Влияние межгодовых вариаций температуры поверхности океана на циркуляцию стратосферы и озоновый слой (1097496), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Однако, после 1988/89 гг. этисвязи не наблюдались. Анализ квазидвухлетней компоненты SAMаномалий для октября показал, что причиной этого нарушениясвязей является не усиление антропогенных воздействий(С.Соломон, частное сообщение), а долгопериодные изменениясоответствия квазидвухлетних связей циркуляции стратосферывблизи экватора, средних и высоких широт Южного полушария.После 1987/88 гг. эти связи изменились на противоположные,поэтому не наблюдалось корреляций озоновой дыры иэкваториального КДЦ после 1988 года, хотя связи вариаций озонанад Антарктикой с квазидвухлетней компонентой циркуляциистратосферы в средних южных широтах наблюдаются всегда [7].Межгодовые и долгопериодные вариации атмосфернойциркуляции и озонового слоя имеют большие долготныенеоднородности, связанные с воздействием планетарных игравитационных волн на зональную динамику и состав атмосферы.В главе 6 проведен также анализ долготной структуры связейизменений содержания озона и стратосферного момента импульса,рассчитанного в зависимости от широты и долготы , если в (1) непроводить усреднение по широте.Рассчитанные линейные тренды содержания озона, выраженные вединицах Добсона (е.Д.) в год для январей 1979-1992 гг.
обнаружилихорошо известные максимумы уменьшения озона над Европой (-4,5е.Д./год), восточной Сибирью и Тихим океаном (-3,5 е.Д./год). НадЛабрадором и Канадским арктическим архипелагом в этот периоднаблюдалось некоторое увеличение озона (1,5 е.Д./год), что, само посебе, может свидетельствовать о большой роли динамики визменчивости озонового слоя. Эти положительные тренды близки к95% уровню статистической значимости. В Южном полушариитакже есть области либо с положительными (1 е.Д./год) трендами виюле между Африкой и Антарктикой, либо с отсутствием трендовзападнее Чили в октябре на фоне очень больших отрицательныхтрендов (-7 е.Д./год) над Антарктикой [11,17].Трендыстратосферногомоментаимеютсложнуюпространственную структуру как в Северном, так и в Южномполушариях. Структура трендов SAM в Северном полушарии,вероятно, каким-то образом связана с известными дальними связямиизменчивоститропосфернойдинамики[Wallace,J.M.,and14D.S.Gutzler, Mon. Wea.
Rev., 109, 784-812, 1981]. В высоких широтахСеверного полушария наблюдаются противоположные по знакутренды: в январе 1979-1992 гг. происходило ослабление западныхзональных ветров стратосферы в западной Арктике, а в восточнойАрктике, наоборот, - ускорение вращения стратосферы. Этоозначает, что межгодовые вариации влияния планетарных волн нациркуляцию и температуру стратосферы Арктики (межгодовыхизменений стратосферных потеплений) имели противоположныйхарактер в западном и восточном полушариях и привели к миграциицентра стратосферного вихря Арктики.Тренды SAM в Южном полушарии (октябрь) также имеютсложную пространственную структуру.
Наибольшее усилениезападных зональных ветров стратосферы над Антарктикойпроисходило между Халли Бей и Южным полюсом на 85°ю.ш.,30°з.д., в области, где была открыта озоновая дыра. В субтропиках исредних широтах Южного полушария наблюдаются положительные(западные) тренды SAM над Тихим океаном и отрицательные(восточные) тренды над Атлантикой к востоку от Анд.Как хорошо известно [Andrews, D.G., and M.E.McIntyre, J.
Atmos.Sci., 33, 2031-2048, 1976], лишь небольшая часть стратосфернойдинамики (остаточная циркуляция) влияет на перенос озона, тепла имомента импульса из-за сильной компенсации упорядоченных ивихревых процессов переноса. Поэтому только часть измененийSAM может быть связана с наблюдаемыми вариациями составаозонового слоя. Проведенный ЭОФ и SVD анализы связейизменений стратосферного момента и содержания озона в целомподтверждают следствия теоремы о неускорении, описывающейостаточную циркуляцию.
В Северном полушарии первая ЭОФаномалий содержания озона, описывающая 31,4% общейизменчивости, имеет пространственную структуру, очень близкую ккартине трендов озона, и ее коэффициент имеет ясно выраженныйтренд в течение январей 1979-1992 гг. с некоторымиквазидвухлетними колебаниями. Вторая ЭОФ сравнимого вклада(29,8%) изменчивости в основном ответственна за изменения озона ввысоких широтах c ясно выраженными противоположными(дипольными) вариациями между северной частью Тихого океана исеверной Атлантикой. Ее коэффициент не имеет заметного тренда в1979-1992 гг., но в его поведении имеются экстремумы в 1985 и 1991гг., в годы с сильными стратосферными потеплениями. Третья ЭОФимеет много меньший вклад (10,8%) в общую изменчивость [12].15Проведенный SVD анализ связей межгодовых вариаций озона истратосферного момента показал наличие сильных нелокальныхкорреляций стратосферной динамики и содержания озона как вСеверном, так и в Южном полушариях.
В Северном полушарииструктура и межгодовая изменчивость первой SVD моды аномалийозона (28,5% изменчивости) соответствует второй ЭОФ вариацийозона, которая описывает изменения озона в высоких широтах.Соответствующая SVD мода (14,6%) аномалий SAM описываетдипольные изменения стратосферной динамики между западной ивосточной Арктикой, а также дипольные изменения по широте снаиболее сильными различиями между Тихим океаном, США иСибирью. Рисунок 2 иллюстрирует сильные корреляциисодержания озона и стратосферной динамики в районах с наиболеесильными связями, найденными при помощи SVD анализа.Рис.2.
Аномалии содержания озона (сплошные кривые) истратосферного момента (с обратным знаком, пунктир) в наиболеесильно связанных географических районах для января (a,b)16Северного и октября (c,d) Южного полушарий в 1979-1997 гг. вотносительных единицах. В скобках указаны коэффициенты ихкорреляций.В Южном полушарии (октябрь) также наблюдаются сильныесвязи изменений стратосферной динамики и содержания озона.Первая ЭОФ (65,8% изменчивости), описывающая поведениеозоновой дыры в Антарктике, почти точно совпадает с первой SVDмодой (64,2%) связей содержания озона и стратосферного момента.Замечательной чертой пространственных структур этих модявляются дипольные изменения озона с некоторым повышениемозона в октябре 1979-1992 гг.
над Тихим океаном к западу от Чили ипонижением озона над Атлантикой к востоку от Аргентины.Пространственная структура первой SVD (28,9%) аномалийстратосферного момента имеет сложную структуру с чередованиемкак западных так и восточных аномалий. В средних широтах(40°ю.ш.-60°ю.ш.) наблюдается тенденция к западным аномалиямSAM, что соответствует усилению изолированности стратосферноговихря Антарктики в 1979-1992 гг. Рисунок 2 показывает такжекорреляции содержания озона и стратосферного момента вкритических точках Южного полушария, где имеют местонаибольшие связи озона и стратосферной циркуляции.
Сильныекорреляцииповеденияозоновойдырысизменениямистратосферной динамики в средних широтах находятся всоответствии с результатами анализа для зонально-среднихзначений.В главе 7 исследованы связи межгодовых аномалий температурыповерхности Мирового океана, стратосферного момента импульса исодержания озона в Северном и Южном полушариях.
Анализпроведен для аномалий ТПО как для каждого из океанов (Тихого иАтлантического в Северном полушарии), (Тихого, Атлантического иИндийского в Южном полушарии), так и для их совместноговлияния в каждом из полушарий для января в Северном и октября вЮжном полушариях.Самыми заметными событиями в Мировом океане являютсяявления Эль-Ниньо/Ла-Нина в Тихом океане, связанные с большимианомалиями ТПО в экваториальной части Тихого океана.
Былпроведен анализ связей этих явлений с межгодовыми изменениямисодержания озона и стратосферного момента как для Северного, таки для Южного полушарий. Первая SVD мода аномалий ТПО Тихогоокеана этих связей, рассчитанная для широтной зоны 12°ю.ш.60°с.ш., представляет собой первую ЭОФ (40% изменчивости),которая описывает явления Эль-Ниньо/Ла-Нина с сильными17повышениями температуры Тихого океана вблизи экватора во времяЭль-Ниньо 1982/83, 1986/87 и 1991/92 гг. Корреляции измененийсодержания озона Северного полушария в январе с коэффициентомэтой SVD моды (индексом Южной Осцилляции) невелики, заисключением Европы (~60%) и соответствующая SVD модааномалий озона не является какой либо главной модой (ЭОФ)изменений озона. То же самое верно и для связей индекса ЮжнойОсцилляции с межгодовымивариациямивнетропическойстратосферной циркуляции Северного полушария.
Корреляцииозона над Европой c явлениями Эль-Ниньо могут быть следствиемнекоторой когерентности аномалий ТПО экваториального Тихогоокеана и аномалий ТПО Атлантики к западу от Англии, как показалSVD анализ связей ТПО Тихого и Атлантического океанов. Такимобразом, прямое влияние явлений Эль-Ниньо/Ла-Нина навнетропическую стратосферу не является большим. Эти результатыне означают, что явления Эль-Ниньо не влияют на циркуляциюатмосферы в глобальном масштабе. Известно [Jacobs,G.A., et al.,Nature, No.370, 360-363, 1994], что Эль-Ниньо обладаютдолгопериодной "памятью", например, сильное Эль-Ниньо 1982/83гг. привело к изменениям течения Куросио несколькими годамипозже, т.е.
изменения аномалий ТПО в средних и высоких широтахТихого океана могут зависеть от предшествующих событий ЭльНиньо/Ла-Нина.Совершенно другая картина наблюдается для связей межгодовыхвариаций содержания озона, стратосферной циркуляции и ТПОАтлантики в Северном полушарии. Первая SVD мода аномалийТПО Атлантики их связей с изменениями содержания озона почтиточно совпадает с главной модой ЭОФ1 (23,4% изменчивости) ТПОАтлантики, а соответствующая SVD мода вариаций озона близка кЭОФ2 (29%), которая описывает изменения озона в высокихширотах Северного полушария. Как показал SVD анализ, связианомалий ТПО Атлантики и стратосферного момента также великии воспроизводят главные черты их изменчивости. Следовательно, вотличие от явлений Эль-Ниньо/Ла-Нина, межгодовые аномалииТПО Атлантики (особенно дипольные изменения ТПО в районеГольфстрима и северо-атлантического течения) очень сильносвязаны с изменениями стратосферной циркуляции и озона всредних и высоких широтах [12].Таким образом, роль межгодовых и долгопериодных измененийТПО Атлантики может быть очень важной в изменчивости волновойактивности Северного полушария в зимне-весенний период иозонового слоя.
Этот вывод также подтверждается близкимсоответствием пространственных структур Северо-Атлантического18Колебания и Арктической Осцилляции в атлантическом секторе[Wallace,J.M. Quart. J. Roy. Met. Soc., 126, 564, 791-805, 2000].Рис.3 Первые SVD моды связей аномалий содержания озона (a),стратосферного момента (b) и ТПО Тихого и Атлантическогоокеанов (c), выраженные в виде корреляций (в%) аномалийсоответствующего поля с межгодовыми изменениями коэффициентапервой SVD моды cвязей аномалий ТПО и стратосферного момента(сплошная кривая, d).
Пунктиром показан коэффициент третьейЭОФ аномалий ТПО.Механизм волновой гипотезы предполагает интерференциюорографического (Скалистые горы) и термического источникастационарных волн, связанного с аномалиями ТПО как Тихого, так иАтлантического океанов. Поэтому был проведен SVD анализ связейизменений содержания озона, стратосферного момента исовместных аномалий ТПО севернее 20°с.ш., результаты которогопоказаны на рисунке 3. Пространственные структуры первых SVD19мод межгодовых вариаций содержания озона и SAM близки кпервым SVD модам связей озона и стратосферного момента. Сэтими модами очень сильно связана первая SVD мода аномалийТПО северного Тихого и Атлантического океанов (рисунок 3с),структура которой характеризуется дипольными изменениями ТПОс центрами действий вблизи Куросио (35°с.ш.,150°в.д.), южнееАлеутов (50°с.ш.,150°з.д.), и в Атлантике вблизи Ньюфаундленда(50°с.ш.,45°з.д.), Гольфстрима (35°с.ш.,55°з.д.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
