Диссертация (1145308), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Североатлантическая ПФЗ является частьюпланетарной высотной фронтальной зоны и, соответственно, областью интенсивноговнетропического циклогенеза.На рис.4.14а представлен временной ход коэффициентов корреляции R(SLP, Rz ) по 17летним скользящим интервалам между среднегодовыми значениями приземного давления SLPв указанных регионах и числами Вольфа. Сопоставление данных, приведенных на рис.4.12, 4.13211Correlation coefficient0.8(a)0.40-0.4Arctic Polar VortexPolar Frontal Zone-0.81880Spectral power density301900(b)19201940YearsArctic PolarVortex301960(c)∼63 yrs2000North AtlanticPolar Frontal Zone∼63 yrs2020101001980∼25 yrs000.04 0.08 0.12 0.16 0.2Frequency, yr-100.04 0.08 0.12 0.16 0.2Frequency, yr-1Рис.4.14. а) Временной ход коэффициентов корреляции R(SLP, Rz ) по 17-летним скользящиминтервалам между среднегодовыми значениями SLP и числами Вольфа в областяхформирования арктического циркумполярного вихря (красная линия) и североатлантическойполярной фронтальной зоны (синяя линия);б) и с) спектры Фурье коэффициентов корреляции R(SLP, Rz ) для областей формирования ЦПВи североатлантической ПФЗ.и 4.14, показывает, что эффекты СА/ГКЛ в вариациях давления в областях формированияосновных элементов макроциркуляции выражены более отчетливо, чем в вариациях давления всоответствующих широтных поясах.
Коэффициенты корреляции давления с числами Вольфаимеют бóльшую амплитуду в областях формирования ЦПВ и ПФЗ, чем в целом по высоким иумеренным широтах. При этом ~60-летняя периодичность коэффициентов корреляции вуказанных регионах также более четко выражена по сравнению со средними значениями всоответствующих широтных поясах.212Согласно результатам Фурье-анализа, гармоника с периодом ~63 лет (значимость более0.95) является доминирующей в спектре колебаний коэффициентов корреляции для областиформирования ЦПВ (рис.4.14б).
В области североатлантической ПФЗ эта гармоника остаетсятакой же мощной, как и в области ЦПВ, несмотря на усиление колебаний с периодом ~25 лет.Отметим, что в поясе умеренных широт 30-45°N ~60-летняя гармоника была незаметна из-задоминирующей гармоники с периодом ~127 лет и для ее выявления потребовалось удалениелинейного тренда.
Таким образом, изменения давления в высоких и умеренных широтах,наблюдаемые в связи с вариациями СА/ГКЛ, в значительной степени определяютсяизменениями давления в областях формирования основных элементов макроциркуляции.Именно в этих областях наиболее четко выражены ~60-летние колебания коэффициентовкорреляции между давлением тропосферы и характеристиками СА/ГКЛ.Важно отметить, что эффекты СА/ГКЛ в атмосферном давлении в областях формированияЦПВ и североатлантической ПФЗ, находятся, как правило, в противофазе.
Некотороенарушение данной закономерности, имевшее место в конце XIX – начале XX веков может бытьобусловлено недостаточно высоким качеством данных для указанного периода. В целом жеданные на рис.4.14а показывают, что в периоды положительной корреляции между давлениемв области ЦПВ и числами Вольфа корреляция давления в североатлантической ПФЗ с числамиВольфаотрицательнаяинаоборот.Инымисловами,понижениедавлениявсевероатлантической ПФЗ сопровождается усилением арктического антициклона.
И наоборот,ослаблением циклогенеза у берегов Северной Америки наблюдается ослабление антициклоновв Арктике. Полученные результаты свидетельствуют о том, что процессы, развивающиеся всвязи с вариациями СА/ГКЛ в областях формирования циркумполярного вихря и в областинаиболее интенсивного внетропического циклогенеза, тесно связаны между собой.4.3.2.
Долговременные вариации эффектов СА/ГКЛ и эволюция крупномасштабнойатмосферной циркуляцииРассмотрим, с чем могут быть связаны наблюдаемые долговременные колебанияамплитуды и знака эффектов вариаций СА/ГКЛ в давлении тропосферы внетропических широт.Как было показано ранее в разделе 4.2, характерной особенностью временного ходакоэффициентов корреляции между давлением и числами Вольфа является наличие периодовположительной и отрицательной корреляции. Обращение знака корреляции происходит через~20−30 лет, что приводит к доминирующей ~60-летней периодичности во временном ходекоэффициентов корреляции.Как было отмечено в разделе 4.1, изменения знака корреляций между теми или инымиатмосферными характеристиками и вариациями солнечной/геомагнитной активности являются213достаточно распространенным явлением в солнечно-атмосферных связях [Герман и Голдберг,1981; Thejll et al., 2003; Lukianova and Alekseev, 2004; Georgieva et al., 2007, и др.].
В качествевозможных причин временнóй изменчивости эффектов солнечной активности в вариацияхатмосферных параметров Герман и Голдберг предположили наличие вековых изменений наСолнце, не влияющих на пятнообразование, а также изменений в состоянии самой атмосферы,не связанных с солнечной активностью.Таким образом, наблюдаемые изменения характера эффектов СА/ГКЛ могут бытьобусловлены причинами, связанными с состоянием самой атмосферы. Согласно полученнымрезультатам, временной ход коэффициентов корреляции между давлением во внетропическихширотахивариациямиСА/ГКЛхарактеризуетсячетковыраженной~60-летнейпериодичностью, что указывает на неслучайный характер изменений знака корреляций.Вариации климатических параметров во внетропических широтах с периодом ~50−60 лет,наиболее четко выраженные в Арктическом и Антарктическом регионах, отмечались ранее вряде работ (напр., [Minobe, 1997; Polyakov et al., 2003; Фролов и др., 2007а, 2007б; Гудкович идр., 2009] и т.д.).
В частности, характерной особенностью климата Арктики являются эпохипотеплений и похолоданий. На рис.4.15 показан временной ход аномалий среднегодовойприземной температуры в широтном поясе 70-85ºN согласно данным [Фролов и др., 2007а].Видно, что смена холодных и теплых эпох в Арктике характеризуется ~60-летнейпериодичностью.
Отметим, что переходы между эпохами имели место в конце XIX века, вначале 1920-х, 1950-х и 1980-х годов. В те же годы отмечены переходы между климатическимиРис.4.15. Временной ход аномалии среднегодовой приземной температуры в широтном поясе70-85ºN в XX – начале XXI века [Фролов и др., 2007а].214режимами поверхностных температур и давления в различных регионах Тихого океана иСеверной Америки [Minobe, 1997]. Сравнивая временной ход коэффициентов корреляциимежду приземным давлением и числами Вольфа (рис.4.12−4.14) и температуры в Арктике(рис.4.15), можно сделать вывод, что изменения знака корреляции произошли в переходныепериоды между различными климатическими эпохами.Для того чтобы понять, причины ~60-летней периодичности эффектов СА/ГКЛ,сопоставим временной ход коэффициентов корреляции с эволюцией основных формкрупномасштабной циркуляции атмосферы согласно классификации Вангенгейма-Гирса[Вангенгейм,1952; Гирс, 1974].
Классификация Вангенгейма-Гирса определяет основные 3формы циркуляции: западную (зональную) форму W, восточную форму E и меридиональнуюформу C. Главной особенностью западной (зональной) формы W является развитие западновосточного переноса в умеренных широтах. При этом в поле давления наблюдаются волнымалой амплитуды, быстро смещающиеся с запада на восток. Для форм C и Е характерноразвитие меридиональных процессов в атмосфере, в поле давления им соответствуютстационарные или медленно перемещающиеся волны большой амплитуды (формы С и Еразличаются противоположным расположением ложбин и гребней). На рис.4.17 приведенагеографическая локализация основных ложбин и гребней в средней тропосфере для указанныхтрех форм циркуляционных процессов согласно [Гирс, 1974].Рис.4.17.
Схема расположения гребней и ложбин на карте АТ500 при макропроцессах Wз, Cм иЕм [Гирс, 1974].215Анализ долговременных изменений повторяемости основных форм крупномасштабнойциркуляции атмосферы по классификации Вангенгейма-Гирса выявил ряд интересныхособенностейвпериодысменызнакаэффектовСА/ГКЛ.Нарис.4.18апоказаныдолговременные изменения повторяемости (числа дней в году с тем или иным типомциркуляции) для W (западной), Е (восточной) и С (меридиональной) форм циркуляции (20летние скользящие средние) согласно данным [Болотинская и Рыжаков, 1964; Гирс, 1974] (до1973 г.) и отдела долгосрочных прогнозов Научно-исследовательского института Арктики иАнтарктики (с 1973 г.).
На рис.4.18б приведен временной ход коэффициентов корреляцииR(SLP, Rz ) для области формирования циркумполярного вихря. Сопоставляя данные нарис.4.18а и 4.18б, прежде всего можно отметить, что последнему обращению знака корреляциив начале 1980-х годов предшествовали существенные изменения эволюции всех трех основныхформ макроциркуляции. С конца 1970-х гг.
частота повторяемости зональной формы W началарезко возрастать, а восточной формы Е – так же резко уменьшаться. В то же время началосьувеличение частоты повторяемости меридиональной формы С. Таким образом, обращение120160(a)12016080W, days100E, daysC, days20080WEC1200.8190019201940196019802000(b)0.40-0.4Polar Vortex-0.8188016Spectral power densityCorrelation coefficient18804019001920Meridional form C(c)∼63 yrs128∼25 yrs401940Years19601980200000.040.080.120.160.2Frequency, yr-1Рис.4.18. а) Долговременные изменения частоты повторяемости основных форм циркуляции W,E и C (20-летние скользящие средние); б) временной ход коэффициентов корреляции поскользящим 17-летним интервалам между среднегодовыми значениями приземного давления вобласти формирования циркумполярного вихря и числами Вольфа; c) спектр Фурье годовыхзначений повторяемости меридиональной формы циркуляции С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
