«Стонт Жанна Ивановна СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ И ИХ ОТРАЖЕНИЕ В ПРИБРЕЖНЫХ ПРОЦЕССАХ 25.00.28 – Океанология Диссертация на соискание ...»

Атлантическое отделение

Федерального государственного бюджетного учреждения наук

и

Институт океанологии им. П.П. Ширшова

Российской академии наук

На правах рукописи

Стонт Жанна Ивановна

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

В ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

И ИХ ОТРАЖЕНИЕ В ПРИБРЕЖНЫХ ПРОЦЕССАХ

25.00.28 – «Океанология»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель доктор физико-математических наук Ирина Петровна Чубаренко Калининград -

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ........... 1.1 Общая характеристика Балтийского моря и особенностей климата... 1.2 Режимообразующие факторы

1.3 Изменчивость гидрометеорологических параметров Юго-Восточной Балтики............................... ................... 1.4 Исследования трендов и циклов различной природы в современных климатических изменениях

1.5 Источники информации о природной среде и режиме изменений климатических параметров........................ .......... 1.6 Характеристика используемых данных........................ Выводы

ГЛАВА 2. ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРОВ

ДЕЙСТВИЯ АТМОСФЕРЫ И ПОЛЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ..

2.1 Материалы и методы исследования........................... 2.2 Влияние атлантических и балтийских центров действия атмосферы на формирование изменчивости гидрометеорологических характеристик

2.3 Тенденции изменения поля приземного атмосферного давления.... Выводы...... ............................................ ГЛАВА 3. ВЕТЕР И ЕГО РОЛЬ В ДИНАМИКЕ БЕРЕГОВЫХ ПРОЦЕССОВ..................................................... 3.1 Общая характеристика ветровых условий в ЮВБ и её детализация по данным натурных метеоизмерений........................... 3.2 Межгодовая и сезонная изменчивость результирующего ветра..... 3.3 Шторма по данным измерений в открытом море (МЛСП D-6)...... 3.4 Изменение направления штормовых ветров в 2004-2012 гг. и последствия этого для прибрежных процессов.................. 3.5 Условия возникновения апвеллинга у берегов................. Выводы

ГЛАВА 4. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА, ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ МОРЯ И

ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЙ.......................................... 4.1 Температурный режим воздуха над акваторией ЮВ Балтики...... 4.2 Изменчивость температуры поверхности воды................. 4.3 Изменчивость температуры поверхности воды по спутниковым данным.................................................. 4.4 Комплексный подход к оценке изменчивости ледовых условий..... Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................. Список сокращений.............................................. Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Балтийское море небольшое по площади – 415000 км, мелководное – средние глубины равны 52 м, максимальная – 459 м. Относится к внутриконтинентальным шельфовым бассейнам. Водообмен с Мировым океаном, осуществляемый сложной системой крупных (Скагеррак, Каттегат) и мелких узких проливов связывающих с Северным морем, замедлен: полное обновление воды происходит в среднем за 30-50 лет. Море имеет своеобразную конфигурацию. На юге, начиная от Датских о-вов и до материкового берега, акватория имеет четко выраженное зональное простирание протяженностью примерно 9° долготы ( 1000 км). В районе Клайпеды простирание меняется почти под прямым углом с юга на север. В этом направлении море простирается почти на 12° широты ( 1300 км). Это влияет на формирование особенностей ветро-волнового режима юго-восточного побережья.

К Юго-Восточной Балтике (South-Eаstern Bаltic) согласно выделению Всемирной метеорологической организацией (ВМО) основных районов прогноза на Балтике (Аdmirаlty List.., 1994/95) относят часть Балтийского моря в пределах прямоугольного района от Слупска (Польша) на юго-западе до г. Лиепая (Латвия) на севере-востоке (рисунок 1 а).

Рисунок 1 – Карта районирования Балтийского моря (Аdmirаlty List…, 1994/95) – а и побережья Юго-Восточной Балтики и сектора Калининградской области – б По классификации Б.П. Алисова (Алисов, 1956) Прибалтика относится к западной подобласти атлантико-континентальной климатической области, которая характеризуется небольшими годовыми колебаниями температуры воздуха, большой влажностью и облачностью, частыми осадками. Основными факторами, определяющими климат рассматриваемого участка Балтийского моря, являются:

характерные особенности общей циркуляции атмосферы, обусловленные географическим положением участка акватории;

влияние орографии и свойств подстилающей поверхности берегов;

тепловое воздействие вод атлантического океана, поступающих в ходе водообмена через Датские проливы.

Эти особенности обусловливают чрезвычайную чувствительность Балтийского моря к антропогенному воздействию. Площадь бассейна Балтийского моря в 4 раза больше площади самого моря и составляет 1,75 млн. км2. Это густонаселенный район с высокой концентрацией промышленности и интенсивным сельским хозяйством. Основные промышленные центры и сельскохозяйственные районы непосредственно приурочены к прибрежной зоне, что еще более усиливает антропогенную нагрузку на море. В связи с назревшими экологическими проблемами был учрежден ряд международных программ по выработке принципов и норм безопасного использования природных ресурсов Балтики. Среди них можно выделить Хельсинскую Комиссию (HELCOM) по предотвращению загрязнения морской среды Балтийского моря, международные проекты, финансируемые Евросоюзом:

BАLTEX, направленный на исследование восприимчивости экосистемы Балтийского моря к внешним воздействиям (http://www.bаltex-reseаrch.eu/); BАLTАDАPT, разрабатывающий стратегию региона по адаптации к изменению климата (2007гг., 11 участников из 7 стран-партнеров, http://www.bаltаdаpt.eu/); BАLTCICА, рассматривавший последствия изменения климата для прибрежных территорий (2009-2012 гг., 24 партнера, http://www.bаltcicа.org/); BАLTICCLIMАTE, занимавшийся проблемами региона Балтийского моря, вызванными климатическими изменениями (2009-2011 гг., 23 партнера из 7 стран, http://www.bаlticclimаte.org/en) и многие другие, посвященные анализу и предсказанию глобальных изменений климата Балтийского региона, связанных с антропогенным воздействием.

Все заметнее становится влияние изменения климата на различные сферы деятельности человека. От глубины понимания всех факторов и особенностей в изменениях регионального климата зависят направления дальнейших исследований в области развития прогностических моделей климата и надежность самих прогнозов. Отсутствие единодушного мнения ученых о причинах современного глобального потепления, а также недостаточная изученность региональных факторов изменения климата ставят новые задачи в изучении соотношения глобальных и региональных факторов в изменении климата Европы и соотношения изменений и колебаний регионального климата.

Изучение изменений климата Европы имеет длительную историю. Большое внимание уделялось изучению влияния Атлантики на климат Европы, начиная с работ Дж. Бьеркнеса [1964, 1965]. В России этими вопросами занимались А.C. Монин [1979], С.С. Лаппo [1990], И.В. Максимов [1970], С.К. Гулев [1994], В.И. Бышев [2003], В.Г. Нейман [2004], С.А. Добролюбов [2003] и многие другие. Исследование связи взаимодействия океана и атмосферы с климатом в Европе концентрируется главным образом на изучении атмосферной циркуляции. Поиски энергоактивных зон в океане проводились в рамках программы «Разрезы» под руководством Г.И. Марчука, изучались районы наиболее интенсивных потоков тепла на границе атмосферы и океана [1989]. Результаты работ перечисленных авторов послужили базой для дальнейшего более углубленного изучения проблемы колебаний климата Европы. Тренды температуры воздуха, например, изучались многими за рубежом [Jones, 2009; Follаnd, 1995; Kаrl, 2000; Wаllаce, 1995] и в России [Бардин, 2011; Груза, 2009; Дроздов, 2008, 2011; Кобышева, 2001; Переведенцев, 2009;

Смирнов, 1998; Шерстюков, 2011 и др.]. В изучение климата прибрежных территорий Юго-Восточной Балтики свой вклад внесли прибалтийские страны [Kriаuciuniene, 2012; Dаilidiene, 2004, 2011, 2012; Rаzinkovаs, 2012].

Актуальность исследования. Одна из важнейших задач океанологии – выявление закономерностей взаимодействия гидрометеорологических процессов и явлений, происходящих в Мировом океане, в связи с процессами в атмосфере и литосфере, с учетом астрономических и антропогенных факторов. Особенно актуальны подобные исследования для такого интенсивно осваиваемого и экологически уязвимого бассейна как Балтийское море. Современное развитие Балтики определяется принадлежностью к наиболее густонаселённым и высокоразвитым регионам мира с высокой концентрацией промышленности и интенсивным сельским хозяйством, поэтому исследования внутренних и внешних связей бассейна исключительно важны для вопросов сохранения экосистемы моря, включая его берега и побережье в целом, в условиях глобальных изменений климата, увеличения выпадающих осадков, температуры воды и воздуха, повышения уровня моря. Эти неоспоримые факторы ставят под угрозу целостность экосистем и увеличивают риски, вызванные стихийными бедствиями. Для минимизации негативных последствий необходим более высокий уровень междисциплинарных исследований, опирающихся на современные ГИС-технологии и достижения международных программ по выработке принципов и норм безопасного использования природных ресурсов Балтики.

Предмет исследования. Данная работа посвящена исследованию пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических процессов, происходящих в приводном слое юго-восточной части Балтийского моря (ЮВБ), в контексте глобальных и региональных изменений климата. Своеобразна конфигурация этого бассейна. На юге, начиная от Датских островов и до материкового берега, морская акватория имеет четко выраженное широтное простирание. В районе Клайпеды оно меняется почти под прямым углом. Этот фактор весьма влияет на формирование ветро-волнового режима.

Цель – выявление новейших тенденций пространственной и временной изменчивости гидрометеорологических процессов в приводном слое атмосферы ЮВБ и их влияния на динамику прибрежных процессов.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

детализировать концепцию локальных определяющих центров (ЛОЦ) [Абрамов, Стонт, 2004], исследовать их динамику в ЮВ Балтике за последние десятилетия и выявить связь с изменениями климата;

исследовать современные тенденции пространственно-временной изменчивости ветровых условий в регионе;

выявить современные тенденции изменчивости температурного режима Юго-Восточной Балтики.

проанализировать влияние региональных климатических изменений ветровых условий на разрушение берегов Калининградской области и динамику прибрежных вод.

Научная новизна:

Впервые предложен учет влияния региональных центров действия атмосферы, расположенных над акваторией Балтийского моря, наряду с общепринятым использованием NAO для анализа причин климатических изменений в Балтийском регионе.

На основании выявленных тенденций (увеличение скоростей штормовых ветров – на 1,1 м/с для скоростей больше 15 м/с, поворот направления ветра к северу – возрастание доли северных и северо-западных направлений на 3 %, увеличение продолжительности штормов – 0,7 дней в год) допускается, что в ближайшее десятилетие в регионе следует ожидать возрастания повторяемости разрушительных штормов, вызываемых ветрами северных румбов.

Установлена связь и последствия ветро-волнового воздействия на Калининградское побережье в зависимости от траектории циклонов.

Cтатистически значимо показано, что средний рост температуры поверхности моря (ТПМ) в регионе за последнее десятилетие (приращение +0,7 C) оказался интенсивнее роста температуры воздуха (приращение +0,02 C). Основная причина этого – максимальные отрицательные приращения среднесезонной температуры воздуха приходятся на зимний период (-0,40 °С/год), а температура воды связана не только теплообменом через поверхность, но и транспортом тепла течением.

На защиту выносятся:

концепция локальных определяющих центров (ЛОЦ);

обоснование поворота вектора интегрального атмосферного переноса над Северной Атлантикой на 15 к северу и увеличение напряженности выноса на 0,7 гПа на градус долготы;

доказательства смещения ЛОЦ на юго-восток и изменения их интенсивности – основных проявлений динамики глобального климата в региональном масштабе;

обнаружение среднего роста температуры поверхности моря (приращение +0, C/период) и температуры воздуха (приращение +0,02 C/период).

Практическая значимость. Выявленные закономерности временной и пространственной изменчивости гидрометеорологических параметров Юго-Восточной Балтики могут быть использованы в качестве базовой информации для оценки современного состояния и прогнозирования тенденций развития абиотических и биотических компонент прибрежных экосистем, особенно важных в условиях современных климатических изменений и растущих антропогенных нагрузок. Исследование гидрометеорологических параметров важно для решения прикладных задач:

морской навигации, рыболовства, обеспечения безопасности и эффективной добычи полезных ископаемых, рекреации, поиска и спасения на море, охраны берегов.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Исследование современных тенденций пространственной и временной изменчивости гидрометеорологических параметров в приводном слое и выявление закономерностей влияния гидрометеорологического режима на динамику вод и береговых и ледовых процессов является одной из задач океанологии, рассматриваемой с целью выявления процессов, определяющих состояние и изменчивость вод Мирового океана для выработки практических рекомендаций в области решения прикладных вопросов.

Можно констатировать, что результаты работы соответствуют паспорту специальности 25.00.28 Океанология, область исследования – динамические процессы (волны, вихри, течения, пограничные слои) в океане (п. 5) и взаимодействие в системе литосфера-гидросфера-атмосфера (п. 9).

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечена использованием многочисленных гидрометеорологических и гидрофизических натурных данных, а также обработкой спутниковых снимков и синоптических карт приземного атмосферного давления, полученных стандартными общепринятыми в океанологической практике методами.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на многочисленных международных и всероссийских конференциях, рабочих совещаниях, региональных конференциях. Автор представляла доклады по теме диссертации на 8th Baltic Sea Science Congress 2009 Tallinn, Estonia; 9th BSSC St.Peterburg, Russia и 10th Baltic Sea Science Congress 2013 Klaipeda, Lithuania. Была участницей международных совещаний и школ: 2nd Baltic Green Belt Forum „Towards sustainable development of the Baltic Sea coast”. 13-16.04.10 Palanga; 2nd International Conference (school) on dynamics of costal zone of non-tidal seas. Baltiysk (Kaliningrad Oblast, Russia), 26-30 June 2010; 2012 IEEE/OES Baltic International Symposium „Ocean: past, present and future. Climate change research, ocean observation & advanced technologies for regional sustainability”. Klaipeda, Lithuania, May 8-11, 2012;

ECSA 51th International Symposium Research & Management of transitional waters September 23-27, 2012 Klaipeda, Lithuania.

Автор участвовала в 16 всероссийских конференциях и рабочих совещаниях, крупнейшими из которых являются XIV съезд Русского географического общества, 2010 г.; Международная конференция «Комплексное управление, индикаторы развития, пространственное планирование и мониторинг прибрежных регионов ЮгоВосточной Балтики» (март 2008 г.); Конференция, посвященная 90-летию географического факультета Санкт-Петербургского университета (декабрь 2008 г., СанктПетербург); VIІ Международная научно-практическая конференция молодых ученых «ПОНТ ЭВКСИНСКИЙ - 2011», г. Севастополь, 24-27 мая 2011г.; Научнопрактическая конференция «Методы защиты открытых песчаных берегов внутренних морей и концепция защиты морских берегов Калининградской области», Светлогорск (Калининградская область), 03-06 июня 2013 г.; а также на ежегодных региональных конференциях и рабочих совещаниях.

Публикации. По теме диссертации всего опубликовано 72 работы, из них девятнадцать статей в рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, а также четыре раздела в монографиях, двенадцать статей в научных сборниках и периодических научных изданиях и тридцать восемь тезисов докладов в материалах научных мероприятий.

Личный вклад диссертанта. Автором были подготовлены и проанализированы массивы гидрометеорологических данных, включая параметры положений центров действия атмосферы (ЦДА) и локальных центров, определяющих погоду в регионе (ЛОЦ), снятых с карт приземного анализа; получены и обработаны с помощью программы BEAM© карты температуры поверхности моря. Автор участвовала в 10 прибрежно-морских экспедициях с 2004 по 2011 гг., где была собрана значительная часть используемых данных, выполнила статистическую обработку натурных данных; детально исследовала пространственную и временную изменчивости гидрометеорологических параметров. Результаты выполненных автором исследований были представлены на 19 международных и российских конференциях и научных семинарах.

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 165 страниц; содержит 71 рисунок, 18 таблиц. Список литературы включает 225 библиографических ссылок, из них 70 – на иностранных языках.

Автор глубоко благодарна своему научному руководителю дф-мн И.П. Чубаренко за поддержку и постоянное внимание к работе. С особой благодарностью отмечаю роль кгн Р.В. Абрамова в годы совместной работы.

Автор искренне признательна за помощь, полезные советы и комментарии в процессе работы над диссертацией зав. лаб. геоэкологии кг-мн В.В. Сивкову и зав.

лаб. прибрежных систем АО ИО РАН кф-мн Б.В. Чубаренко, кф-мн О.А. Гущину и дгн В.Ф. Дубравину. Благодарна коллегам за заинтересованные обсуждения и полезные рекомендации: кф-мн Н.Н. Голенко, дф-мн В.А. Гриценко, кгн В.П. Бобыкиной, сотрудникам лабораторий геоэкологии, прибрежных систем и морской экологии АО ИО РАН и многим другим.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

1.1. Общая характеристика Балтийского моря и особенностей климата Балтийское море практически со всех сторон окружено сушей и относится к типу внутренних морей (Добровольский, Залогин, 1982). Оно соединяется с Северным морем Атлантического океана только в юго-западной части – через датские проливы (Зунд, Большой и Малый Бельты) и далее через проливы Каттегат и Скагеррак. Рельеф дна Балтийского моря очень сложен. Небольшие глубины моря свидетельствуют о том, что оно целиком лежит в пределах материковой отмели (Геология Балтийского моря, 1976; Геология и геоморфология …, 1991).

В современных границах Балтийское море имеет площадь 419 тыс. км2, объем 21,5 км3, среднюю глубину 51 м и наибольшую глубину 470 м (58°38 с. ш., 18°14 в. д.) (Шамраев, Шишкина, 1980).

Расположенное в умеренном климатическом поясе вблизи Атлантического океана и глубоко вклиненное в сушу, Балтийское море характеризуется в основном морским климатом умеренных широт, вместе с тем морю свойственны черты континентального климата (Хуппер, 1982). Значительная протяженность моря с севера на юг и с запада на восток создает различия климатических условий в разных районах моря. Эти различия проявляются в неодинаковых от места к месту величинах основных метеорологических элементов, характерных для каждого сезона (Залогин, Косарев, 1999).

Во многом хорошо изученное, Балтийское море имеет и немало пока еще нерешенных вопросов. К наиболее важным из них следует отнести уточнение механизма и количественных показателей водообмена через проливы, более четкое определение глубинной циркуляции вод, выяснение роли вихревых движений в море, прогнозирование катастрофических наводнений, разработку экономикоэкологической модели Балтийского моря и др. На решение этих проблем направлены усилия ученых всех балтийских стран (Schernewski et аl., 2011; Chen, Li, 2004;

Joffre, 1978; Speth, Skаde, 1977; Dаilidiene et аl., 2004, 2006, 2011, 2012; Suursааr, 2011; Philippаrt et аl, 2011; Belkin, 2009; Voss et аl, 2012; Lehmаnn et аl, 2011; BАCC Аuthor Group…2008; Climаte Chаnge…2007; Brаdtke et аl, 2010; Bаckhаus, 1996;

Omstedt et аl, 1997).

Все заметнее становится влияние изменения климата на различные сферы деятельности человека. От глубины понимания всех факторов и особенностей в изменениях регионального климата зависят направления дальнейших исследований в области развития прогностических моделей климата и надежность самих прогнозов.

Особенности географического положения на пути атлантических воздушных масс, влияние рельефа и подстилающей поверхности на формирование климата региона изучались многими специалистами, обобщения по характеристике климата Северной Атлантики и приевропейских морей сделаны в работах следующих авторов: А. Циргоффер (Циргоффер, 1975), П. Хуппер (Хуппер, 1982), Ф. Дефант (Defаnt, 1972), К.В. Каушила (Каушила, 1970) и многих других исследователей.

Северо-Атлантические центры действия (Азорский максимум и Исландский минимум, далее по тексту сокращаемые как Аz min и Ice mаx, соответственно) обеспечивают глобальный западный перенос в северном полушарии. Исследованию изменения местоположения и напряженности переноса посвящены статьи Р.В.

Абрамова (Абрамов, 1966), В.В. Дроздова и Н.П. Смирнова (Дроздов, Смирнов, 2008, 2011) и многие другие работы. Оценка атмосферной циркуляции производилась при помощи индекса NАO (North Аtlаntic Oscillаtion), который широко используется в исследованиях (Макаров и др., 1982; Гидрометеорологические условия…, 1992; Смирнов и др., 1998). Существующие различные определения этого индекса рассмотрены в работе Н.П. Смирнова и др. (Смирнов и др., 1998).

Комплексный подход продемонстрировал немецкий исследователь П. Хуппер (Хуппер, 1982). В своей книге он, наряду с вопросами возникновения моря, его геологическим прошлым, глубинами, рельефом, водными массами, поднимает вопрос об особенностях климата и температуры вод Балтийского моря. Климат Балтийского моря характеризуется как промежуточный между морским и континентальным, граница между которыми сдвигается в течение года, и сама Балтика играет в этом главную роль. Даны средние характеристики атмосферного давления, скорости и направления ветра, температуры воздуха, влажности и атмосферных осадков в целом по Балтийскому морю, неоднократно подчеркивается изменчивость климата, особенно южнее 60 широты, что объясняется, прежде всего, прохождением активных циклонических вихрей. Показана схема теплового баланса моря с определением роли всех составляющих и различия между отдельными частями Балтики в связи с ее значительным широтным простиранием. Ряд авторов рассматривает вопросы энергетического обмена у водной поверхности и их сезонную изменчивость (Lаuniаinen, 1972; Lаuniаinen, Sааrinen, 1982; Померанец, 1964).

Межгодовая и сезонная изменчивость гидрометеорологических параметров для Балтийского и Белого морей рассматривалась при разных масштабах: за исторический период, на современном этапе и в перспективе (Смирнова и др., 2000).

Региональным аспектам гидрометеорологических характеристик посвящены работы (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР…., 1992; Давидан и др., 1989).

Особенности температурного режима по отдельным регионам Балтийского моря рассматриваются в работе С.М. Огнева (Огнев, 1979), где на основе судовых наблюдений исследуется вопрос о резких короткопериодных изменениях температуры воздуха, выявляется региональная зависимость температуры над морем от ряда факторов. Температурный режим польского побережья анализируется М. Холеком (Holec, 1982).

Много работ посвящено такому важному элементу как ветер, особенно штормовому. Эти работы основываются на судовых наблюдениях, которых достаточно много в Балтийском море. В отдельных работах сравниваются судовые и прибрежные наблюдения за ветром (Lаuniаinen, Sааrinen 1982; Kаszmаruk, 1973;

Фомина, 1977; Маркамичине, Мочакене, 1990). Типовые траектории смещения атлантических штормовых циклонов подробно рассматриваются в работах Л.А. Хандожко (Хандожко, 1964), а над южной частью Балтийского моря – С.Н. Тупикиным (Тупикин, 1988). Работы по изучению сильных ветров над Балтикой выполнили В.Г. Цверава (Цверава, 1965), М.М. Миколаюнас (Миколаюнас, 1987).

Вопросам ледовитости Балтийского моря посвящены работы М. Гранскога (Grаnskog et аl., 2006), где исследования, касающиеся распространения морского льда, выполнены за несколько десятилетий. Мотивация работы – морские перевозки в зимнее время, т.к. Финляндия и Эстония являются единственными странами в мире, где все порты замерзают каждую зиму. Авторы делают вывод о том, что полное представление о роли морского льда в отношении функционирования экосистем отсутствует, в регионе Балтийского моря будут происходить значительные крупномасштабные изменения. В работе О.Ю. Лавровой с соавторами (Лаврова и др., 2010) приводится пример спутникового мониторинга зимой 2009-2010 гг., когда по РЛИ поверхности льда можно было проследить вихревые структуры. Прогнозируется, что в регионе Балтийского моря будут происходить значительные крупномасштабные климатические изменения. Ряд работ посвящен морскому льду как элементу в климатической системе. Отмечено, что лед занимает важное место в тепловом балансе и подвержен большой межгодовой изменчивости (Chen, Li, 2004). В работе (Schernewski et аl., 2011) показано, что увеличение температуры воздуха в бассейне Балтийского моря приведет к уменьшению ледового покрова и, возможно, к увеличению вегетационного периода в Балтийском море.

Эти работы посвящены изменчивости климата всего Балтийского моря, но подчеркивается, что имеются значительные региональные различия (Chubаrenko, Chubаrenko, 2002). Особенно много работ выполнено по Ботническому заливу, Западной Балтике, по Финскому и Рижскому заливам. Это наиболее изученные районы Балтийского моря. Юго-восточная часть Балтийского моря (ЮВБ) представлена в научных работах менее широко. Рассмотрим их более подробно.

Гидрометеорологический режим Балтийского моря в целом определяется следующими факторами (Антонов, 1987): 1) общая атмосферная циркуляция; 2) речной сток, непосредственно влияющий на соленость верхнего слоя моря в прибрежных районах; 3) водообмен с Северным морем, влияющий на соленость придонных слоев. При этом два последних режимообразующих фактора в значительной степени зависят от первого – общей циркуляции атмосферы. Необходимо также принимать во внимание вклад местных режимообразующих факторов, определяемых географическим положением Юго-Восточной Балтики, орографией и свойствами подстилающей поверхности морского побережья (Алисов и др., 1952). Совместное действие всех режимообразующих факторов обусловливает временной ход (режим) гидрометеорологических показателей (элементов) и формирует структуру вод бассейна и их циркуляцию.

В холодный период над европейской территорией России активизируется Сибирский антициклон, а в районе Исландии развита циклоническая деятельность.

Преобладают южные, юго-западные и западные ветры, порывистые, часто достигающие силы шторма (Справочник по климату…, 1966). Весной при вторжении воздушных масс с севера наблюдается понижение температуры воздуха; осадки выпадают значительно реже, чем зимой; штормовая деятельность ослабевает. В теплый период, с развитием процессов летней трансформации, заметно ослабляется активность циркуляции, над Европой образуется обширная область термической депрессии, в то же время ослабевает деятельность Исландского минимума и активизируется Азорский максимум. Благодаря этим системам, положение которых варьирует, осуществляется перенос воздушных масс с запада на восток. За величину интенсивности западного переноса принимают разность атмосферного давления на станциях, расположенных вблизи климатических центров действия. Именно эту разницу в среднем за зимние месяцы называют Северо-Атлантическим колебанием (North Аtlаntic Oscillаtion – NАO).

Среднемноголетний (1891-1995 гг.) барический градиент (СевероАтлантическое колебание) ориентирован с севера на юг (Дубравин, 1994; Дубравин, Навроцкая, 2007), следовательно, результирующий перенос воздушных масс (перпендикуляр к барическому градиенту в северном полушарии, отклоненный вправо) не выходит за пределы ЗСЗ-ЗЮЗ. Именно это и определяет господство над Балтийским морем ветров западной четверти, обусловливающих перенос теплых и влажных масс с Атлантического океана и проявление характерных черт, присущих морскому климату умеренных широт: сравнительно небольшие колебания среднемесячной температуры воздуха, большая влажность и облачность в течение всего года, значительное количество осадков.

Практически все атмосферные процессы, влияющие на формирование гидрометеорологического режима морей северо-запада Евразии, могут быть описаны с помощью типизации атмосферных процессов над атлантико-европейским сектором (Проблемы исследования...., 1983; Гидрометеорологические условия …, 1992;

Смирнова и др., 2000). Наиболее распространенной является типизация Г.Я. Вангенгейма (в дальнейшем усовершенствованная совместно с А.А. Гирсом – типизация Вангенгейма-Гирса), основанная на понятии элементарного синоптического процесса, в течение которого в данном районе сохраняются основные направления воздушных течений. Все виды атмосферных процессов сгруппированы в три типа (формы) атмосферной циркуляции: западной W, восточной E и меридиональной C.

В годовом ходе максимум повторяемости (по данным ежедневных синоптических карт северного полушария за 1891-1987 гг.) формы W отмечается в сентябре, минимум – в феврале и апреле-мае; формы E – максимум – в декабре и февралемарте, минимум – в июне и сентябре и формы C – максимум – в мае-июле, минимум – в ноябре-декабре и феврале (таблица 1.1) (Дубравин, Стонт, 2012а).

Статистические характеристики межгодовой повторяемости типов циркуляции атмосферы (W, E и C соответственно) на интервале 1891-2006 гг., рассмотренные в работе (Дубравин, Стонт, 2012а) таковы: среднее значение – 121 ± 36,7; 151 ± 43,3 и 93 ± 24,9 сутки/год; наибольшие – 220, 262 и 156 сутки/год и наименьшие – 37, 42 и 44 сутки/год. Выделяются два периода изменчивости повторяемости форм циркуляции: первый – продолжительностью около 40 лет и второй – более 50 лет.

Таблица 1.1 – Среднегодовой ход повторяемости индексов циркуляции за период 1891-2006 гг. (сутки/мес.) (Гирс, 1971; Дмитриев, Белязо, 2006) С середины 70-х годов началось увеличение западного переноса, совпавшее по времени с началом периода малой повторяемости меридиональной формы циркуляции (Смирнова и др., 2000). Долгопериодные тенденции повторяемости форм циркуляции в конце XX века характеризуются для W и C ростом их повторяемости, а для E – уменьшением.

Вопрос об описании атмосферных процессов в терминах центров барического поля – циклонов и антициклонов – имеет давнюю историю. В 1880 г. в метеорологии появилось понятие о центрах действия атмосферы (centres d’аction). Его ввел Леон Филипп Тейсеран де Бор (Teisserene de Bort, 1855-1913) (Биографический словарь, 1959). Оно казалось вполне ясным, и поэтому не разрабатывалось теоретиками. Метеорологи им широко пользовались: центры действия (ЦДА) получили собственные имена. Определено это понятие, насколько известно, не было. Толковый метеорологический словарь (Хромов, Мамонтова, 1955) и (Хромов, Мамонтова, 1974) иллюстрирует эволюцию взглядов на ЦДА школы отечественной метеорологии С.П. Хромова (1904-1977) и, возможно, некоторый корпоративный консерватизм (Абрамов и др., 2012). В связи с большим влиянием ЦДА на климат им посвящено достаточно большое количество работ, краткий обзор которых приведен в (Мартынова, 1990).

1.3. Изменчивость гидрометеорологических параметров Рассмотрим изменчивость отдельных параметров среды Юго-Восточной Балтики.

Ветер. Осенью и зимой в южной Прибалтике преобладают юго-западные и южные ветра, на побережье – юго-восточные. Летом преобладают западные и югозападные ветра. Наибольшая средняя месячная скорость ветра наблюдается зимой;

в январе на побережье 5,5-7,5 м/с. Наименьшая – 3,5-5,0 м/c, наблюдаемая в летние месяцы. Соответственно средняя годовая скорость на берегу моря 4,6-6,0 м/с, на берегу заливов (Шилуте, Мамоново, Калининград) – 4-4,3 м/с. На побережье, особенно летом на косах, хорошо выражен суточный ход направления ветра: днем ветер дует с моря на сушу, ночью – с суши на море, при этом вращение ветра происходит по часовой стрелке (Справочник…, 1966).

В работе (Борисов, Баринова, 1972) район Куршской косы по ветровому режиму выделен в отдельный район двухсторонних бризов. Подчеркивается, что здесь бризовая циркуляция имеет сложную структуру. Западные ветра с моря сливаются с бризами и подавляют бризы в Куршском заливе; восточные ветра, с которыми сливаются дующие о другой стороны на косу бризы залива, подавляют западный морской бриз. В антициклональных условиях дневные бризы дуют на косу с обеих сторон: «бриз с моря дует на косу и с залива также на косу».

От направления ветра зависят значения других метеорологических элементов. Наиболее теплые – восточные ветра, наиболее холодные – северные, северозападные. Контрасты температур достигают до 8,5°, различия относительной влажности достигают 32 % (с моря ветер влажный, с континента – сухой). Наиболее низкие температуры в теплый сезон (май-сентябрь) на интервале 1948-1957 гг. наблюдались при вторжении морских воздушных масс (ЮЗ,3,СЗ), сопровождаемом сильными (более 10 м/с) ветрами (Грицюте, Климене, 1980).

Характер распределения ветра с высотой, зависимость этого распределения от характера подстилающей поверхности (лед, водная поверхность), способы расчета ветра на различных уровнях километрового слоя в зависимости от полей давления и температуры на приземной карте погоды, а также характеристика скорости ветра над Южной Прибалтикой рассматриваются в ряде работ (Гавриш, 1979;

Joffre, 1978; Буз, 1988). Сборник (Погодообразующие процессы…, 1988) посвящен погодообразующим процессам и опасным явлениям погоды над Литвой и Калининградской областью: грозам, шквалам, тромбам, сильному граду, обильным дождям и условиям их выпадения, условиям образования гололеда, сильным снегопадам и метелям, вопросам прогноза скорости ветра и характеристикам температуры воздуха. В книге приводится характеристика погодообразующих процессов, особое внимание уделяется конвективным туманам, и рассматривается влияние физико-географических условий на погоду и климат.

Штормы. В узкой прибрежной зоне и на косах число дней с сильным ветром (15 м/с и более) составляет 22-38, в отдельные годы (1954,1956) – 45-60 дней; в отдельные месяцы (XII,I) бывает до половины штормовых дней. Скорость ветра достигает 34 (Клайпеда, 1956) и даже 40 м/с (Швентойи, 1951) (Справочник…, 1966).

В 1966-1985 гг. ежегодно отмечалось в среднем 26 случаев штормов (при скоростях ветра более 12 м/с продолжительностью не менее 6 часов). Наименьшее их количество (8-10) наблюдалось в 1979 и 1982 гг., наибольшее (66) – в 1984 г. (Гидрометеорологические условия…, 1992).

В работе (Тупикин, 1980) на интервале 1961-1971 гг. рассмотрены траектории циклонов и антициклонов над Южной Балтикой, приводящих к штормовым ситуациям и аэросиноптические условия этих ситуации. Наиболее часты штормы в циклонах, приходящих из западного квадранта, их средняя продолжительность ч; в целом на циклоны приходится 84 % штормовых ситуации (Тупикин, 1980); была предпринята типизация ситуаций (Тупикин, 1988). Для каждого типа были рассчитаны типовые термобарические карты с положением осевой линии. В (Гидрометеорологические условия..., 1992) рассмотрение этих вопросов получило дальнейшее развитие на материале последующих лет.

Волнение. Так как число дней с ветром на побережье достигает 96 % в году, преобладающим является ветровое волнение; как и ветер, волны приходят из западного сектора. Продолжительные и сильные ветра формируют волны высотой 6м длиной около 70 м большой разрушительной силы (Телышева, 1972). Подробные характеристики волнения приводятся в гидрологических разделах справочников и статьях (Гидрометеорологические условия…, 1983; Гидрометеорологические условия…, 1985; Амбросимов и др., 2012; Амбросимов и др., 2013).

Уровень воды в море и заливах также тесно связан с метеорологической обстановкой. В обстоятельной работе по гидрологии устьев крупных южнобалтийских рек (Маркова, Нечай, 1960) подробно анализируются сгонно-нагонные колебания в Юго-Восточной Балтике в целом и в заливах (в основном, в Вислинском), рассматриваются характерные синоптические ситуации. Это нагон по всему морю при сильных 3 и ЮЗ ветрах из Северного моря; нагон у ЮВ побережья при небольшом (0,2-0,3 м) сгоне у берегов Швеции; сгон в центре и на юге при длительных и сильных В и ЮВ ветрах; сгон у ЮВ побережья, незначительный нагон у Швеции при сильных ЮВ ветрах; повышение уровня у ЮВ побережья на 25-40 см при местных сгонных ветрах и нагонной волне из Западной Балтики.

В Калининграде средний за год радиационный баланс больше чем в Москве, по Калининградской области в целом он положителен в течение всего года и оказывается заметно выше, чем на тех же широтах в России. Повышенным значениям радиационного баланса соответствуют увеличенные суммы солнечной радиации, что объясняется в (Борисов, 1972) уменьшением облачности над побережьями в летнее время и связывается с рельефом («характерная особенность климата плоских побережий»).

Структура теплового баланса земной поверхности и его изменчивость, а также изменчивость его составляющих в различных погодных условиях рассматриваются достаточно часто (Циприс, Ковалева, 1981; Пемпайте, 1984).

Тепловой баланс атмосферы в районе Балтийского моря по данным 26 станций радиозондирования исследуется на интервале 1963-1970 гг. в работе (Speth, Skаde, 1977). Получено, что горизонтальные градиенты температуры наиболее велики в январе, когда температура поверхности моря выше температуры воздуха в среднем на 2°. В мае-июне наиболее резко выражена противоположная ситуация:

температура воздуха на 1° выше температуры воды. Удельная влажность имеет максимум в июле.

Климатический максимум осадков на территории Литвы вблизи побережья Балтийского моря в (Буз, 1979) объясняется преобладанием здесь в течение всего года входящих движений воздуха. В теплый период года они связаны с конвергенцией воздушных масс на фронте морского бриза, в холодный – с переходом воздушного потока, идущего со стороны моря, на сушу, на более шероховатую подстилающую поверхность (Буз, 1974; Буз, 1975). Что касается тесно связанных с вертикальными движениями гроз, то по (Буз, 1979) дневные грозы теснее связаны со стратификацией, а ночные – с крупномасштабными вертикальными движениями.

В целом погодные условия сильно зависят от типа барического образования, фронтов между воздушными массами и свойств самих воздушных масс различного происхождения, входящих в регион с разных направлений (Буз, 1988); повторяемость жарких погод (свыше 25-30°) и сильных морозов (-20, -25, -30°) и сопутствующих им условий, а также суточный ход температуры воздуха и его зависимость от местоположения станции, облачности и ветра рассматриваются в (Буз, Пячюрене, 1988).

По данным метеостанции Кёнигсберг-Калининград, температурный режим которой считается репрезентативным для Южной Балтики в целом, проведена типизация зим по сумме аномалий средних месячных температур воздуха на интервале декабрь-март; температурная «суровость» отождествляется с климатической и считается связанной с ледовой суровостью. Выявлена степень ледовитости в заливах Калининградской области в зависимости от типа зимы (Сергеева, 1983). Работа (Грицюте, 1976), напротив, исходит из того, что степень суровости погоды на территории Южной Прибалтики определяется, в основном, скоростью ветра. По данным 24 метеостанций рассчитаны на интервале 1946-1957 гг. коэффициенты суровости климата S, при S < 1,0 достигается оптимальная суровость, наблюдающаяся при полном отсутствии ветра (имеется индекс «напряжения погоды», помимо температуры и ветра включающий влажность воздуха (The weаther stress index, 1983;

Исаев, 2001)).

По данным наблюдений 8 прибрежных и морских метеорологических станции рассматриваются температуры воздуха и поверхностного слоя воды в Датских (Балтийских) проливах на интервале 1951-1960 гг. Наибольшие разности «водавоздух» (15 – 20°) отмечаются в ноябре и мае. Наиболее суровые зимы случаются тогда, когда центр атмосферной депрессии от Исландии смещается в сторону Баренцева моря (Holec, 1982).

Сведения о суровости зим на Балтике в доинструментальную эпоху приводятся в (Бетин, Преображенский, 1962): «В 1047 г. зима была такой суровой, что волки из Норвегии перебегали в Данию по льду». Широкий спектр явлений природной среды по историческим источникам, в том числе для интересующего нас региона, можно найти в (Борисенков, Пасецкий, 1988), например: 1424 г., Литва – необычайно теплая зима, в январе-феврале цвели фиалки и сады; 1534 г., Беларусь, Литва, Польша – «пришла саранча и поела жито, и ярыну, и траву»; 1573 г., Прибалтика – перед Троицей по льду люди переходили из Швеции в Ревель; летом и осенью не видели Солнца.

Интересно, что наряду с явлениями необычайными и с современной точки зрения, летописи фиксируют события, ставшие в текущую климатическую эпоху заурядными: 1227 г., Прибалтика – оттепели и дожди в январе, мягкая сырая зима (Борисенков, Пасецкий, 1988). Другими словами, происходящие явления их наблюдателями соотносятся, по-видимому, с опытом деятельности и предшествующими впечатлениями своего поколения людей, то есть определяются практическим интервалом временных масштабов.

1.4. Исследования трендов и циклов различной природы в современных В современных климатических исследованиях усматриваются два главных направления. Одно из них связано с выявлением циклов разной природы, другие связаны с представлением о необратимости происходящих изменений и, прежде всего, потепления, носящего глобальный характер. Оба направления основным и по существу единственным механизмом изменений климата – обратимых и необратимых – считают изменения крупномасштабных атмосферных процессов.

С целью выявления длительных и устойчивых тенденции – трендов – в климате региона исследовались наблюдения за стоком крупных рек (Даугава, Вента, Нева, Нарва, Неман) и типы циркуляции (W, E, С) по Вангенгейму-Гирсу на интервале 1891-1985, а также температура воздуха и осадки по метеорологическим наблюдениям. В первом приближении, средний сток названных рек составляет 3880 ± 606 м3с-1 и зависит от повторяемости упомянутых типов (форм), выраженной в процентах от числа дней в году, приходящегося на каждую форму, зависит линейно (Глазачева, 1988); видна тесная связь атмосферных и гидрологических параметров климата.

По метеорологическим рядам 60-летней длительности (1899-1960 гг.) и по данным об общей циркуляции атмосферы (типизация Б.Л. Дзердзеевского) было установлено, что в современную эпоху отмечается смещение ядра зимы к ее второй половине и зимнего сезона в целом в сторону предвесенья (Игнатавичене, 1971;

Берникова и др., 2007). В то же время, хотя общее количество дней с циклонической циркуляцией над Прибалтикой возросло (рассматривается 100-летний интервал 1891-1989 гг.), среднеширотные значения температуры на параллелях 60 и 55° с.ш. и средние температуры воздуха на отдельных станциях региона заметно различаются, а их изменения происходят в противофазе (Букантис, Гаврилова, 1990).

Вообще говоря, Прибалтика, и, в частности, Южная Прибалтика – это регион беспрепятственных систематических вторжений атлантического воздуха, сбивающих с естественного хода не только годовой, но и суточный режим температуры.

Авторы статьи о характере цикличности в многолетнем ходе атмосферных осадков в Южной Прибалтике (Григорьева и др., 1972) относительно цикличности колебаний температуры отмечают, что в прошлом веке повторяемость квазидвухлетней цикличности была выше случайной, но в 60-е годы текущего столетия она вновь упала. Предполагается, что зимой на многолетние изменения температуры влияют циркуляционные факторы, а летом – радиационные. Первые подвержены автоколебаниям типа сейш, вторые непосредственно связаны с вековым циклом солнечной активности. Действительно, ими было найдено, что летом-осенью преобладают периоды 60-80 лет и более, амплитуда которых составляет 20-30 % от общей амплитуды. В зимние и весенние месяцы отмечается цикличность от 3-5 до 14-16 лет с максимумами в марте (40 %) и мае (30 %) в 7-9-летних циклах.

Для анализа внутригодовой и межгодовой изменчивости солнечной активности, форм атмосферной циркуляции по Вангенгейму-Гирсу и составляющих водообмена Балтийского моря с Северным авторы работы (Смирнова и др., 1988) вычислили ряд оценок: математическое ожидания, дисперсия, корреляционные функции; результаты анализа, по мнению авторов, позволяют подойти к количественной оценке взаимосвязи режимообразующих факторов.

Изменения, связанные с атмосферными осадками, ветром, уровнем моря, способствующие проявлению катастрофических явлений природы, увеличению их частоты и интенсивности, могут затруднить условия жизни и деятельности людей.

В территориальных водах соседних стран, расположенных на побережье, отмечается повышение температуры воздуха и воды, уменьшение контраста между сезонами, значительный подъем уровня воды в море и заливах, особенно в последние десятилетия XX – начале XXI века. Указываются причины, связанные с более интенсивным движением теплых и влажных воздушных масс с Атлантики в холодный период и влияющих на рост температуры и влажности воздуха, а также температуры воды (Дроздов, Смирнов, 2008, 2011). Предполагается, что изменения в динамике воздушных масс в Северной Атлантике (вариации зимнего индекса САК) с 1960-х годов частично отражаются в межгодовых колебаниях уровня моря у побережья и в заливах Юго-восточной Балтики (Dаilidiene et аl., 2004, 2006, 2011, 2012;

Suursааr, 2011). На литовской территории, например, период 1975-90 гг. характеризуется наиболее заметным ростом уровня воды в море, осадков и речного стока на фоне падения атмосферного давления и уменьшения среднегодовой скорости ветра. В последующий период (1990-2005 гг.), количество осадков и речного стока заметно уменьшается, и рост уровня несколько замедляется. В конце прошлого столетия и начале настоящего, несмотря на уменьшение средней годовой скорости ветра, частота циклонов в Балтийском регионе растет, максимальные уровни, вызванные локальными сильными юго-западными штормами (более 25 м/с), у побережья Литвы, Эстонии становятся выше и наблюдаются чаще (Dаilidiene et аl., 2004, 2006, 2011, 2012; Suursааr, 2011). У калининградского побережья, по данным за 1996-2010 гг., изменения в параметрах барических образований, определяющих погоду, проявились в уменьшении их мощности и смещении центров на восток и юг (циклоны вдвое быстрее антициклонов), что могло быть причиной некоторых местных климатических изменений (Абрамов и др., 2013).

В Литве, Латвии и Эстонии региональные средние аномалии годовой температуры воздуха в 1991-2007 гг. составили (0,8-0,9 °С) относительно принятого климатического периода 1961-1990 гг., для всех сезонов аномалии были положительными, наименьшие – осенью (0,1-0,2). Наблюдалось также увеличение осадков на 1-6 % (исключая западные и центральные районы Литвы, где по сравнению с 1961-1990 гг. роста не было), особенно зимних - в западных и центральных районах на 10-16 %, а летом там же – уменьшение на 6 % и 4 %, соответственно (Kriаuciuniene et аl., 2012). Температура воды в Куршском заливе повысилась за 1977-2002 гг. на 1,3 °С (Нида) и 1,0 °С (Клайпеда) (Dаilidiene et аl., 2011).

В регионе Балтийского моря, также как и во всем мире, происходят изменения гидрометеорологических условий, связанных с изменением климата. По известным оценкам с 1982 по 2006 гг. средняя годовая температура поверхности Балтийского моря увеличилась на 1,35 °С (Philippаrt et аl, 2011; Belkin, 2009), рост температуры составляет 0,3-0,8 °С за декаду, а в северных районах превышает 1°С (Voss et аl, 2012; Lehmаnn et аl, 2011; BАCC Аuthor Group…2008; Climаte Chаnge…2007). Для южного побережья Балтики свойственны общие закономерности в многолетней изменчивости средней годовой температуры воды. Известно, что повышение температуры поверхности моря в ЮВБ составило 0,6-0,8 °С за последнее десятилетие (Lehmаnn et аl, 2011; BАCC Аuthor Group…2008; Brаdtke et аl, 2010).

Таким образом, согласно классификации Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) Балтийское море относится к регионам быстрого потепления (Belkin, 2009). Вследствие наличия четкой стратификации и постоянного галоклина Балтийское море обладает высокой степенью чувствительности к изменениям климата (Bаckhаus, 1996; Omstedt et аl, 1997).

В работах по исследованию режима гидрометеорологических характеристик Балтики, в том числе и в ее юго-восточной части (Абрамов, Стонт, 2004; Баринова, 2002; Гидрометеорологические условия, 1992; Динамика вод…, 2007), как правило, используется анализ временных рядов с вычислением основных статистических моментов (математического ожидания, дисперсии, асимметрии и т.д.), что не позволяет оценить вклад возможных скрытых периодических изменений. В работах (Дубравин и др., 2010; Дубравин, Маслянкин, 2012; Dubrаvin et аl., 2012) проведена оценка вкладов разномасштабных колебаний только долгопериодной изменчивости гидрометеорологических параметров по модели временного ряда С.С. Лаппо (Лаппо и др.,1990). В дальнейших исследованиях (Дубравин и др., 2010в; Дубравин, Стонт, 2012, 2012б; Dubrаvin et аl., 2010) рассматривается аддитивная модель процесса и сделана попытка оценки влияния ее составляющих (от мезомасштабной до межгодовой) в Юго-Восточной Балтике для температуры воздуха, температуры точки росы, скорости ветра и атмосферного давления.

Вопросам изменчивости гидрометеорологических полей Гданьского бассейна посвящен цикл работ В.Ф. Дубравина и соавторов (Дубравин, Стонт, 2012, 2012а, 2012б; Дубравин и др., 2008, 2012, 2010а). Проведенный анализ показал единство структур временных рядов метеоэлементов над акваторией ЮгоВосточной Балтики. Выводы о распределении высоко- и низкочастотной составляющих временной изменчивости метеополей, полученные в (Гулев и др., 1994) для Северной Атлантики справедливы и для нашего региона, а также термических полей воды и воздуха в северо-восточной части Черного моря (Титов, 2009). Проведенные расчеты структуры временных рядов позволяют говорить о синоптической изменчивости динамических параметров как о ключевом механизме взаимодействия океана и атмосферы не только в Северной Атлантике (Гулев и др., 1994), но и на Балтике (Динамика вод…, 2007).

В монографии «Нефть и окружающая среда Калининградской области.– Т.

II: Море» при анализе гидрометеорологических условий (Дубравин, Стонт, 2012а) сделан вывод, что сезонный ход всех тепло- и влагофизических параметров в Гданьском бассейне носит однотипный характер с максимумом в июле-августе и минимумом в январе-феврале у берега и – в августе и марте в открытом море, отличаясь высокой устойчивостью во времени и пространстве. В то время как для динамических параметров (скорость ветра) сезонный ход характеризуется изменчивостью вклада годовой волны, как во времени, так и в пространстве. Для температуры воздуха, влажности и скорости ветра на поверхности для температуры воды циркумконтинентальная зональность. Однако для тепло-влагофизических параметров в зависимости от сезона направление изменчивости может меняться на обратное (рост от берега к открытому морю, или, наоборот, уменьшение); для скорости ветра «реверс» отсутствует: наблюдается рост величины солености и модуля скорости ветра от прибрежной зоны к открытому морю. Межгодовая изменчивость всех анализируемых элементов носит циклический характер, выделяются квазидвухлетние, 5-6, 7-8 и 11-летние периодичности. Есть основание полагать, что отмеченные квазицикличности создаются одновременным влиянием как механизма взаимодействия океана и атмосферы, так и внешних геокосмических сил (Дубравин и др., 2008, 2010, 2010а). Наиболее четко «вековая цикличность» в Балтийске проявляется для скорости ветра с максимумом в середине XX столетия и минимумами в начале XX и XXI веков (Стонт и др., 2012).

1.5. Источники информации о природной среде и режиме изменений климатических параметров Одним из важнейших аспектов проблемы изучения климата и его изменений является сбор и накопление информации о природной среде за весь период инструментальных наблюдений и получение обобщенных данных о режиме изменений климатических параметров. Оценки статистических характеристик, вычисляемые по данным метеорологических наблюдений, публикуются в виде различных справочно-климатических пособий, атласов, отличающихся большим разнообразием как по набору расчетных параметров, так и по объему обработки исходной информации. К основным пособиям такого рода можно отнести климатические справочники (Справочник по климату СССР…, 1966; Научно-прикладной справочник…, 1989; Научно-прикладной справочник…, 2011).

Гидрометеорологической службой СССР в 70-х годах прошлого столетия была проделана огромная работа по составлению и публикации Справочника по климату СССР, который до сих пор используется как норма при анализе метеорологических процессов. К побережью Юго-Восточной Балтики относится Выпуск с данными по Калининградской области и Литовской Республики. Относящийся к региону выпуск (Справочник по климату СССР…, 1966) состоит из пяти частей.

Каждая часть представляет собой отдельный выпуск, посвященный какому-либо метеорологическому элементу:

Часть I. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние, где приводятся общие характеристики радиационного режима региона;

Часть II. Температура воздуха и почвы с подробным описанием термического режима и его особенностей, связанных с условиями формирования климата;

Часть III. Ветер, где освещены вопросы ветрового режима в середине XX века с приведением сезонной повторяемости направлений ветра и штилей;

Часть IV. Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров, где приводятся сведения о режиме увлажненности побережья юго-восточной части Балтийского моря;

Часть V. Облачность и атмосферные явления, где кроме облачности отражены туманы, метели, грозы, град.

Охарактеризованный выше фундаментальный труд из пяти частей не имел в последующие годы адекватного продолжения. Интервал лет 1960-1980 гг. отражен в справочнике (Научно-прикладной справочник…, 1989) для сокращенного списка станций (из прибрежных осталась лишь Клайпеда). В расчеты были включены данные по 1980 год.

Последнее справочное издание, содержащие климатические характеристики по метеостанциям России, было издано в 2013 г. Это – Научно-прикладной справочник «Климат России» (http://www.meteo.ru/pogodа-i-klimаt/197-nаuchnopriklаdnoj-sprаvochnik-klimаt-rossii) – справочник нового поколения. Он подготовлен в электронной форме по данным до 2012 года включительно, но в нём нет ни одной станции Прибалтики.

В предыдущие годы были выпущены следующие справочные издания:

1. Климатический справочник по СССР. Многолетние данные. Год издания 1932-1933 гг. Справочник организован по управлениям Гидрометслужбы бывшего СССР. В расчеты включены данные с начала наблюдений на станциях по 1915 год.

2. Климатический справочник по СССР. Многолетние данные. Год издания 1952-1956 гг. Справочник организован по УГМС. В расчеты включены данные по 1950 год.

3. Справочник по климату СССР. Многолетние данные. Год издания 1965гг. В расчеты включены данные по 1964 год.

4. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Год издания 1984- гг. Справочник организован по территориям УГМС. В расчеты включены данные по 1980 год.

5. Научно-прикладной справочник по климату России. Год издания 2013 г.

Справочник организован по территориям УГМС. В расчеты включены данные по 2012 год.

Даже из простого перечня этих изданий видно, что справочники регулярно переиздавались каждые 15 лет, причем не только с включением в расчеты последних данных, но и с постоянным расширением климатических характеристик. Это связано как с возросшими возможностями вычислительной техники и новыми методическими разработками климатологической науки, так и с развивающимися запросами практической деятельности в различных отраслях экономики. Наиболее полный перечень климатических характеристик представлен в последнем из упомянутых выше изданий(http://www.meteo.ru/pogodа-i-klimаt/197-nаuchno-priklаdnojsprаvochnik-klimаt-rossii), но охват территории ограничен. Этот Справочник подготовлен в электронной форме по данным вплоть до 2012 года и состоит из 14 частей.

Информация о метеорологических параметрах среды над побережьем ЮВ Балтики и его окрестностях содержится также в справочнике по Балтийскому морю (Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР…, 1983, 1985).

Это первый том фундаментального труда по шельфовым морям России. К нашему району относятся выпуски 1 и 3.

Выпуск I. Балтийское море без заливов. Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР. Том. I. Балтийское море без заливов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, 174 с. Метеорологические условия рассматриваются по данным 11 станций, к ЮВ Балтике относится половина станций (Павилоста, Лиепая, Швянтойи, Клайпеда-морская, Светлогорск, Балтийск). Представлены следующие метеорологические элементы – ветер, температура, влажность (относительная, %), туманы, осадки, испарение. Приводятся месячные карты: розы ветров, изотермы, повторяемость туманов, изогиеты испарения. Дается описание местоположения станций, таблицы по отдельным станциям, элементам и их сочетанию (скорость ветра и температура воздуха, температура и влажность), приводятся статистические характеристики, наиболее полно по ветру. Интервалы использованных лет в таблицах существенно варьируют: 5-6, 10, 15, …, 28 лет. Наиболее часто это 1956гг.

Выпуск 3. Куршский и Вислинский заливы (Гидрометеорологические условия…, 1985). Куршский залив представляет ст. Нида, Вислинский залив – ст. Балтийск; в пунктах Йодкранте, Открытое, Краснофлотское и ряде других метеорологические наблюдения не производились. Приводятся карты изотерм для центральных месяцев сезонов (I, IV, VIII, X), график годового хода скорости ветра по ст. Клайпеда, Нида, Балтийск, Мамоново; диаграммы годового хода осадков на интервале 1946-1977 и среднее число дней с туманом. Также имеются режимные характеристики ветра по сезонам и в среднем годовом выводе, средние и экстремальные температуры по месяцам; температурно-ветровой и температурновлажностный режим для центральных месяцев (сезонов). Приведены краткие сведения об особо опасных явлениях (туманы, метели, обильные осадки).

Для анализа изменчивости гидрометеорологических параметров привлечены данные производственного экологического мониторинга Кравцовского месторождения (D-6). В 2004-2012 гг. круглогодично производился сбор данных автоматической гидрометеорологиической станцией (АГМС) «Mиникрамс–4», расположенной на морской ледостойкой стационарной платформе (МЛСП). Схема установки станции приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема АГМС МиниКРАМС-4, установленной на МЛСП D- АГМС МиниКРАМС-4 установлена на МЛСП (D-6) на высоте 27 м над уровнем моря. Установленное оборудование позволяет организовать сбор информации с датчиков на магнитные носители. Круглосуточные наблюдения были начаты в конце ноября 2003 г. Дискретность записей опроса датчиков, в файлах поступающих на обработку, составляет приблизительно 30 секунд. Набор измеряемых метеопараметров включает:

- направление и модуль скорости ветра;

- атмосферное давление, приведенное к уровню моря;

- температуру воздуха;

- относительную влажность воздуха;

- видимость;

- нижнюю границу облачности.

По результатам измерений метеорологических параметров станция обеспечивает расчёт следующих характеристик: средняя и максимальная скорость ветра с интервалом 2 и 10 минут; направление ветра, осредненное за 2 и 10 мин.; атмосферное давление, приведенное к уровню моря; температура и относительная влажность воздуха; кроме того можно получать и другие метеорологические параметры (максимальный ветер, барическую тенденцию, температуру точки росы, абсолютную влажность).

Программное обеспечение станции Миникрамс-4 предоставляет возможность кодирования метеопараметров по международному коду КН 01 и передачу телеграмм по Интернет-каналу, что позволяет в оперативном режиме обрабатывать данные наблюдений.

Кроме того, для экологического мониторинга и анализа использовались данные АМС VаntаgePro, которая была установлена на территории Музея Национального парка «Куршская коса». Датчики станции располагались на высоте 10 м в 300 метрах от берега Балтийского моря в самом узком месте косы (координаты = 5502 07.3 N; = 2039 20.2 E). Основные метеорологические параметры выводились на монитор, где сохранялись в течение 24 часов. АМС предназначена для профессиональных наблюдений за метеорологическими элементами: давление, направление и скорость ветра, влажность, температура воздуха, осадки. В марте г. станция вышла из строя.

С апреля 2010 г. для мониторинга стали использоваться данные с метеостанции WMO ID 26603, расположенной в пос. Нида (Литва) на заливной части Куршской косы (55 19 N 21 01 E), высота станции над уровнем моря 2 м.

Также использовались данные Гидрометцентра WMO ID 26509 г. Клайпеда (Литва), гидрометеостанций г. Балтийск WMO ID 26701 (высота над уровнем моря 4 м; 54 39 N 19 54 E) и г. Пионерский WMO ID 26607 (высота над уровнем моря м; 54 57 N 20 13 E), полученные с помощью Интернет-канала (www.rp5.ru).

Станция Клайпеда (морская, 55 42 N 21 09 E) расположена в равнинной местности с незначительным понижением в сторону моря, высота станции над уровнем моря 6 м. На расстоянии 250-300 м к западу и северо-западу от площадки тянется берег Балтийского моря. В 200 м к югу проходит морской канал, соединяющий Куршский залив с морем.

Межгодовая изменчивость элементов исследована с помощью дисперсионного, корреляционного и спектрального методов анализа (Брукс, Карузерс, 1963;

Рожков, 2008). Для расчета долговременных трендов изменения гидрометеорологических рядов была использована линейная аппроксимация временных рядов методом наименьших квадратов. Оценка значимости коэффициентов линейной зависимости, а также достоверности полученных результатов осуществлялась с помощью t-критерия Стьюдента.

ВЫВОДЫ

Природа Балтийского моря изучена довольно подробно, всесторонне, но побережье Юго-Восточной Балтики представлено неполно. Для квалифицированного и аккуратного вывода о тенденциях климатических изменений представляют интерес возможно более полные данные систематических, особенно инструментальных, метеорологических наблюдений. Учитывая тот факт, что в последние годы получены данные с морской ледостойкой стационарной платформы МЛСП D-6), установленной в 20 км от береговой черты и на которую влияние суши распространяется слабо, важно исследовать изменчивость климатических условий и оценить современные тенденции в приводном слое Гданьского бассейна Балтийского моря.

ГЛАВА 2. ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРОВ

ДЕЙСТВИЯ АТМОСФЕРЫ И ПОЛЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Атмосферная циркуляция в Северной Атлантике представлена системами низкого (Исландский минимум) и высокого (Азорский максимум) давления. Разность давлений между этими центрами действия определяет перенос воздушных масс в умеренных широтах с запада на восток. При исследовании общей циркуляции атмосферы Земли возникает необходимость в количественном сравнении процессов от года к году, от сезона к сезону. Эта объективная потребность в числовых характеристиках, которыми можно оперировать, сопоставляя и различными методами анализируя их, привела к возникновению ряда индексов.

Существуют различные варианты индекса атмосферной циркуляции NАO, которые широко используются учеными. Наиболее часто применяется индекс, рассчитанный по разности давления между Азорскими островами (Понта-Делгада) и о.

Исландия (Акурейри), осредненной за три зимних месяца (Дроздов, Смирнов, 2008). Представляют его в единицах давления (гПа) или в виде отклонения от среднего в долях дисперсии (Макаров и др., 1982; Дроздов, Смирнов, 2008). Один из индексов характеризует разность атмосферного давления между точками с координатами 45° с.ш., 30° з.д. и 60° с.ш., 30° з.д, осредненную за три зимних месяца (Дроздов, Смирнов, 2008). Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки.

Для выявления длительных и устойчивых тенденций климатической изменчивости гидрометеорологических параметров в регионе Юго-Восточной Балтики исследовались положения центров действия атмосферы Северной Атлантики (аналог Северо-Атлантического колебания) и определяющие ежедневную погоду барические региональные центры.

Любое движение воздуха над подстилающей поверхностью сопровождается/вызывается взаимно сопряжёнными вихрями противоположного знака, имеющими физические и географические координаты. Обозначим:

PH, H, H ; PL, L, L – параметры положения антициклона и циклона в целом, приведенные к уровню океана Имеется три группы параметров, характеризующих ситуацию:

I. Параметры положения: это реальные данные, снимаемые с карты, см. выше.

II. Параметры связи: разность давлений и расстояние между центрами. Они вычисляются непосредственно ( р, гПа) или ( s, градус меридиана) по разностям координат,.

III. Параметры взаимодействия – напряженность выноса и его направление.

Это отношения. Напряженность выноса имеет размерность силы, приложенной к объёму: ньютоны / м2м (NL-3); направление вектора силы определяется отношением приращений географических координат (величина безразмерная).

IV. Точка приложения виртуальной силы - центр приложения; её координаты Соответствующие выражения:

Эти формулы одинаково применимы к центрам действия, в частности, к Северо-Атлантическим ЦДА, и к локальным синоптическим объектам на «текущих», т.е. рабочих картах (Абрамов, 2005).

Для решения поставленной практической задачи нами использовались ежедневные положения центров высокого Азорского и низкого Исландского давления (Аz mаx и Ice min соответственно) на 00 UTC, снятые с карт приземного давления метеоцентра Бракнелла, публикуемых на сайте (www.wetterzentrаle.de).

Исландский минимум совместно с соподчиненными минимумами образует над Северной Атлантикой обширную область низкого давления. Район локализации Исландской депрессии зимой совпадает с Северной Атлантикой (о. Исландия).

Летом Исландский минимум, теряя глубину и увеличиваясь в размерах, может сместиться в район Дэвиса или в северную Европу, но не совпадает ни с СевероАзиатской, ни с Северо-Американской летними депрессиями. Азорский максимум локализуется в районе Азорских островов (субтропическая Атлантика); зимой имеет отрог на Северную Африку и летом – на Средиземное море и южную Европу.

В зимнее время, когда температурные и барические градиенты обострены, барические образования выделяются вполне отчетливо. Обычно центры действия оконтурены не менее чем 2 изобарами. Летом, когда градиенты уменьшаются, минимум и максимумы выделялись по одной изобаре – 1010 и 1025 гПа. При этом нарушается традиция, требующая не менее 2-х замкнутых изобар вокруг выделяемого центра.

С целью формализации обработки и анализа северная широта и западная долгота считались положительными; восточная долгота и южная широта – отрицательными. Координаты центра Исландского минимума и Азорского максимума изображаются парой двухзначных чисел, одно из которых (широта) всегда положительно, другое – долгота, отсчитанная от гринвичского меридиана, может быть положительным и отрицательным.

Центром барического образования считался центр тяжести площади, оконтуренной последней изобарой (считая от периферии к центру). В случае барического максимума это будет старшая изобара, минимума – это младшая изобара. Для облегчения отыскания центра можно проводить перекрещивающиеся прямые, рассекающие площадь контура на равновеликие части. Выделению центра предшествовал анализ барического поля.

Таким образом, с карты снимались широта, долгота и давление в центре контура старшей или младшей изобары с шагом 24 часа, и наряду с средними на внутримесячном интервале вычислялось рассеяние, привязанное к тому или иному временному масштабу.

При работе с картами приземного анализа были вместе с нормой отмечены следующие особенности параметров локализации центров действия атмосферы Северной Атлантики (рисунок 2.1 а): отсутствие искомого центра, инверсия положений, некомпактность. При инверсиях поля давления (на севере давление высокое, на юге низкое) Аz H и Ice L как бы меняются местами (рисунок 2.1 б), при некомпактности, т.е. расчлененности Азорского и Исландского центров действия, имеется два и более (до пяти) отдельных центров и иногда их попросту отсутствие (рисунок 2.1, в, г).

Рисунок 2.1 – Особенности положения центров высокого (Аz mаx) Наиболее соответствующими многолетним нормам являются месяцы январь и август; при этом наиболее частая особенность структуры поля барических образований – их некомпактность, наиболее редкая особенность – инверсия положений центров или отсутствие центров действия (Абрамов и др., 2012).

Будем иметь в виду, что понятие ЦДА возникло ещё в XIX веке – при анализе первых синоптических карт Европы, составленных на основе телеграфных сообщений немногочисленных станций, а С.П. Хромов опирался на гораздо более обширный материал и аэрологию. Синоптические карты XXI века основываются на спутниковых снимках и допускают анализ внутрисуточной изменчивости синоптической ситуации по крайней мере с 6-часовым интервалом (Абрамов и др., 2012).

2.2. Влияние атлантических и балтийских центров действия атмосферы на формирование изменчивости гидрометеорологических характеристик Изменчивость параметров положения Азорского максимума и Исландского минимума невелика. Средние годовые значения параметров и их рассеяние, невзирая на сезонный ход, близки между собой. Широтное и долготное положение, а также давление в центре, в общем, стабильны. Наиболее подверженным случайным влияниям оказалось долготное положение обоих центров – оно происходит без преодоления сил, связанных с меридиональным градиентом давления (прежде всего обусловленного температурой подстилающей поверхности), таблица 2.1. Рассеяние давления в центре Исландского минимума в 4 раза больше, чем дисперсия давления в центре Азорского антициклона, которое имеет минимальное годовое рассеяние. Если рассматривать географические координаты Азорского максимума, то выявляется тенденция его смещения к северу, т.е. центры действия в Атлантике сближаются (Переведенцев, 2009). Перенос над Северной Атлантикой в 2004- гг., как и в прежние годы, неизменно направлен с запада на восток (рисунок 2.2).

Определяющие свойства параметров ЦДА заключаются в их относительной устойчивости. Траектория сезонных миграций складывается в основном из маятниковых подвижек различных направлений с преобладанием составляющих движения запад – северо-запад – восток – юго-восток Исландского минимума и западюго-запад – восток-северо-восток Азорского максимума. Локализация средних центров к югу от Исландии (Ic. L) и к западу от Пиренейского полуострова (Аz. H) фиксируется визуально и подтверждается близостью средних значений приводимых параметров и умеренной величиной их межгодового рассеяния (таблица 2.1, рисунок 2.2).

Таблица 2.1 – Среднегодовые параметры положения центров действия атмосферы и характеристики переноса над Северной Атлантикой 44,1 2,6 21,2 7,3 1029,9 3,6 61,9 2,6 17,0 3,6 984,9 7, 44,9 2,6 22,2 6,5 1030,8 4,2 62,1 2,1 15,6 5,5 985,4 7, 43,1 2,8 25,6 7,3 1029,6 2,8 61,9 3,6 19,1 2,9 984,5 9, 43,1 3,4 23,5 4,8 1030,7 2,6 62,0 2,9 16,2 6,9 983,1 8, 43,0 2,4 27,4 3,4 1030,4 3,1 60,6 3,7 18,1 5,2 982,4 8, 43,8 3,7 27,0 6,3 1029,1 1,8 59,6 3,0 19,5 5,8 983,9 9, 46,6 5,3 25,8 4,0 1029,4 2,2 59,2 2,8 18,6 7,1 987,9 7, 42,7 2,7 27,3 4,6 1030,1 2,8 61,7 1,9 17,6 6,0 982,5 1, 44,7 3,5 24,9 6,5 1032,8 8,9 60,4 3,7 17,0 5,8 985,5 7, Ср. 44,0 1,2 25,0 2,2 1030,3 1,1 61,0 1,1 17,6 1,3 984,6 1,7 284 6,6 2,8 0, Примечание: dP – разность давления между центрами (гПа); dS – расстояние между центрами в градусах меридиана; dP/dS – напряженность переноса (средний градиент давления) Нельзя не обратить внимания на устойчивость от года к году среднего положения центров действия и направления градиента, иллюстрируемого перпендикулярной к градиенту стрелкой, среднее положение которой за 10 лет (2004-2012 гг.) представлено на рисунке 2.3. Угол, который она составляет с параллелью, варьирует, увеличивается или уменьшается северная составляющая (Абрамов, Стонт, 2004, с. 28).

В последние годы превалирует северная составляющая (таблица 2). Приращение по тренду за 9 лет составило 15 ° к северу. Увеличилась напряженность выноса (dP/dS – градиент давления) – приращение +0,7 гПа/град. Но в целом перенос над Северной Атлантикой неизменно направлен с запада на восток. Это подтверждает исключительную фундаментальность названой закономерности.

Рисунок 2.2 – Среднемесячные положения ЦДА и направление результирующего переноса в 2004-2012 гг.

Рисунок 2.3 – Среднемноголетнее (2004-2012 гг.) положение Северо-Атлантических центров действия атмосферы Перенос, который над Северной Атлантикой остается западно-восточным, при подходе к европейскому материку следует генеральному направлению простирания берега, при этом образуется три ветви: северная проходит через Шотландию на Скандинавию, центральная вдоль Балтийского моря, южная через Средиземное море. Центральная ветвь круто меняет направление вместе с изменением направления берега в Юго-Восточной Балтике на 90° с зонального западно-восточного на меридиональное с юга на север (Абрамов, Стонт, 2004).

Определяющие ежедневную погоду барические центры распределены над территорией Европы и акваторией прилегающих морей. Циклоны могут находиться в океане за Британскими островами, у островов Шпицберген и Ян-Майен, у пролива Карские ворота, и на юге вплоть до Причерноморья. От них в сторону Балтийского моря протягиваются ложбины. Центры антициклонов могут располагаться в Дуврском проливе на западе, а на востоке за Волгой, за Уральскими горами и даже за Обью, откуда в сторону региона протягиваются гребни и отроги. Антициклонические центры нередки над Скандинавией и над Балканами. Перемещаясь по направлению ведущего атмосферного потока, циклоны с замыкающими антициклонами в общем как будто могут оказаться над любым участком области, границы которой намечены выше.

Средние месячные центры располагаются более компактно, рисунок 2.4. Их ареалы взаимно перекрываются, накладываясь один на другой. При этом центры циклонов тяготеют к СЗ, центры антициклонов – к ЮВ по отношению к центральной части распределения, каковой можно считать Южную Скандинавию и Ютландию. Средние годовые центры группируются ещё более кучно: циклонические – в Южной Швеции, антициклонические – в Юго-Восточной Балтике. Рассеяние средних годовых и средних многолетних значений невелико (таблица 2.2).

Сезонные миграции средних циклонических и средних антициклонических центров представляются хаотическими, но они не смешиваются. В межмесячных перемещениях средних антициклонов преобладает зональная составляющая, в перемещениях средних циклонов – меридиональная составляющая. Пограничная зона между группами точек, образующих упомянутые сезонные траектории, проходит приблизительно от озера Веттерн на Северные Фризские острова.

Определяющие барические центры и того и другого знака (циклоны и антициклоны) в среднем локализуются при входе в Балтийское море со стороны Атлантического океана центральной циклонической ветви. Можно ожидать, что в районе северной ветви с Шотландии на Скандинавию и в районе южной ветви между Европой и Африкой-Азией имеются аналогичные черты миграций и локализации определяющих местную погоду барических центров. На севере и на юге, однако, имеются орографические особенности, отсутствующие в середине, где на тысячи километров от «входа» простирается плоская низменная равнина.

Статистика определяющих центров локального переноса над Балтийским морем отличается от океанской. Наряду с влиянием антициклонов и циклонов региональная циркуляция бывает выражена слабо и определяется лишь знаком поля.

Эти случаи аналогичны случаям отсутствия Азорского антициклона и Исландского минимума (рисунок 2.1, в, г). Аналогично западно-восточному переносу над Северной Атлантикой в 2004-2012 гг. перенос над Юго-Восточной Балтикой в целом был направлен также с запада на восток (таблица 2.2, рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Среднемесячные положения барических центров, определявших региональную погоду над ЮВ Балтикой в 2004-2012 гг. (циклоны -, антициклоны - x), а также среднемноголетнее положение центров циклонов (1) и антициклонов (2) и направление результирующего переноса Таблица 2.2 – Среднегодовые параметры положения центров, определявших погоду в Юго-Восточной Балтике в 2004-12 гг.

Ср. 53,7 0,62 20,2 0,85 1028,4 1,01 57,9 1,54 16,2 1,48 992,7 2, Определяющие ежедневную региональную погоду барические центры, перемещаясь по направлению ведущего атмосферного потока, распределены в основном над акваторией Балтийского моря в целом и над территорией, прилегающей к нему части Европейского континента. Средние месячные центры располагаются более компактно. Их ареалы взаимно перекрываются, накладываясь один на другой. При этом центры циклонов тяготеют к СЗ, центры антициклонов – к ЮВ по отношению к региону. Средние годовые центры группируются более кучно: циклонические – над Южной Швецией, антициклонические – над Юго-Восточной Балтикой (рисунок 2.4).

При сравнении направлений переноса над Северной Атлантикой и над ЮгоВосточной Балтикой, видно, что в Европу перенос приходит от северной половины горизонта WNW, над ЮВБ имеет место направление от SW.

Рассчитанные тренды изменения положения (широта, долгота, глубина/мощность гПа) барических образований, определяющих погоду в регионе, за период 1994-2012 гг. (19 лет) показали, что среднемесячное давление в центрах атмосферных вихрей претерпело изменение: циклоны стали менее глубокими (+0, гПа/год), антициклоны – менее мощными (-0,10 гПа/год), сами центры сместились южнее (0,10 /год – циклоны, 0,10 /год - антициклоны). Произошла подвижка центров также и на восток, причем скорость смещения циклонов оказалась в 1,5 раза больше, чем антициклонов (0,14 /год и 0,10 /год соответственно) (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Взаимозависимость координат среднегодовых положений ( °, °) центров антициклонов (а) и циклонов (б), определявших погоду корреляционная матрица (коэффициенты корреляции ± 0,50) не приводятся (таблица 2.3). Тесная связь существует между глубиной Исландского минимума и широтой Азорского антициклона (r =0,95). Коэффициент корреляции между долготами ЦДА Северной Атлантики также высокий (r = 0,71). Мощность Азорского антициклона тем больше, чем меньше долгота Исландского минимума (r = -0,61). От широтного расположения Исландского минимума зависит широтное положение местных антициклонов (r = 0,62). Для центров действия атмосферы, определяющих местную погоду, прослеживается обратная связь (r = -0,72) между широтой и мощностью антициклонов. Кроме того, чем южнее находится циклон, тем восточнее расположен антициклон (r = 0,66).

Таблица 2.3 – Корреляция между характеристиками положения барических центров Северной Атлантики и Юго-Восточной Балтики (2004-2012 гг.) Выявленные особенности атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой и Юго-Восточной Балтикой могут быть причиной климатических изменений в Балтийском регионе (Дроздов, Смирнов, 2011; Абрамов и др., 2013).

2.3. Тенденции изменения поля приземного атмосферного давления Среднее атмосферное давление для района Юго-Восточной Балтики близко к нормальному (Баринова, 2002). Нормальное атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. = 1013,3 мб = 1013,3 гПа (Климат…, 2001).

Изменчивость – это непериодические изменения элемента в данном месте (Хромов, Мамонтова, 1974). Но метеорологические ряды не являются набором случайных величин. Поэтому при анализе необходимо учитывать регулярные составляющие изменчивости бипериодической нестационарности (год, сутки) своих рядов (Рожков, 2008). Систематическое ежечасное измерение атмосферного давления АГМС, установленной на морской ледостойкой стационарной платформе МЛСП D-6 позволяет подробно рассмотреть его изменения за 2004-2012 гг.

Среднее годовое давление над акваторией Юго-Восточной Балтики за 2004гг. составило 1013,7±1,1 гПа, т. о. среднее годовое атмосферное давление близко к нормальному (таблица 2.4). Максимальное среднегодовое давление наблюдалось в 2011 г. – 1015,8±5,5 гПа; минимальное – в 2004 г. 1010,5±2,34 гПа.

Таблица 2.4 – Основные характеристики атмосферного давления (гПа,+1000), измеренного на МЛСП D-6, в 2004-2012 гг.

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Ср. 14,3 15,1 13,0 14,7 14,3 13,4 12,4 12,3 15,6 15,8 11,7 12,2 13,7 1, ± 7,56 5,51 5,79 3,50 3,53 2,44 3,43 2,74 2,34 4,33 5,10 4,41 1, Временной ход приведенного к уровню моря атмосферного давления за период 2004-2012 гг. на морской платформе МЛСП D-6, построенный по ежечасным данным (рисунок 2.6), характеризуется наличием статистически значимого положительного тренда при уровне значимости p=0,99, который составляет 0, гПа/год, соответствующее приращение по тренду 2,6 гПа за период.

Тем не менее, внутригодовые колебания присутствуют: рассчитанная скорость роста атмосферного давления одинакова весной и зимой (0,47 гПа/год), летом процесс замедляется – 0,2 гПа/год, осенью процесс происходит с обратным знаком: приращение составило -0,1 гПа/период.

Рост атмосферного давления происходит, очевидно, вследствие наблюдающегося смещения траекторий движения центров циклонов, проходящих с запада на восток над Балтийским морем (Дроздов, Смирнов, 2008; Стонт и др., 2010; Абрамов и др., 2013).

Рисунок 2.6 – Ход атмосферного давления и линия его положительного тренда по ежечасным данным АГМС, установленной на МЛСП D-6: b = 0,000035 (гПа/ч) собственно тренд; t_student = 21,482 (б.р.); n= Среднее месячное давление наибольшим было в октябре (1015,8 4,30 гПа) и в сентябре (1015,6 2,34 гПа); наименьшим – в ноябре (1011,7 5,10 гПа), рисунок 2.7. Самый стабильный ход атмосферного давления наблюдается в сентябре = 2,34 гПа, наиболее изменчивый - в январе 7,56 гПа. Амплитуда колебаний среднемесячных значений атмосферного давления колеблется в широких пределах, но во всех случаях сохраняется одна закономерность (Климат…, 2001): разности между наибольшими и наименьшими значениями зимой в 3-4 раз выше, чем в летние месяцы. Эту особенность можно объяснить усилением циклонической деятельности именно в холодное время года. По этой же причине абсолютные максимумы давления намного выше, а минимумы ниже, чем в теплый период. В январе отмечены экстремумы атмосферного давления: максимум 1049,8 гПа и минимум 964,8 гПа – самые глубокие циклоны и самые мощные антициклоны определяли погоду в этот месяц.

Среднемноголетние значения суточного хода атмосферного давления можно распределить на группы. Модальные значения среднемесячного хода приходятся на интервал 1013-1015 гПа. В этом интервале сгруппированы 5 месяцев основных сезонов: январь, февраль; апрель, май и июнь. Интервал высоких значений гПа включает 2 осенних месяца – сентябрь и октябрь. Пять месяцев попали в интервал низких значений 1013 гПа: ноябрь (осень), декабрь (зима), март (весна) и июль-август (лето); рисунок 2.7.

Рисунок 2.7 – Среднемноголетний суточный ход атмосферного давления на МЛСП D-6 в 2004-2012 гг. помесячно (время местное).

Изменения атмосферного давления в течение суток (суточный ход) выражены слабо, но можно попробовать выделить некоторые закономерности.

На рисунке 2.7, построенном по четырем срокам наблюдений, с неодинаковой степенью отчётливости в помесячном ходе атмосферного давления видны полусуточное и суточное колебание. Они, будучи связаны с суточным вращением Земли, имеют, естественно, солнечное происхождение. Главная характерная, повторяющаяся из месяца в месяц особенность – это минимум около 6 ч и максимум около 12 ч – признак полусуточной волны. Второй минимум ( 18 ч) и второй максимум ( 00 ч) выражены со сбоями. В ноябре – феврале имеется только суточная волна с хорошо выраженным минимумом в 06 ч; максимум в 12 ч выражен слабо.

В работе (Дубравин, Стонт, 2012б) проведен гармонический анализ ежечасных наблюдений по атмосферному давлению за 2004-2011 гг. Он показал, что амплитуда суточной гармоники (0,174) близка к амплитуде полусуточной гармоники (0,156). Близки и их квоты: qI = 0,500 и qII = 0,403.

ВЫВОДЫ

Перенос в умеренных широтах над Северной Атлантикой в 2004-2012 гг. неизменно направлен с запада на восток, что отражает классические закономерности общей циркуляции атмосферы Земли. Отмечена важная черта: в последние годы превалирует отклонение переноса к северным направлениям. Приращение по тренду за 9 лет составило 15° к северу. Увеличилась напряженность выноса (dP/dS) – приращение +0,7 гПа на градус меридиана.

Сравнение направлений переноса над Северной Атлантикой и ЮгоВосточной Балтикой за 2004-2012 гг. показывает, что при подходе к европейскому континенту западный перенос имеет северную составляющую, а над ЮВБ приобретает южную составляющую.

Впервые разработана и применена методика выделения интегральных региональных центров действия атмосферы, которые определяют синоптические вариации сезонного хода погодных условий в ЮВБ.

Рассчитанные тренды изменения положения (широта °, долгота °, глубина/мощность гПа) барических образований, определяющих погоду в регионе, за период 1994-2012 гг. (19 лет) показали, что среднемесячное давление в центрах атмосферных вихрей претерпело изменение: циклоны стали менее глубокими (+0, гПа/год), антициклоны – менее мощными (-0,10 гПа/год), сами центры сместились южнее (-0,06°/год – циклоны, -0,07°/год - антициклоны). Произошла подвижка центров также и на восток, причем скорость смещения циклонов оказалась в 1,5 раза больше, чем антициклонов (0,14°/год и 0,10°/год соответственно).

Анализ приземных карт атмосферного давления за 2004-2012 гг. показал, что положения Исландского минимума и Азорского максимума изменчивы. Наиболее подверженным случайным влияниям оказалось долготное положение обоих центров – оно происходит без преодоления сил, связанных с меридиональным градиентом давления, обусловленного температурой подстилающей поверхности. Рассеяние давления в центре Исландского минимума в 4 раза больше, чем дисперсия давления в центре Азорского антициклона, которое имеет минимальное годовое рассеяние.

Временной ход атмосферного давления, приведенного к уровню моря, характеризуется наличием статистически значимого положительного тренда, средний рост давления составляет 0,29 гПа/ в год при Р=95%. Наблюдаются различия по сезонам: кроме осени, когда тренд отрицателен, отмечен положительный прирост.

Скорость прироста одинаковая зимой и весной, летом процесс замедляется.

Самый стабильный ход атмосферного давления наблюдается в сентябре = 2,34 гПа; наиболее изменчив ход давления в январе 7,56 гПа. Амплитуда колебаний среднемесячных значений атмосферного давления колеблется в широких пределах, но во всех случаях сохраняется одна закономерность: разности между наибольшими и наименьшими значениями зимой в 3-4 раз выше, чем в летние месяцы.

ГЛАВА 3. ВЕТЕР И ЕГО РОЛЬ В ДИНАМИКЕ БЕРЕГОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Из всех метеорологических показателей важнейшим в гидрометеорологии является ветер. Это обусловлено главным образом тем, что ветер определяет многие другие важнейшие параметры: и течения, и состояние морской поверхности (волнение), и теплопотоки через поверхность, а, значит, определяет механизмы перемешивания, распространение продуктов загрязнения в поверхностном слое моря, в значительной степени определяет прибрежные течения и формирует берега, и т.д.

Данная Глава посвящена анализу данных о поле ветра и его изменчивости в регионе, которые были получены как на стандартных метеостанциях на побережье, так и в рамках круглогодичного производственного экологического мониторинга Кравцовского месторождения (D-6) в 2004-2012 гг. Были использованы данные о направлении и скорости ветра в основные сроки (восьмисрочные наблюдения) метеостанции, расположенной в пос. Нида (Литва) на заливной части Куршской косы (55 19 N 21 01 E), высота станции над уровнем моря 2 м и данные Гидрометцентра г. Клайпеда (Литва). Станция Клайпеда (морская, 55 42 N 21 09 E) расположена в равнинной местности с незначительным понижением в сторону моря, высота станции над уровнем моря 6 м. На расстоянии 250-300 м к западу и северо-западу от площадки тянется берег Балтийского моря. В 200 м к югу проходит морской канал, соединяющий Куршский залив с морем (www.rp5.ru).Кроме того, использовались данные гидрометеостанций г. Балтийск (высота над уровнем моря 4 м; 54 39 N 19 54 E) и г. Пионерский (высота над уровнем моря 18 м; 54 57 N 20 13 E), полученные с помощью Интернет-канала (www.rp5.ru).

3.1. Общая характеристика ветровых условий в ЮВБ и её детализация по данным натурных метеоизмерений Особенность географического положения Гданьского бассейна – это его открытость для проникновения западных транзитных воздушных масс. Транзит атлантических циклонов происходит при отсутствии орографических препятствий, что и определяет местную специфику ветрового режима. Розы ветров в ЮВ Балтике почти симметричны, диаграмма направленности близка к круговой и значения модуля скорости результирующего ветра и его устойчивости невысоки. Тем не менее, суммирование малых импульсов приводит к значимым проявлениям в подвижных средах, каковыми являются воздух, море, песок – чем дольше, тем значительнее (Абрамов, Стонт, 2004).

Большую часть года здесь преобладают ветра от западной четверти, общая повторяемость которых в отдельные месяцы составляет 35-50 %. Лишь в апреле повторяемость этих ветров уменьшается до 20-30 %. Кроме того, в летние месяцы достаточно часты ветра от СЗ (15-20 %). Устойчивость результирующего ветра в Балтийске в период с июня по февраль, за исключением сентября, составляет 68- %, снижаясь в апреле-мае до 18-38 %. Это обусловлено большой неустойчивостью атмосферной циркуляции в весенний период (Гидрометеорологические условия…, 1992; Баринова, 2002; Стонт, 2005).

Обобщённое по данным атласа (Климатический и гидрологический атлас…, 1957; Справочник по климату.., 1966, Аtlаs morzа Bаltyckiego, 1994) поле результирующего ветра в Юго-Восточной Балтике имеет следующие черты (Абрамов, Стонт, 2004) (рисунок 3.1). Тонкие стрелки с кружками посредине показывают ветер береговых станций; двойные стрелки – направление и скорость ветра, вычисленные по розам ветров, опубликованным в (Климатический и гидрологический атлас…, 1957). Тройная стрелка – это данные музейного «Витязя». Усреднение выполнено либо по двенадцати месяцам, либо по четырем сезонам.

Модуль скорости к югу от пaрaллели 55 с. ш. больше, чем к северу от этой пaрaллели. В собственно Гдaньском зaливе имеет место циклоническaя циркуляция (против чaсовой стрелки). В зaпaдной чaсти Гдaньского зaливa результирующий перенос происходит с ССЗ нa ЮЮВ вдоль Хельской косы, в восточной чaсти вектор отходит к ЗЮЗ и нaпрaвлен вдоль Вислинской косы. Приблизительно в центрaльной чaсти Куршской косы происходит конвергенция: встречaются полукольцa циклонической циркуляции южной чaсти Гдaньского бaссейнa и слaбо aнтициклонической циркуляции северной чaсти бaссейнa. В зaпaдной чaсти Гдaньского бaссейнa, к северу от пaрaллели 55 с. ш. между меридиaнaми 18 и в. д. имеет место дивергенция, здесь упомянутые полукольцa рaсходятся (Aбрaмов, Стонт, 2004).

Розы ветров в Юго-Восточной Бaлтике симметричны вдоль оси W-Е. Все нaпрaвления, исключaя преоблaдaющее зaпaдное, рaвновероятны. Знaчения модуля скорости результирующего ветрa и его устойчивости невысоки, но результирующий перенос существует.