Все научные статьи
Кондратович К.В., Вершовский М.Г. О многолетних изменениях интенсивности и географической локализации Южно-Тихоокеанского субтропического антициклона
Научная статья
Электронный научный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 310аа географической локализации Южно-Тихоокеанского
субтропического антициклона
Кондратович К.В., Вершовский М.Г. (michael ver@modomail.com) Российский Государственный Гидрометеорологический Университет
В процессах общей циркуляции атмосферы существенное значение имеют три мировые колебания атмосферного давления, открытые автором метода мировой погоды Г. Уокером [Walker, 1923-1, 1923-2]. Это Северо-Атлантическое (NAO), Северо-Тихоокеанское (NPO) и Южное (SO) колебания. Каждое из них является результатом длительных изменений атмосферного давления в соответствующих субтропических антициклонах, рассматриваемых как квазистационарные барические образования или центры действия атмосферы (ЦДА).
Особую роль играет Южное колебание (SO), в противоположных фазах которого возникают явления Эль-Ниньо (ослабление пассата и положительные аномалии температуры воды в пассатном дрейфе) и Ла-Нинья (усиление пассата и отрицательные аномалии температуры воды). Явление ENSO активно изучается с 1983 г., когда рекордные изменения глобальной атмосферной циркуляции и мировой погоды не оставили сомнений в значимости этого макропроцесса для многих регионов, причем не только в бассейнах Тихого и Индийского океанов.
Для оценки состояния (фазы) упомянутых выше мировых колебаний были предложены соответствующие индексы, в самом общем виде представляющие собой аномалию разности приземного давления между двумя географическими точками (станциями), по каждой из которых имеется многолетний ряд наблюдений. В качестве индекса Южного колебания (SOI) используются данные атмосферного давления на станциях Таити и Дарвин. Последующие наблюдения продемонстрировали тесную связь колебаний SOI с явлениями Эль-Ниньо - Ла Нинья, что обеспечило данному индексу широкое применение как в практике долгосрочного прогнозирования, так и в изучении проблемы климатических изменений в регионе.
Использование SOI (а равно и других аналогичных индексов) имеет свои определенные преимущества. В первую очередь это относится к простоте расчета и относительной легкости практического применения индекса. Не менее важно и то, что
Электронный научный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 311аа Индекс SOI позволяет получать определенное представление о состоянии Южно-Тихоокеанского антициклона, но лишь косвенным образом. Вне внимания исследователей оказываются характеристики сезонных, межгодовых и многолетних изменений интенсивности ЦДА и его географической локализации. Это вполне естественно, так как станция, давление на которой призвано характеризовать состояние А, может находиться -а чаще всего и находится - в различных секторах его периферии.
Еще одна проблема в изучении ЦДА, как, впрочем, и всего комплекса исследований современных изменений климатической системы, связана с широким использованием отклонений количественных характеристик от многолетних норм. К сожалению, эти нормы, следуя рекомендациям ВМО, меняются от одного тридцатилетия к другому, и довольно часто. Тридцатилетние нормы позволяют исключить из практики составления и оценки среднесрочных (несколько дней) и долгосрочных (месяцы и сезоны) прогнозов погоды длительные преобразования общей и региональной циркуляции атмосферы. Существование таких периодов во внетропических регионах Северного и Южного полушарий установлено в работах А.А. Гирса и Б.Л. Дзердзеевского и получило название лциркуляционных эпох.
Однако временной масштаб процессов, влияющих на современные изменения климатической системы, существенно больше одного-двух десятилетий, поэтому использование 30-летних норм методически не оправдано. Более приемлемым был бы расчет норм и отклонений от них по всему многолетнему ряду метеорологических и океанологических инструментальных наблюдений. Сказанное в полной мере относится к характеристикам атмосферной циркуляции и центрам действия атмосферы. Наличие многолетних архивов полей атмосферного давления дает возможность использовать более корректный способ оценки состояния центров действия атмосферы.
Многолетние данные барических полей позволили выявить среднемесячные значения максимумов давления в Южно-Тихоокеанском ЦДА и определить географическое положение центра антициклона за весь имеющийся период наблюдений. Представлялось интересным исследовать возможную связь между широтным положением центра антициклона и его интенсивностью. Попытки подобного рода для других ЦДА предпринимались и ранее [Соркина, 1972], однако в значительно более ограниченных временных масштабах, что относится как к периоду осреднения, так и количеству лет наблюдений. Нами для сопоставления использовались среднегодовые значения широтной
Электронный научный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 312аа В качестве оценки интенсивности антициклона было использовано статистическое обобщение количественных среднемесячных характеристик ЦДА. По многолетнему ряду каждого календарного месяца осуществлялось ранжирование аномалий с выделением пяти равновероятностных градаций. В зависимости от того, в какую из пяти градаций попадала аномалия давления данного месяца в тот или иной год, ей присваивалась качественная оценка интенсивности: значительно выше нормы (А), выше нормы (а), нормальная (N), ниже нормы (Ь) и значительно ниже нормы (В) [Кондратович и др., 2001, 2006]. Затем по методике, предложенной одним из авторов [Вершовский 2006-1, 2006-2], вычислялись среднегодовые индексы интенсивности Iint, расчет которых предельно прост.
Качественные среднемесячные оценки заменяются количественными баллами интенсивности по следующей схеме: В = -2, b = -1, N = 0, а = 1, А = 2. Полученные среднемесячные баллы суммируются за год, давая в результате среднегодовой индекс интенсивности Itnt- В качестве примера (табл. 1) приводится расчет значения индекса Itnt в за 1950 г.
Таблица 1. Среднемесячные градации аномалий давления, баллы интенсивности и суммарный годовой индекс Itnt Южно-Тихоокеанского антициклона за 1950 г.
Год |
Месяцы |
IlNT |
|||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
||
1950 |
В |
В |
а |
В |
N |
А |
а |
b |
b |
b |
N |
N |
|
-2 |
-2 |
1 |
-2 |
0 |
2 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
0 |
0 |
-5 |
|
Очевидно, что полученные таким образом среднегодовые индексы интенсивности Iint могут колебаться в пределах от -24 до +24.
Предложенный индекс интенсивности Iint позволяет использовать одну и ту же методику как в случае антициклонических, так и циклонических ЦДА. Это дает возможность не только сопоставлять интенсивность ЦДА с многолетними рядами других гидрометеорологических и геофизических характеристик по единой схеме, но и сравнивать многолетний ход интенсивности антициклонических и циклонических центров действия.
Для исследования возможной взаимосвязи между широтным положением Южно-Тихоокеанского ЦДА и его интенсивностью были взяты ряды среднегодовых значений
Электронный научный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 313аа
аномалий локализации центра антициклона по широте за 1900-2004 гг. и индекса интенсивности Iint за тот же период. Коэффициент корреляции R за весь отрезок времени (105 лет) составил 0,81. При сопоставлении сглаженных значений (11-летних скользящих средних) хода Iint с ходом широтного положения максимума ЦДА коэффициент корреляции оказался равным 0,95 (рис.1).
Таким образом установлено, что интенсивность возрастает по мере перемещения центра антициклона в более высокие широты, причем зависимость эта оказывается близкой к линейной.
10 |
CD |
о О I 00 5 О X О) |
О |
- -1 |
о CD I |
о 5 |
- -3 |
-10 |
-15 |
15
1 1 i M Ш |
V2 |
-- |
|||||||
11 1 ll |\ |
f |
i iа Аа |
ш\ 1 1 1 ^Aаа i |
I 4 1_ |
|||||
41 1аа 1 |
1 J |
1 |
Vj |
||||||
1 * |
1 \h-аа / |
/аа У /аа J 1 a |
- |
||||||
1 \J * \ 1 1аа 1 |
/а J |
j f ! |
|||||||
1 1 |
-- |
1905а 1915а 1925а 1935а 1945а 1955а 1965а 1975а 1985а 1995
Рис. 1. Многолетний (1900-2004 гг.) осредненный (11-летнее скользящее среднее) ход аномалии по широте (1) и Iint (2) центра Южно-Тихоокеанского антициклона.
Интересно отметить, что на графике сглаженных кривых хода обеих величин (рис. 1) абсолютный пик интенсивности и наибольшее за последние десятилетия значение широтной аномалии приходятся на первую половину 1980-х гг. Экстремальное смещение Южно-Тихоокеанского ЦДА к югу отмечено в 1983 г., когда, как известно, имело место рекордное за весь период наблюдений явление Эль-Ниньо. В пределах рассматриваемого нами ряда более значительные смещения ЦДА в южном направлении происходили только в начале прошлого века - в 1907 и 1910 гг.
Электронный научный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 314аа Циклонические вихри в средней тропосфере усиливаются при адвекции холода и смещении вихря в более низкие широты. Развитию антициклонических вихрей способствует адвекция тепла и смещение в более высокие широты.
Справедливость этих выводов была подтверждена практикой синоптического анализа атмосферных процессов во временном масштабе нескольких дней.
Выявленная нами сопряженность в изменении интенсивности и меридионального смещения Южно-Тихоокеанского субтропического антициклона находит рациональное объяснение с позиций теоретического анализа эволюции атмосферных вихрей, выполненного Л.Т. Матвеевым.
Очевидно, что смещение субтропических антициклонов Южного полушария к югу обеспечивает адвекцию тепла и усиление вихря в поле силы Кориолиса. Суммарный эффект проявляется и при осреднении соответствующих характеристик. Достоверная статистическая связь (p-level = 4-10" , т.е. практически равен нулю) индексов интенсивности Itnt и широтной аномалии центра Южно-Тихоокеанского антициклона подтверждает этот вывод.
Данное заключение подкрепляется и найденной зависимостью между интенсивностью и широтным положением двух других антициклонов Южного полушария. Для ЦДА Индийского океана коэффициент корреляции между среднегодовыми значениями двух этих переменных составил 0,58. Для Южно-Атлантического антициклона коэффициент корреляции оказался равным 0,69. (Расчеты проводились за тот же период 1900-2004 гг. без осреднения и сглаживания.)
Стоит отметить, что сопряженность интенсивности и широтного положения Азорского и Гавайского антициклонов отсутствует или проявляется недостаточно четко. Эти центры действия атмосферы являются генераторами уже упоминавшихся Северо-Атлантического (NAO) и Северо-Тихоокеанского (NPO) колебаний. Чередование в Северном полушарии континентальных и океанических секторов и процессы арктических антициклонических вторжений обеспечивают формирование иных, отличных от субтропических ЦДА Южного полушария, тенденций развития.
Электронный научный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 315аа 1. Установлено существование связи многолетних изменений интенсивности и
широтной локализации Южно-Тихоокеанского антициклона. Такая же связь обнаружена и
для двух других субтропических ЦДА Южного полушария.
2.а Экстремальное смещение Южно-Тихоокеанского антициклона к югу и рекордное
явление Эль-Ниньо совпали по времени.
3. В многолетних изменениях интенсивности и широтного положения ЦДА
выделяются периоды трендового роста и падения.
Изучение выявленных тенденций, на наш взгляд, представляется перспективным для климатического диагноза и прогноза ENSO.
Литература
- Вершовский М.Г. Азорский антициклон и колебания скорости вращения Земли. // В сб.: Вопросы промысловой океанологии, вып.З. - М.: Издательство ВНИРО. - 2006. - С. 163-170.
- Вершовский М.Г. Центры действия атмосферы Атлантического океана и вариации скорости вращения Земли. // Электронный журнал "Исследовано в России", 275. - 2006. -С. 2651-2660.
- Кондратович К. В., Куликова Л. А., Вершовский М.Г. Антициклонические центры действия атмосферы и вариации скорости суточного вращения Земли. // В сб.: Вопросы промысловой океанологии, вып.З. - М.: Издательство ВНИРО. - 2006. - С.а 152-162.
- Кондратович К. В., Куликова Л. А., Федосеева Н. В. Изменения атмосферных макропроцессов и температуры водной поверхности Атлантики в XX веке. // В сб.: Тимонов В.В. К 100-летию со дня рождения. - СПб.: Изд. РГГМУ. - 2001. - С. 30-37.
- Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. - СПб.: Гидрометеоиздат. - 2000. - С. 621-624.
- Соркина А.И. Уточненные данные об интенсивности и положении центров действия атмосферы в Северном полушарии. // Тр. ГОИН, вып. 114. - М.: изд. ГОИН. - 1972. - С. 71-79.
- Храбров Ю.Б. Методика составления прогнозов погоды на 3-7 дней. - М.: Гидрометеоиздат. - 1959. - 183 с.
Электронный научный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 316аа Все научные статьи