Диссертация (1097516), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

и понижение уровня солнечнойактивности в начале XIX столетия (Дальтоновский минимум) привели к длительному(десятки лет похолоданию) [Ваганов и др., 2000; Шумилов, Касаткина и др., 2000;Scuderi, 1990; Briffa et al., 1998; Jacoby et al., 2000; Ogle et al., 2005]. Извержение157вулкана Тоба (в 13-15 раз более мощного, чем Тамбора) привело к катастрофическомупохолоданию и началу нового ледникового периода 75000 лет назад [Rampino et al.,1979]. Явление Эль-Ниньо, представляющее собой длительную (более пяти месяцев)положительную температурную аномалию (>+0.5ºС) поверхностных вод Тихого океанав его центральной тропической части, также оказывает влияние на климат в глобальноммасштабе [Матвеев, 2000]. Анализ явлений Эль-Ниньо с 1700 г.

показал, что наиболеемощные из них наблюдались в периоды аномальной солнечной активности [Mendoza etal., 1991; Kuang et al., 1998]. Существует ряд исследований, согласно которым внедалеком будущем человечество могут ожидать катастрофические изменения климата[Карнаухов, 1994; Morner, 2004]. Продолжающееся увеличение температуры (за счетсолнечной активности или антропогенных выбросов) может привести к опреснениюповерхностных вод Северной Атлантики (за счет таяния льда в сибирских реках илиувеличения количества осадков в средних широтах), что вызовет смену направленияатлантического течения Гольфстрим к югу и существенное похолодание в Европе,сравнимое по величине с Малым ледниковым периодом [Карнаухов, 1994; Van Geel etal., 1998; Morner, 2004].5.3 Пространственно-частотные закономерности проявлениясолнечной активности в атмосфере Северной Атлантики и Европы.Как уже отмечалось выше, связь атмосферных параметров и климата ссолнечной активностью имеет сложную пространственную структуру, да и самиклиматические вариации носят макро-региональный характер (см.

п. 5.1).Для объяснения существующих неопределенностей в климатическом отклике насолнечное воздействие (пространственные неоднородности, слабость внешнегосигнала) в ряде работ разработан механизм возникновения в атмосфере энергоактивныхобластей («термобарические сейши», «солнечно-обусловленные центры действия»,«климатические аттракторы»), связанных с зонами развития неустойчивостей,усиливающих атмосферный эффект солнечно-обусловленного сигнала за счетвнутренних свойств самой системы [Шулейкин, 1968; Смирнов, Суржик, 1977;Авдюшин и др., 1982; Смирнов, 1984; Lorenz, 1963; King et al., 1977; Hurrel, 1995;Wallace et al., 1995; Christoforou Hameed, 1997; Lawrence, Ruzmaikin, 1998; Corti et al.,1999; Palmer, 1999; Khatiwala et al., 2001].

Свойство усиливать внешний сигналхарактерно для нелинейных динамических систем [Хакен, 1985]. Для нелинейныхдинамических систем характерны такие процессы, как «захватывание» частоты, или,158например, «удвоение» периода внешнего сигнала [Хакен, 1985]. Одной из такихобластей является зона Северной Атлантики, вариации температурного режимакоторой оказывают значительное воздействие на изменение климата Европы[Шулейкин, 1968; Смирнов, Суржик, 1977; Авдюшин и др., 1982; Смирнов, 1984; Hurrel,1995; Corti et al., 1999; Wallace et al., 1995].Настоящий раздел посвящен результатам исследования пространственночастотных закономерностей проявления солнечной активности в атмосфере СевернойАтлантики и Европы, изложенным в работах [Касаткина и др., 2004; 2006].В работах [Шулейкин, 1968; King et al., 1977] для объяснения существующихрегиональных особенностей в климатических вариациях привлекалась концепциястоячих атмосферных волн или так называемых «термобарических сейш».

В природетакие осцилляции, предположительно, формируются вблизи зон температурныхконтрастов подстилающей поверхности, где обостряется проявление солнечноатмосферных эффектов, например, в системе океан-материк [Шулейкин, 1968; Смирнов,Суржик, 1977; Авдюшин и др., 1982; Смирнов, 1984; King et al., 1977]. В работе[Шулейкин, 1968] для описания этих процессов использовалась двухслойная модельатмосферы, где в нижнем слое холодный воздух стекает с материка на океан снекоторой осредненной скоростью U. Над этим слоем располагается второй, в которомс океана на материк поступает подогретый океаном воздух, обладающий температуройна Θ выше, чем температура нижнего слоя.

При этом использовалась системауравнений [Шулейкин, 1968]:u/t = -(1/)p/x - Uu/x + 2Ωv,v/t = -(1/)p/y - Uv/x - 2Ωu,(5.1),grad p = -Cgradгде:U – осредненная скорость переноса тепла;u, v – приращения скорости вдоль и перпендикулярно потоку соответственно;p,  - возмущения давления и температуры;Ω – проекция угловой скорости вращения Земли на вертикаль в данной точке;δ – плотность воздуха, δ=1.29 кг/м3;С – коэффициент.159После некоторых преобразований получаем волновое уравнение в следующемвиде [Шулейкин, 1968]:2/t2 = mC/ [2/x2 + 2/y2](5.2),или в полярных координатах (r,):d2/dr2 + (1/r)d/dr + (k2 - s2/r2) = 0(5.3)Одним из решений этого уравнения являются стоячие волны [Шулейкин, 1968]: = 0J1(kr) cos(wt + )(5.4)Графическое решение этого уравнения для соответствующих значений[Шулейкин, 1968] (r=2500 км, C=1.6x103, k=3.83/r, w=2/T, m=0.1, Θ=4ºC, θ0=6ºC,T=1.64rmC) представлено на рис.

5.6, а также в виде проекции на карту в фазе,когда узловой диаметр проходит вдоль береговой линии системы Северная Атлантика –Европа (рис. 5.7).Конечно, хотя рис. 5.7 и отражает пространственную картину измененийметеопараметров в системе Северная Атлантика-Европа, уравнение (5.4) былополучено при значительных допущениях [Шулейкин, 1968]. В действительности, подвлиянием кориолисовой силы пучности температурных колебаний (зона Фарерских овов и г. Смоленск) и узловой диаметр непрерывно меняют свое положение: узловойдиаметр как бы поворачивается вокруг одной точки, лежащей вблизи г.

Осло[Шулейкин, 1968]. При повороте угловая скорость вращения не остается постоянной,температурные отклонения в пучностях значительно уменьшаются [Шулейкин, 1968].Поэтому внешнее воздействие будет максимальным в области, находящейся, междупучностями, как это показано на рис.5.7.С целью исследования пространственных и частотных неоднородностейпроявлений солнечной активности в климатических вариациях были проанализированы45 температурных и дендрохронологических серий, относящихся к зоне СевернаяАтлантика – Европа. Массив данных включает 10 оригинальных серий, собранных на160Кольском п-ове и на севере Финляндии в 2000-2001 гг.

Все серии обработаны всоответствии с общепринятыми международными стандартами на специальнойустановкеприпомощипакетапрограмм,разработанноговКолумбийскомуниверситете, США [Holmes, 1983; Cook, Kairiukstis, 1990]. Для анализа были такжеиспользованыданныеМеждународногодендрохронологическогобанка[http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/treering.html].Рис. 5.6. Графическое представление решения уравнения (5.4).Для выявления периодичностей в климатических записях был проведенспектральный анализ хронологий при помощи МТМ-метода (Multi-Taper Method)[Thomson, 1982] с использованием пакета программ SSA-MTM Toolkit [Dettinger et al.,1995, http://www.atmos.ucla.edu/tcd/ssa]. Данный метод позволяет более надежно, посравнениюснизкочастотнойметодомчастиФурье,спектраопределятьдляпериодическиезаписей,вчастности,составляющиевклиматических,продолжительность которых сравнима с оцениваемым периодом [Thomson, 1982].Результаты спектрального анализа позволили выделить значимые (90% и выше)периодичности в климатических вариациях (4 – 7, 11-, 22-, 30-33-, 66-, 80-100 лет).161(Здесь и далее под термином «климатические вариации» подразумеваются вариациитемпературы и годичного прироста древесных колец).Рис.

5.7. Схематическое изображение проекции на плоскость решения уравнения (4.4)в фазе, узловой диаметр проходит вдоль береговой линии системы СевернаяАтлантика – Европа. Зоны, в климатических вариациях которых присутствуетпериодичность, связанная с солнечной цикличностью, отмечены квадратами. Зоны,где в климатических вариациях присутствует периодичность, обусловленнаясобственными колебаниями системы, отмечены кружками.Но эти циклы были выявлены не во всех записях и проявлялись с различнойинтенсивностью.

Вариации с периодом 4-7 лет, скорее всего, связаны с североатлантическим колебанием [Мохов и др., 2000], остальные – с солнечной активностью.162В результате анализа все записи были разделены на две группы. Перваяхарактеризуется наличием ярко выраженной солнечной цикличности (см. рис.5.8),вторая – отсутствием таковой (см. рис.5.9).Анализ пространственного распределения этих двух групп показал, чтопроявления солнечной цикличности ослабевают при удалении от береговой линиисистемы Северная Атлантика – Европа, которая простирается от СевернойСкандинавии и Кольского п-ова до Пиренейского п-ова. Точки, относящиеся ко второйгруппе, сконцентрированы вблизи центров (зона Фарерских о-вов и г.

Смоленска), где вклиматических вариациях преобладают осцилляции, не связанные с солнечнойактивностью (см. рис. 5.7). В этих зонах внешний сигнал должен подавлятьсясобственными колебаниями системы [Смирнов, Суржик, 1977; Смирнов, 1984; King etal., 1977; Hurrel, 1995; Wallace et al., 1995; Christoforou Hameed, 1997; Lawrence,Ruzmaikin, 1998; Corti et al., 1999; Palmer, 1999; Khatiwala et al., 2001] (в нашем случае –северо-атлантическим колебанием).Таким образом, в результате спектрального анализа 33-летняя периодичность идругие циклы солнечной активности были обнаружены по дендрохронологическимсериям Северной Финляндии, Кольского и Пиренейского п-овов (см.

рис. 5.8). Все этизоны расположены вдоль береговой линии (см. рис. 5.7), где, согласно полученнымранее результатам [Шулейкин, 1968; Смирнов, Суржик, 1977; Авдюшин и др., 1982;Смирнов, 1984; Kelly, 1977; King, 1977], солнечное воздействие должно бытьмаксимальным. Точки, относящиеся ко второй группе, сконцентрированы вблизицентров, где внешний сигнал должен подавляться собственными колебаниями системы(в нашем случае – северо-атлантическое колебание).Полученные результаты согласуются с пространственным распределениемтемпературных аномалий и аномалий давления, наблюдаемых в Северной Атлантике[Шулейкин, 1968; Смирнов, Суржик, 1977; Авдюшин и др., 1982; Смирнов, 1984; Kelly,1977; King, 1977; Deser, 2000; Werner et al., 2000].

Характеристики

Список файлов диссертации