
Научная новизна полученных результатов.
Получило дальнейшее развитие изучение формирования естественной изменчивости гидрометеорологических полей межгодового-десятилетнего масштаба в Атлантико-Евразийском регионе с использованием данных наблюдений и разных типов ре-анализа. Получены новые количественные оценки, которые подтверждают, что квазидесятилетняя изменчивость САК является следствием автоколебаний в системе океан-атмосфера в Северной Атлантике.
Показано, что в регионе Северной Атлантики первая мода поля давления может быть использована в качестве характеристики индекса САК не для всех месяцев года – исключение составляют июль-август.
Впервые установлено, что зимой-весной межгодовая изменчивость двух/четырех недельных флуктуаций поля приземной температуры воздуха в Европе определяется, главным образом, Южным колебанием, которое при развитии события Эль-Ниньо в Тихом океане приводит к увеличению дисперсии приземной температуры воздуха в Европейском регионе.
Впервые выявлено наличие связи между главными пространственновременными модами приземной температуры воздуха, давления и осадков в Евразийском регионе и событием ЮК.
Показано, что устойчивость первых двух мод гидрометеорологических полей Евразии к климатическому сдвигу 1976–77 гг. обеспечивается стабильностью регионального влияния Североатлантического и Южного колебаний на межгодовом-десятилетнем масштабе. Этот сдвиг приводит к изменению других пространственно-временных мод температуры воздуха, давления и осадков.
Практическое значение полученных результатов. Подтверждены и уточнены связи между крупномасштабными гидрометеорологическими полями АтлантикоЕвразийского региона и Североатлантическим и Южным колебаниями на основе анализа различных типов данных. Эти результаты полезны для объяснения региональных тенденций изменения климата и построения статистических моделей межгодового-десятилетнего прогноза. Диагностические оценки, полученные в работе, можно использовать для верификации глобальных климатических моделей.
В работе выявлено влияние климатического сдвига 1976–77 гг. на пространственновременную структуру изменчивости гидрометеорологических полей в Евразийском регионе. Резкие климатические сдвиги оказывают прямое влияние на хозяйственную деятельность государств Евразийского региона. Результаты, полученные в диссертации, включались в отчеты по государственным научным темам и проектам, и в частности, для перспективного планирования в аграрном комплексе Украины, что также подтверждает их практическую значимость.
Личный вклад соискателя. Соискателем совместно с научным руководителем проводилась постановка задач, обсуждение основных результатов, их обобщение и формулировка выводов. Соискателем проводилась обработка данных, выполнение расчетов, предварительный анализ результатов, построение схем, рисунков, таблиц и т.п.
Научные результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в соавторстве с членом-корреспондентом НАН Украины, профессором А.Б. Полонским, д. геогр. н., профессором Е.Н. Воскресенской, к. геогр. н. Г.Ф. Джиганшиным, к. геогр. н.
Н.В. Михайловой, к. геогр. н. А.В. Юровским, к. геогр. н. Г. Cтанкунавичюсом, к. геолог. н. Д. Пупенисом, А.В. Торбинским, С. Ворли. Всем им автор выражает глубокую благодарность.
В работах, опубликованных с соавторами, конкретный вклад соискателя заключался в следующем:
– в работах [1, 3–6, 21–23] соискателем для Европейского региона проведены расчеты и статистический анализ изменчивости поля приземной температуры воздуха, их результаты обсуждались с научным руководителем;
– в работе [2] соискателем проведены все расчеты приземной температуры воздуха и осадков, построены все таблицы и рисунки;
– в работе [7] соискателем проведены расчеты с использованием поля температуры поверхности океана и приводного давления в Северной Атлантике, результаты расчетов и выводы обсуждались с научным руководителем;
– в работах [9–10, 14, 16–18, 26–27, 30] соискателем проведены расчеты основных пространственно-временных мод изменчивости температуры воздуха, давления и осадков в Евразии. Анализ результатов расчетов проводился с научным руководителем;
– в работе [11] соискателем проведены расчеты и предварительный анализ основных пространственно-временных мод изменчивости температуры воздуха, давления и осадков для Европейско-Средиземноморского региона;
– в работах [12, 15, 36] соискателем проведены все расчеты с использованием поля приземной температуры воздуха и осадков над Атлантико-Евразийским регионом. Совместно с научным руководителем и соавтором (Г. Станкунавичюсом) осуществлялся анализ их изменчивости и подготовка текста статей;
– в работе [13, 20] соискателем проведены все расчеты с использованием поля приземной температуры воздуха, давления и осадков над Евразийским регионом;
полученные результаты анализировались совместно с соавторами, с которыми был подготовлен текст статьи.
Апробация результатов диссертации.
Результаты исследований, представленные в диссертации, докладывались на научных семинарах отдела морских климатических исследований МГИ НАН Украины и на следующих национальных и международных конференциях и семинарах:
1. IGU-Japan Congress of Commission on Climate of the IGU «Climate Change and Variability: Past, Present and Future», Tokyo, Japan, September, 1999.
2. IGU Annual meeting of Commission on Climatology «Contemporary Climatology», Seoul, Korea, August, 2000.
3. Annual General Assembly of EGS, Nice, France, 2000.
4. Open Science Conference «Challenges of a Changing Earth», Amsterdam, the Netherlands, 2001.
5. International Conference «Man and Climate in the 20-th Century», Wroclaw, Poland, June, 2002.
6. Regional Conference of the International Geographical Society, Durban, South Africa, 2002.
7. «Экологические проблемы и охрана окружающей среды», Днепропетровск, 8. Международная научная конференция «Ломоносовские чтения», Севастополь, 9. Международная научная конференция молодых ученых «Понт Эвксинский III», Севастополь, 2003.
10. EGU General Assembly, Nice, France, April, 2004.
11. The CRCES-IPRC workshop on decadal variability «Decadal Climate Variability», Kona, Hawaii, USA, February, 2004.
12. 1st International CLIVAR Science Conference, Baltimore, Maryland USA, June, 13. Workshop on climate variability in 20th century, International center for theoretical physics, Trieste, Italy, April, 2004.
14. Second Congress of «CLIVAR», Honolulu, Hawaii, USA, February, 2004.
15. Annual EMS meeting, Nice, France, September, 2004.
16. Международная научная конференция «Ломоносовские чтения», Севастополь, апрель, 2004.
17. NATO Advanced Study Institute «Seasonal to Interannual Climate Variability – its prediction and Impact on Society», Gallipoli, Italy, June, 2005.
18. Международная научная конференция «Ломоносовские чтения», Севастополь, 19. Международная научная конференция «Фундаментальные исследования важнейших проблем естественных наук на основе интеграционных процессов в образовании и науке», Севастополь, август, 2006.
20. Workshop «Climatic Change and impacts in Eastern and Central Europe», Poina Brasov, Romania, September, 2006.
21. Международная научная конференция «Ломоносовские чтения», Севастополь, 22. Summer School «Extreme Events: Nonlinear Dynamics and Time Series Analysis», Comorova, Romania, September, 2007.
23. Международная научная конференция молодых ученых «Современные проблемы рационального природопользования в прибрежных морских акваториях Украины», ЭО МГИ НАНУ, п. Кацивели, 2007.
24. Международная научная конференция «Ломоносовские чтения», Севастополь, апрель, 2007.
25. Международная научная конференция «Ломоносовские чтения», Севастополь, 26. Workshop on High Resolution Climate Modelling, Trieste, Italy, August, 2009.
27. Международная научная конференция «Ломоносовские чтения», Севастополь, апрель, 2010.
28. Международная научная конференция «Decadal variability», ICTP, Trieste, Italy, August, 2010.
29. Международная научная конференция «Функционирование и эволюция экосистем Азово-Черноморского бассейна в условиях глобального изменениях климата», п. Кацивели, 2010.
30. Workshop on «Hierarchical Modeling of Climate», ICTP, Trieste, Italy, July, 2011.
31. School and Conference «Dynamical Systems», ICTP, Trieste, Italy, May–June, 2012.
32. Международная научная конференция «Риски природных катастроф и методы минимизации их негативных последствий», Севастополь, сентябрь, 2012.
33. Международная научная конференция «Интегрированная система мониторинга Черного и Азовского морей», Севастополь, сентябрь, 2013.
34. Международная научная конференция «Современное состояние и перспективы наращивания морского ресурсного потенциала Юга России», п. Кацивели, сентябрь, 2014.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 36 работах: в 14 статьях в периодических научных журналах, в 1 книге, в 5 статьях в сборниках научных трудов и в 16 сборниках тезисов докладов на научных конференциях.
Работы [1–15] полностью отражают основные результаты диссертации и опубликованы в изданиях, содержащихся в перечне МОН Украины:
«географические науки». Работы [8, 19, 24–25, 31–35] выполнены без соавторов, работ [4, 6–8, 10, 13] входят в международную наукометрическую базу данных SCOPUS.
Структура работы. Работа состоит из списка условных обозначений, введения, трех разделов, заключения, списка используемой литературы и двух приложений:
«Приложение А» – скорость роста глобальной приземной температуры воздуха, рассчитанная по данным ре-анализа за 1871–2008 гг., «Приложение Б» – воспроизводимость пространственно-временной изменчивости в Евразийском регионе глобальными климатическими моделями. Общий объем диссертации составляет 204 страницы. Основная часть содержит 144 страницы машинописного текста и включает 48 рисунков и 9 таблиц. Два приложения занимают 48 страниц, список литературы состоит из 233 наименования и занимает 32 страницы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, показана ее связь с научными темами МГИ НАН Украины и международными проектами, формулируются цель и задачи работы, изложены методы исследования и научная новизна полученных результатов, описаны их практическое значение, приведены количество публикаций, а также сведенья об апробации, имеющихся публикациях и общей структуре диссертационной работы.
В первом разделе диссертационной работы описывается современное состояние изученности проблемы. В нем обсуждаются долговременные изменения гидрометеорологических полей Атлантико-Европейского и Евразийского регионов под влиянием внешних и внутренних факторов. Изучение низкочастотных особенностей этих изменений и выявление их причин и механизмов – цель множества научных проектов, усилий международных научных коллективов и организаций. Интерес к такому роду исследованиям проявляется в наличии множества научных публикаций.
В подразделе 1.1 анализируются современные публикации по этой тематике.
Рассматриваются возможные причины изменений гидрометеорологических полей.
На их основе делается вывод о важности роли океана в генерации низкочастотных климатических флуктуаций и недостаточной изученности региональных проявлений глобальной естественной изменчивости системы океан-атмосфера-литосфера. К наиболее значимым естественным глобальным сигналам, которые приводят к региональным изменениям гидрометеорологических полей в АтлантикоЕвразийском регионе, относят Североатлантическое и Южное колебания.
Результаты многочисленных современных публикаций подтверждают, что межгодовая изменчивость среднемесячных гидрометеорологических полей имеет ярко выраженные особенности в периоды экстремальных значений индексов САК и ЮК. В заключительной части подраздела отмечено, что остаются некоторые вопросы, которые нуждаются в дополнительном уточнении и рассмотрении. Среди них отмечается неясность причины интенсивного субдекадного пика (периоды 6– 10 лет) в спектре САК и оценки вклада этих климатических сигналов в формирование соответствующих межгодовых-десятилетних аномалий в АтлантикоЕвразийском регионе. Неопределенна и значимость влияния климатического сдвига 1976–77 гг. на межгодовую-десятилетнюю изменчивость региональных полей температуры воздуха, давления и осадков, обусловленную САК и ЮК.
Исследования в этом направлении требуют наличия долговременных глобальных и региональных данных.
В подразделе 1.2 дается краткая характеристика используемых данных и методов их обработки, которые применяются для анализа закономерностей формирования межгодовой-десятилетней изменчивости крупномасштабных гидрометеорологических полей в Атлантико-Евразийском регионе. Приводится информация об используемых данных из первичных массивов и рассчитанных на их основе величинах, которые анализируются в последующих разделах. Это сопровождается кратким описанием методов их численной и статистической обработки. Отмечается, что во втором разделе используются данные о температуре поверхности океана (ТПО), приземной температуре воздуха (ПТВ), давлении и осадках из массивов СOADS и ERA для исследования Атлантико-Европейского региона, а в третьем – данные о приземной температуре воздуха, давлении и осадках из массивов NCEP и JRA для исследования Евразийского региона. Для решения поставленных задач использовались стандартные статистические подходы с применением пространственно-временной фильтрации, корреляционного и спектрального анализа, разложения на эмпирические ортогональные функции (ЭОФ). Для всех результатов анализа определялись статистически значимые величины (как минимум на 95% уровне значимости). Все эти массивы данных, а также статистические методы позволяют анализировать региональные низкочастотные проявления глобальной климатической изменчивости в системе океан-атмосфера в связи с САК и ЮК. Результаты, приведенные в приложениях, подтверждают наличие особенно интенсивной изменчивости климата в Европейском регионе и показывают достаточно неудовлетворительную воспроизводимость пространственно-временной изменчивости в Евразии глобальными климатическими моделями. Поэтому, в частности, результаты расчетов климатических моделей в работе не использовались.
Таким образом, в первом разделе на основе проведенного предварительного анализа современного состояния проблемы обосновывается необходимость углубленного изучения наблюдаемой пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических полей межгодового-десятилетнего масштаба в АтлантикоЕвразийском регионе в связи с влиянием Североатлантического и Южного колебаний.
Второй раздел диссертационной работы посвящен анализу межгодовойдесятилетней изменчивости гидрометеорологических полей АтлантикоЕвропейского региона в связи с “дальнодействием” САК и ЮК. В первой части раздела на основе данных СOADS проанализирована пространственно-временная изменчивость полей поверхностной температурой океана и приземного давления в Северной Атлантике и рассмотрена их роль в поддержании САК. Вторая часть данного раздела посвящена изучению особенностей региональных проявлений глобальной климатической изменчивости. При этом особое внимание уделено наиболее уязвимому (с точки зрения возможных последствий климатической изменчивости) Европейскому региону, имеющему высокую плотность населения и характеризуемому наличием интенсивных естественных климатических флуктуаций.
В подразделе 2.1 для исследования межгодовой-десятилетней изменчивости гидрометеорологических полей в Северной Атлантике по данным массива COADS выделены линейные тренды ТПО и давления и кратко проанализирована их структура. Подтверждена тенденция увеличения разности ТПО между экватором и полюсом в Североатлантическом регионе во все сезоны года и интенсификация зональной атмосферной циркуляции, главным образом, за счет охлаждения западной части субполярного круговорота во второй половине XX века.
Максимальные величины линейных трендов ТПО (до 0,3 град/10 лет) и поля давления (до 2,25мбар/10 лет) наблюдаются в области формирования глубинных североатлантических вод. Получена эволюция пространственно-временной структуры линейных трендов полей ТПО и давления на протяжении года. Выделены две основные структуры: зимняя (в ноябре-апреле) и летняя (в мае-октябре).
проанализированы основные пространственно-временные моды полей ТПО и давления в Северной Атлантике, которые были выделены при использовании метода разложения на ЭОФ. Структура пространственной моды давления и ее временной ход подтверждают данные многочисленных публикаций о том, что первая мода поля давления в этот период может быть использована в качестве характеристики индекса САК. Однако исключение составляют июль и август, когда индекс САК представлен второй модой. Вклад первой моды ТПО в суммарную дисперсию колеблется для разных месяцев в пределах 15–25%, а поля давления – 25–41%. В работе были изучены взаимосвязи между пространственно-временными модами ТПО и давления с использованием кросскорреляционного и кросс-спектрального анализа. Этот анализ подтвердил важнейшую роль внутренних океанических процессов, интегрирующих внешнее воздействие атмосферы на протяжении 3–4 лет.
При этом при положительной фазе САК происходит рост положительной аномалии ТПО в Северном субтропическом антициклоническом круговороте и рост отрицательных аномалий ТПО в Северных тропическом и субполярном циклонических круговоротах. При отрицательной фазе САК в изменениях аномалий ТПО наблюдаются противоположные тенденции. Вместе с тем, отмечается значимая связь между временной изменчивостью ТПО и давления при запаздывании последнего, что особенно выражено в зимний период. Это подтверждает наличие обратной реакции атмосферы на низкочастотные аномалии температуры поверхности океана.
Таким образом, полученные взаимосвязи главных мод ТПО и давления подтверждают данные других публикаций (Czaja et al., 1999; Marshall et al., 2001;
Джиганшин и Полонский, 2003; Alvarez-Garciа et al., 2011; Fan and Schneider, 2013) о наличии автоколебаний в системе океан-атмосфера в Северной Атлантике, приводящих, главным образом, к субдесятилетнему пику (периоды 6–10 лет) в спектре гидрометеорологических полей. При этом с одной стороны, изменчивость САК обусловлена медленными низкочастотными вариациями ТПО, а с другой стороны, внутренняя океаническая изменчивость генерируется интегральным воздействием атмосферы в Северной Атлантике. Имеющее место воздействие тихоокеанских океанических аномалий на североатлантические аномалии ТПО (Alexander et al., 2002) приводит к “размыванию” спектрального пика в окрестности 9 лет. Сформировавшиеся аномалии ТПО в свою очередь влияют на характеристики атмосферной циркуляции, описываемой индексом САК, что приводит к активно меняющимся гидрометеорологическим условиям над Евразийским регионом.
В подразделе 2.2 произведен анализ вклада климатических сигналов САК и ЮК в формирование соответствующих межгодовых-десятилетних аномалий в Европейском регионе. Впервые показано, что влияние САК на межгодовомдесятилетнем масштабе обуславливает до 75% величины дисперсии среднемесячной температуры зимой и 50% летом на севере Европейского региона. Развитие события Эль-Ниньо в Тихом океане сопровождается увеличением дисперсии приземной температуры воздуха на большей части Европейского региона в зимне-весенний период. При исследовании естественной изменчивости гидрометеорологических полей межгодового-десятилетнего масштаба рассчитывалась интегрированная периодограмма по ежесуточным данным о приземной температуре воздуха за каждый двухмесячный период (январь-февраль, март-апрель и т.д.). На основании таких интегрированных периодограмм была выделена межгодовая изменчивость внутримесячной дисперсии, которая приходится на поддиапазоны с синоптическими флуктуациями (с периодами 2,5–7,5 суток) и с двух/четырех недельными флуктуациями (с периодами 8–15, 8–21, 8–30 суток). Установлено, что зимой межгодовая изменчивость синоптических флуктуаций поля приземной температуры воздуха в Европе определяется, главным образом, САК, а межгодовая изменчивость двух/четырех недельных флуктуаций зимой-весной – Южным колебанием (рис. 1).
Это свидетельствует об усилении циклонической активности в центральной Европе и Средиземноморском регионе в отрицательную фазу САК и увеличении числа ситуаций блокирования при развитии событий ЮК, что приводит к соответствующим климатическим аномалиям гидрометеорологических полей в Атлантико-Евразийском регионе.
Третий раздел диссертационной работы посвящен исследованию влияния более низкочастотных флуктуаций, чем межгодовые-десятилетние, на устойчивость крупномасштабной пространственно-временной структуры полей приземной температуры воздуха, давления и осадков в Евразии. Многочисленные исследования последних десятилетий, включая результаты численного моделирования, показывают, что крупномасштабные аномалии в системе океан-атмосфера Северной Атлантики и Тихого океана могут существенно влиять на изменчивость гидрометеорологических полей Евразийского региона. Типичными масштабами указанной изменчивости являются межгодовой-десятилетний, а также междесятилетний-мультидекадный. При этом суперпозиция междесятилетнихмультидекадных масштабов может приводить к резким региональным изменениям в приземных гидрометеорологических полях Северного полушария. Примером таких изменений может являться климатический сдвиг 1976–77 гг., который достаточно подробно описан в литературе. Влияние явлений АМК и ТДК на изменчивость климата в Евроазиатском регионе исследовалось в работах, однако по поводу климатического сдвига 1976–77 гг. нет достаточных сведений. Поэтому в настоящем разделе рассмотрена устойчивость крупномасштабных пространственно-временных структур полей ПТВ, давления и осадков в Евразии к климатическому сдвигу 1976– 77 гг.
с.ш.
Рис. 1. Распределение коэффициентов корреляции между индексом САК и долей дисперсии ПТВ, приходящейся на синоптический (а) интервал (периоды 2,5 – 7, суток) и на двухнедельный (б) интервал (периоды 8 – 15 суток). Точками выделены области с корреляцией, значимой на 95% статистическом уровне.
В подразделе 3.1 для дальнейшего анализа межгодовой-десятилетней изменчивости полей приземной температуры воздуха, давления и осадков в Евразийском регионе были выделены, кратко проанализированы и удалены линейные тренды этих характеристик. Отмечено, что максимальные (по модулю) значимые линейные тренды ПТВ достигают 5°С/100 лет, давления – 15 гПа/100 лет и осадков – 2 мм/день за 100 лет и наблюдаются преимущественно в северозападной части Евразийского региона. Эти линейные тренды во многом обусловлены интенсификацией САК и смещением центров действия атмосферы в Североатлантическом регионе во второй половине ХХ века. Вместе с тем, относительно причины трендов в климатических характеристиках высказываются разные точки зрения, и вопрос о вероятной причине долговременных тенденций изменения климата останется дискуссионным.
В подразделе 3.2 анализируется проявление климатического сдвига 1976–77 гг.
в изменчивости приземных полей ПТВ, давления и осадков в Евроазиатском регионе. Многими авторами показано, что этот сдвиг главным образом проявляется в тихоокеанском регионе, там, где наблюдается максимальная амплитуда Тихоокеанского декадного колебания. Произошедший во второй половине 70-х годов климатический сдвиг проявляется на многих (хотя и не на всех) временных рядах и в Евразийском регионе в холодный период года. Сдвиг выглядит как “переломные” точки на временных реализациях, разделяющие временной ряд на два участка с разными статистическим характеристиками. Для анализа влияния такой нестационарности рассматриваемый временной интервал за 1950–2001 гг. был разбит на два почти равных подинтервала, и для каждого из них выполнено разложение полей на ЭОФ. Анализ показал, что этот сдвиг проявился в виде изменения пространственной и/или временной структуры определенных ЭОФ мод во всех анализируемых полях. Для полей ПТВ и давления в течение осени, зимы и весны устойчивыми к климатическому сдвигу являются только первые ЭОФ. Кроме этого для ПТВ устойчивы и вторые ЭОФ с ноября по апрель, а для поля давления – c сентября по декабрь. Для поля осадков даже первые ЭОФ оказываются неустойчивыми на протяжении всего анализируемого периода, кроме январяфевраля. Неустойчивость к климатическому сдвигу проявляется, прежде всего, в изменении пространственной структуры ЭОФ рассматриваемых полей. Выявить причину устойчивости одних мод и неустойчивости других к климатическому сдвигу 1976–77 гг. позволил проведенный кросскорреляционный и спектральный анализ. Были рассчитаны кросскорреляционные функции между индексами САК и ЮК, с одной стороны, и временным ходом первой (рис. 2) и второй моды полей ПТВ, давления и осадков для региона Евразии. Обнаружены значимые коэффициенты корреляции между индексом САК/ЮК и временным коэффициентом первой и, в некоторых случаях, второй моды рассматриваемых полей. Установлено, что при фильтрации периодов более 10 лет вид кросскорреляционных функций существенно не изменился. Это свидетельствует об устойчивости выделенных связей к более низкочастотным изменениям. Весной при запаздывании временного хода первой ЭОФ всех рассматриваемых полей на 2 месяца относительно индекса САК между ними был также получен значимый коэффициент корреляции (до 0,6).
Это дает возможность оценивать изменчивость главной климатической моды над Евразией для весеннего сезона по предшествующему индексу САК. Проведенный анализ показал, что САК обуславливает до 70% и 30% зимней межгодовой дисперсии первой и второй ЭОФ рассматриваемых метеорологических полей региона соответственно. Влияние ЮК на крупномасштабную структуру рассматриваемых полей Евразии значимо выделяется в зимне-весенний период. При этом в изменчивости временного коэффициента при первой и второй моде метеорологических полей Евразии преобладают периодичности 3–5 лет и 6–10 лет, которые проявляются в виде значимых пиков в спектрах на соответствующих частотах. Эти пики, в основном, относятся к межгодовому и субдесятилетнему диапазонам изменчивости, которые являются типичными периодичностями САК и ЮК.
Таким образом, было показано, что устойчивость первых двух мод гидрометеорологических полей Евразии к климатическому сдвигу 1976–77 гг.
обеспечивается стабильностью регионального влияния САК и ЮК на межгодовомдесятилетнем масштабе. Этот сдвиг приводит к изменению других пространственно-временных мод приземной температуры воздуха, давления и осадков.
Рис. 2. Кросскорреляционные функции между индексами САК/ЮК и временным ходом первой моды полей температуры воздуха, давления и осадков для региона Евразии в январе-феврале. Пунктир – те же значения, но после фильтрации периодов более 10 лет. Сокращения приведены для двухмесячных рядов: ЯФ, МА, МИ, и т.д. и происходят от первых букв названия месяцев.
ВЫВОДЫ
Исследование закономерностей изменчивости крупномасштабных гидрометеорологических полей межгодового-десятилетнего масштаба в АтлантикоЕвразийском регионе под влиянием Североатлантического и Южного колебаний, проведенное в диссертационной работе, позволило сформулировать следующие выводы:1. Показано, что в регионе Северной Атлантики первая мода поля давления может быть использована в качестве характеристики индекса САК не для всех месяцев года – исключение составляют июль-август.
2. Подтверждено, что субдесятилетний масштаб изменчивости САК является следствием автоколебаний в системе океан-атмосфера в Северной Атлантике.
3. Впервые показано, что влияние САК на межгодовом-десятилетнем масштабе обуславливает до 75% величины дисперсии среднемесячной температуры зимой и до 50% летом на севере Европейского региона.
4. Подтверждено, что увеличение разности температуры поверхности океана между экватором и полюсом во все сезоны года привело к интенсификации САК во второй половине ХХ века.
5. Впервые установлено, что зимой-весной межгодовая изменчивость двух/четырех недельных флуктуаций поля приземной температуры воздуха в Европе определяется, главным образом, Южным колебанием, которое при развитии события Эль-Ниньо в Тихом океане приводит к увеличению дисперсии приземной температуры воздуха в Европейском регионе.
6. Впервые выявлено наличие связи между ЮК и главными пространственновременными модами приземной температуры воздуха, давления и осадков в Евразийском регионе.
7. Показано, что устойчивость первых двух мод гидрометеорологических полей Евразии к климатическому сдвигу 1976–77 гг. обеспечивается стабильностью регионального влияния Североатлантического и Южного колебания на межгодовомдесятилетнем масштабе. Этот сдвиг приводит к изменению других пространственно-временных мод температуры воздуха, давления и осадков.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ,
которые содержатся в изданиях, включенных в перечень МОН Украины по 1. Polonsky A. Coupled ocean-atmosphere system and its impacts on European climate / A. Polonsky, E. Voskresenskaya, D. Bashаrin // In book «Climates in Transition» / Ed. by L.C. Nkemdirim. – Minuteman Press, 2003. – P. 15–28.2. Полонский А.Б. О влиянии океана на изменчивость температуры Европейского и Средиземноморского регионов / А.Б. Полонский, Д.В. Башарин, Е.Н. Воскресенская // Морской гидрофизический журнал. – 2000. – № 5. – С. 30–45.
3. Башарин Д.В. Глобальные и региональные проявления Эль-Ниньо в полях приземного давления и температуры воздуха в зимний период / Д.В.Башарин, Е.Н. Воскресенская, Н.В. Михайлова, А.Б. Полонский // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2001. – С. 48– 4. Polonsky A. On the influence of the North Atlantic and Southern Oscillations on the variability of air temperature in the Mediterranean-European Region / A. Polonsky, D. Bashаrin // Izvestiya Atmospheric and Oceanic Physics. – 2002. – Т. 38, № 1. – P. 119–128. (Работа является переводом: Башарин Д.В. О влиянии Североатлантического и Южного колебаний на изменчивость температуры воздуха в Европейско-Средиземноморском регионе. / А.Б. Полонский, Д.В. Башарин // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2002. – Т. 38, № 1. – С. 135–145).
5. Североатлантическое и Южное колебания, изменчивость характеристик деятельного слоя океана в Северной Атлантике и Европейский климат / А.Б. Полонский, Е.Н. Воскресенская, Г.Ф. Джиганшин, Д.В. Башарин // Сб. лет Одесскому экологическому университету. – 2002. – С. 127–134.
6. Effect of the Southern Оscillation on the variability of the surface temperature and pressure in the Atlantic-European region in spring / A.B. Polonskii, E.N. Voskresenskaya, D.V. Basharin, N.V. Mikhailova // Physical Oceanography. – 2003. – V. 13, Issue 3. – P. 171–182. (Работа является переводом: Глобальные и региональные проявления Эль-Ниньо в полях приземного давления и температуры в весенний период / А.Б. Полонский, Е.Н. Воскресенская, Д.В. Башарин, Н.В. Михайлова // Морской гидрофизический журнал. – 2003. – 7. North Atlantic Oscillation: Description, Mechanisms, and Influence on the Eurasian Climate / A.B. Polonskii, D.V. Basharin, E.N. Voskresenskaya, S. Worley // Physical Oceanography. – 2004. – V. 14, Issue 2. – P. 96–113. (Работа является переводом: Североатлантическое (арктическое) колебание: описание, механизмы и влияние на климат Евразии / А.Б. Полонский, Д.В. Башарин, Е.Н. Воскресенская, С.Дж. Ворли // Морской гидрофизический журнал. – 2004.
8. Basharin D.V. On the problem of influence of the North Atlantic and Southern Oscillations on the variability of surface air temperature in the EuropeanMediterranean region in summer and autumn / D.V. Basharin // Physical Oceanography. – 2004. – V. 14, Issue 5. – P. 313–319. (Работа является переводом:
Башарин Д.В. К вопросу о влиянии Североатлантического и Южного колебаний на изменчивость приземной температуры в ЕвропейскоСредиземноморском регионе в летний и осенний периоды / Д.В. Башарин // Морской гидрофизический журнал. – 2004. – № 5. – С. 64–70).
9. Relationship between North Atlantic oscillation, Euro-Asian climate anomalies and Pacific variability / A. Polonsky, D. Basharin, E. Voskresenskaya, S. Worley, A. Yurovsky // Pacific Oceanography. – 2004. – V. 2, № 1–2. – Р. 52–66.
10. Polonskii A.B. Large-scale patterns of Eurasian surface meteorological fields influenced by the climate shift of 1976–1977 / A.B. Polonskii, D.V. Basharin // Russian Meteorology and Hydrology. – 2008. – Т. 33, № 5. – С. 280–289. (Работа является переводом: Полонский А.Б. Влияние климатического сдвига 1976– 1977 гг. на крупномасштабную структуру гидрометеорологических полей Евразии / А.Б. Полонский, Д.В. Башарин // Метеорология и гидрология. – 2008.
11. Полонский А.Б. Влияние Североатлантического колебания, Эль-Ниньо-Южного колебания и Индоокеанского диполя на пространственно-временную изменчивость приземной температуры воздуха и атмосферного давления Средиземноморско-Черноморского региона / А.Б. Полонский, А.В. Торбинский, Д.В. Башарин // Вестник Одесского государственного экологического университета. – 2008. – № 6. – С. 181–197.
12. Полонский А.Б. Сравнение климатической изменчивости приземной температуры воздуха по данным наблюдений и результатам климатических расчетов: региональный и глобальный масштаб / А.Б. Полонский, Д.В. Башарин, Г. Станкунавичюс // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь:
НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2011. – Вып. 24.– С. 142–150.
13. Stankunaviius G. Relationship between Eurasian large-scale patterns and regional climate variability over the Black and Baltic Seas / G. Stankunaviius, D. Basharin, D. Pupienis // Boreal Environment research – 2012. – Vol. 17 – Р. 327–346.
14. Полонский А.Б. Скорость роста глобальной приземной температуры воздуха, рассчитанная по данным ре-анализа за 1871-2008 гг. / А.Б. Полонский, Д.В. Башарин // Доклады Национальной академии наук Украины. – 2012. – № 12. – С. 99–104.
15. Башарин Д.В. Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия / Д.В. Башарин, Г. Станкунавичюс, А.Б. Полонский // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2013. – Вып. 27. – С. 174–178.
Список статей в других изданиях и тезисов в сборниках материалов 16. Polonsky A. Low-frequency Variability of the Coupled Ocean-Atmosphere System / A. Polonsky, E. Voskresenskaya, D. Basharin // Climate Change and Variability – Past, Present and Future: International Conference, 13–17 September 1999:
Proceedings / Ed. by T. Mikamy. – Tokyo, 2000. – P. 231–236.
17. On the reasons of the European-Mediterranean Climate Variability / A. Polonsky, D. Basharin, N. Mikhailova, E. Voskresenskaya // IGU Annual Commission on Climatology: Proceedings the 29th IGC. – Seoul, 2000. – P. 74–80.
18. ENSO-Induced Climate Variability over the Europe / A. Polonsky, E. Voskresenskaya, D. Basharin, N. Mikhailova // Man and Climate in the 20th Century: June 2002: Proceedings. – Wroclaw, 2002. – Р. 82–85.
19. Basharin D. Variability of the surface meteorological fields over Eurasia for the recent 30 years / D. Basharin // Pre-prints of International Center Theoretical Physics, Italy, № IC/2009/077. – Trieste, 2009. – 16 p.
20. Basharin D. Climatic surface air temperature fluctuations over Ukraine:
observation, reanalyses and WCRP CMIP3 multi-models / D. Basharin, G. Stankunaviius // International Center Theoretical Physics reports, № IC/IR/2010/011. – Trieste, 2010. – 9 p.
21. On the features and reason of the European climate variability / A.B. Polonsky, D.V. Basharin, E.N. Voskresenskaya, N. Mickailova // Conference on Alpine Meteorology: 26th Inter. Conference, 11–15 Sept. 2000: Preprints of Proceedings. – 22. Polonsky A. On a climate variability in the European / Mediterranean region / A. Polonsky, D. Basharin // Challenges of a Changing Earth: Int.Conference, 10– 13 July 2001: Abstracts. – Stockholm, 2001. – P. 155.
23. Башарин Д.В. Изменчивость гидрометеорологических характеристик Североатлантического колебания / Д.В. Башарин, О.В. Емельянов // Ломоносов-2003: межд. науч. конф., 15–18 апреля 2003 г.: материалы конференции. – Севастополь, 2003. – С. 9.
24. Башарин Д.В. Об изменчивости полей приземной температуры воздуха и осадков над Черноморским регионом / Д.В. Башарин // Pontus Euxinus 2003:
межд. науч. конф., 27–30 мая 2003 г.: тезисы докладов. – г. Севастополь, 2003.
25. Башарин Д.В. О межгодовой изменчивости гидрометеорологических характеристик Европейско-Азиатского региона / Д.В. Башарин // Ломоносовмежд. науч. конф., 12–15 апреля 2004 г.: тезисы докладов. – Севастополь, 2004. – С. 8.
26. Polonsky A.B. Mechanism of interaction of North Atlantic Oscillation and El-Nino – Southern Oscillation / A. Polonsky, D. Basharin, A. Yurovsky // EGU General Assembly: 25–30 April 2004: Book/CD of EGU General Assembly Abstracts – Nice, France, 2004 – 1 p.
27. Polonsky A.B. NAO-ENSO Interaction: Manifestations and Mechanisms / A. Polonsky, D. Basharin, A. Yurovsky // 1st International CLIVAR Science Conference: 21-25 June, 2004: Abstracts – Baltimore, Maryland USA. – P. 28. Башарин Д.В. Изменчивость основных гидрометеорологических полей в Северной Атлантике: тренды и модальный состав / Д.В. Башарин // Ломоносов-2005: межд. науч. конф., 7–11 апреля 2005 г.: тезисы докладов – Севастополь, 2005. – С. 9–10.
29. Башарин Д.В. О пространственно-временной структуре эмпирических ортогональных функций гидрометеорологических полей над Евразией во второй половине ХХ века в связи с Североатлантическим и Южным колебаниями / Д.В. Башарин, А.Б. Полонский // Фундаментальные исследования важнейших проблем естественных наук на основе интеграционных процессов в образовании и науке: межд. науч. конф., 19– августа 2006 г.: тезисы докладов. – Севастополь, 2006. – С. 99.
30. Polonsky A.B. North Atlantic, Southern Oscillations and associated Eurasian Climate changes / A.B. Polonsky, E.N. Voskresenskaya, D.V. Basharin // Climatе Change and impacts in Eastern and Central Europe: Workshop, 10–13 September 2006: abstracts. – Poina Brasov, Romania, 2006 – Р. 8.
31. Башарин Д.В. Пространственно-временная изменчивость основных гидрометеорологических полей Атлантико-Евроазиатского региона / Д.В. Башарин // Ломоносов-2006: межд. науч. конф., 12–15 апреля 2006 г.:
тезисы докладов. – Севастополь, 2006. – С. 15–17.
крупномасштабную структуру приземных гидрометеорологических полей Евразии / Д.В. Башарин // Ломоносов-2007: межд. науч. конф., 11–14 апреля 2007 г.: тезисы докладов. – Севастополь, 2007. – С. 6–7.
33. Башарин Д.В. Крупномасштабная структура приземных метеорологических полей Евразии в связи с климатическим сдвигом 1976–77 гг. / Д.В. Башарин // Современные проблемы рационального природопользования в прибрежных морских акваториях Украины: межд. науч. конф., 12–14 июля 2007 г.: тезисы докладов. – Севастополь, 2007. – С. 50–51.
34. Башарин Д.В. Сравнение среднемесячных полей осадков в ре-анализах JRA/NCEP и стандартных гидрометеорологических данных в черноморском регионе. / Д.В. Башарин // Ломоносов-2009: межд. науч. конф., 14–17 апреля 2009 г.: тезисы докладов. – Севастополь, 2009. – C. 6–7.
35. Башарин Д.В. Изменчивость приземных гидрометеорологических полей Евразии за последние 30 лет / Д.В. Башарин // Ломоносов-2010: межд. науч.
конф., 12–15 апреля 2010 г.: тезисы докладов. – Севастополь, 2010. – С. 15–17.
36. Башарин Д.В. Изменчивость блокингов и их связь с приземными полями температуры воздуха и осадков в Европейском регионе / Д.В. Башарин, Г. Станкунавичюс, А.Б. Полонский // Современное состояние и перспективы наращивания морского ресурсного потенциала Юга России: межд. науч.
конф., 15–18 сентября 2014 г.: тезисы докладов. – Севастополь, 2014. – С. 135–
АННОТАЦИЯ
Башарин Д.В. Изменчивость гидрометеорологических полей АтлантикоЕвразийского региона под влиянием Североатлантического и Южного колебаний –На правах рукописи
.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.09 – метеорология, климатология, агрометеорология. – Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь, 2014.
Диссертация посвящена исследованию закономерностей межгодовойдесятилетней изменчивости крупномасштабных гидрометеорологических полей в связи с “дальнодействием” Североатлантического (САК) и Южного колебаний (ЮК) на основе анализа различных массивов данных (ре-анализов ERA, JRA и NCEP, данных наблюдений COADS, CRU) в Атлантико-Евразийском регионе. При выделении межгодовой-десятилетней изменчивости гидрометеорологических полей проводилось их детрендирование, затем анализировались существующие тенденции изменений этих параметров. Для изучения причины интенсивного субдесятилетнего пика в спектре САК проанализирована роль аномалий полей приводного давления и поверхностной температуры океана Северной Атлантики на основе данных наблюдений СOADS. Результаты анализа подтверждают данные других публикаций, что этот масштаб изменчивости САК является следствием автоколебаний в системе океан-атмосфера в Северной Атлантике. Отмечено, что увеличение разности температуры поверхности океана между экватором и полюсом во все сезоны года привело к интенсификации САК во второй половине ХХ века.
В работе произведена оценка вклада этих климатических сигналов в формирование соответствующих межгодовых-десятилетних аномалий в АтлантикоЕвразийском регионе с использованием данных различных наблюдений и реанализа. Впервые показано, что влияние САК на межгодовом-десятилетнем масштабе обуславливает до 75% величины дисперсии среднемесячной температуры зимой и 50% летом на севере Европейского региона. Развитие события Эль-Ниньо в Тихом океане сопровождается увеличением дисперсии приземной температуры воздуха в Европейском регионе в зимне-весенний период. Установлено, что зимойвесной межгодовая изменчивость синоптических флуктуаций (с периодами 2,5–7, суток) поля приземной температуры воздуха в Европе определяется, главным образом, САК, а межгодовая изменчивость двух/четырех недельных флуктуаций (8– 15, 8–21, 8–30 суток) – Южным колебанием. Это свидетельствует об усилении циклонической активности в центральной Европе и Средиземноморском регионе в отрицательную фазу САК и увеличения числа ситуаций блокирования при развитии событий ЮК, что приводит к соответствующим климатическим аномалиям гидрометеорологических полей в Атлантико-Евразийском регионе.
Проведено исследование влияния климатического сдвига 1976–77 гг. на крупномасштабную пространственно-временную структуру гидрометеорологических полей Евразии. Этот сдвиг присутствует в отдельных временных рядах гидрометеорологических полей Евразии, проявляясь в виде различия средних величин/дисперсии/частоты временного ряда до и после 1976–77 гг., и связывается с суперпозицией естественных междесятилетних колебаний. Сдвиг 1976–77 гг. делит временной ряд гидрометеорологических полей реанализа NCEP (1950–2001 гг.) на две почти равные части, что позволяет рассмотреть его проявление в Евроазиатском регионе с использованием метода разложения на ЭОФ. В рамках этого метода установлена устойчивость первых двух мод к климатическому сдвигу 1976–77 гг., которая обеспечивается, прежде всего, стабильностью регионального влияния САК и ЮК на межгодовом-десятилетнем масштабе. При этом климатический сдвиг 1976– 77 гг. привел к изменению всех остальных пространственно-временных мод температуры воздуха, давления и осадков.
Ключевые слова: Эль-Ниньо – Южное колебание, Североатлантическое колебание, межгодовая-десятилетняя изменчивость гидрометеорологических полей, Атлантико-Евразийский регион.
SUMMARY
Basharin D.V. The variability of hydrometeorological fields of Atlantic-Eurasian region due to the influence of the North Atlantic and Southern Oscillations. – As a manuscript.The thesis to claim the academic degree of candidate of geographical sciences on the specialty 11.00.09 – meteorology, climatology, agricultural meteorology. – Marine Hydrophysical Institute of the NAS of Ukraine, Sevastopol, 2014.
The thesis deals with the research of the interannual to decadal variability of largescale meteorological fields due to teleconnection of the North Atlantic (NAO) and the Southern Oscillation (SO) based on analysis of various data sets (ERA, JRA, NCEP reanalysis and observational data COADS, CRU) in the Atlantic-Eurasian region. It was confirmed that quasi-decadal scale variability of the NAO is a consequence of the autooscillation behavior of large-scale oceanic and atmospheric anomalies in the North Atlantic. Also it was noted that the increase in the difference of sea surface temperature between the equator and the pole in all seasons of the year led to an intensification of the NAO in the second half of the twentieth century. The contribution of the climate signals in the formation of the corresponding interannual to decadal anomalies in the AtlanticEurasian region was evaluated using data of the various observations and re-analysis. It is found that in the winter-spring interannual variability of synoptic fluctuations (2,5–7, days) field of surface temperature in Europe is determined mainly by the NAO, and interannual variability of two/four-week fluctuations (8–15, 8–21, 8–30 days) – SO. The study of an impact of climatic shift 1976–77 on interannual to decadal variability of hydrometeorological fields over Eurasia was discussed as well. This shift divides the time series of hydrometeorological field re-analysis of the NCEP (1950–2001) into two almost equal parts, which allows us to consider its manifestation in the Eurasian region, using the empirical orthogonal function decomposition. Under this method the prevailing stability of the first two spatial-temporal modes of surface temperature, pressure, and precipitation to climate shift 1976–77 was set. It happened primarily because of relative stability of the NAO and SO substantial regional influence on the interannual to decadal scale in the Eurasian region in the second half of the twentieth century. The climate shift 1976–77 was resulted in changes of all other spatial-temporal modes of air temperature, pressure, and precipitation over Eurasia region.
Keywords: El-Nino – Southern Oscillation, North Atlantic Oscillation, interannual to decadal variability of meteorological fields, Atlantic-Eurasian region.
Башарін Д.В. Мінливість гідрометеорологічних полів Атлантиковразійського регіону під впливом Північноатлантичного і Південного коливань. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Морський гідрофізичний інститут НАН України, Севастополь, 2014.
Дисертація присвячена дослідженню закономірностей міжрічної-десятирічної мінливості великомасштабних гідрометеорологічних полів у зв'язку із “дальнодією” Північноатлантичного (ПАК) і Південного коливань (ПК) на основі аналізу даних спостережень і різних ре-аналізів в Атлантико-Євразійському регіоні. Вивчалася причина інтенсивного субдесятирічного піку в спектрі ПАК на основі аналізу аномалій полів тиску на рівні моря та поверхневої температури океану в Північній Атлантиці. Здійснювалася оцінка вкладу сигналів ПАК та ПК у формування відповідних міжрічних-десятирічних аномалій в Євразійському регіоні з використанням даних спостережень і різних ре-аналізів. Досліджений вплив кліматичного зсуву 1976–77 гг. на великомасштабну просторово-часову структуру мінливості гідрометеорологічних полів Євразії. Виявлені різні закономірності і отримані кількісні оцінки просторових змін гідрометеорологічних полів, а також їх міжрічної-міждесятирічної мінливості в Атлантико-Євразійському регіоні у зв'язку з глобальними процесами в системі океан-атмосфера: ПАК і ПК.
Ключові слова: Ель-Ніньо – Південне коливання, Північноатлантичне коливання, міжрічна-десятирічна мінливість гідрометеорологічних полів, Атлантико-Євразійський регіон.
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Башарина Дмитрия Викторовича Подписано в печать 14.10. Формат бумаги 60 84 1/16._ Отпечатано НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика»
299011, г. Севастополь, ул. Ленина, Свидетельство о государственной регистрации Серия ДК № 914 от 16.02.
«