Диссертация (1145308), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Вертикальные штриховыелинии показывают моменты обращения знака корреляции между давлением и числами Вольфа.216знака эффектов СА/ГКЛ в вариациях давления тропосферы, произошедшую в начале 1980-х гг.,можно, по всей видимости, связать с резкими преобразованиями в эволюции всех трех формкрупномасштабной циркуляции атмосферы.Для предыдущих обращений знака эффектов СА/ГКЛ аналогичных одновременныхизменений повторяемости основных типов макроциркуляции атмосферы не наблюдается. Темне менее, сопоставление данных на рис.4.18а и 4.18б показывает, что периоды отрицательнойкорреляции давления в полярной области с числами Вольфа (т.е.
положительной корреляции сГКЛ) совпадают с периодами усиления меридиональной циркуляции (формы С). И, наоборот,положительная корреляция давления в полярной области с числами Вольфа (отрицательнаякорреляция с ГКЛ) наблюдается в периоды уменьшения повторяемости формы С. Обращениезнака корреляции происходит в моменты перехода частоты повторяемости формы С от фазыроста к фазе спада и, наоборот, от фазы спада к фазе роста. Также следует отметить, что вспектре частоты повторяемости данной формы циркуляции (рис.4.18с) также обнаруживаетсядоминирующая гармоника с периодом ~63 года (статистическая значимость более 0.95),наблюдаемая в спектрах коэффициентов корреляции с числами Вольфа и приземного давленияв высоких и умеренных широтах.Таким образом, приведенные выше данные подтверждают предположение о возможнойсвязи долговременных изменений амплитуды и знака эффектов СА/ГКЛ с эволюцией основныхформ крупномасштабной циркуляции, которая приводит к климатическим колебаниям спериодом ~60 лет в умеренных и высоких широтах [Minobe, 1997; Гудкович и др., 2009].
Впериод роста повторяемости меридиональной циркуляции формы C (1980–2000 гг.) приувеличении потока ГКЛ происходит интенсификация процессов циклогенеза в умеренныхширотах (рис.4.3а и 4.4а). Аналогичный эффект имел место, по всей видимости, в периодусиления меридиональной циркуляции в 1920-1950 гг. В результате мы наблюдаемотрицательную корреляцию давления с потоками ГКЛ (понижение давления) в районахнаиболее интенсивного формирования и развития внетропических циклонов (как правило, наполярных фронтах у восточных берегов материков и над океанами). Усиление циклоническойактивности приводит к усилению междуширотного обмена воздушными массами. Болееинтенсивное поступление теплого воздуха в высокие широты и его охлаждение способствуетросту давления и формированию арктических антициклонов.
Вследствие этого в полярнойобласти наблюдается положительная корреляция давления с потоками ГКЛ. Положительнаякорреляция наблюдается также на низких широтах, где росту давления способствует, повидимому, увеличение притока более холодного воздуха из высоких и умеренных широт.Следует отметить, что долговременные эффекты ГКЛ в интенсивности внетропическогоциклогенеза в эпоху усиления меридиональной циркуляции хорошо согласуютсяс217кратковременными эффектами вариаций космических в развитии внетропических барическихобразований. Как показано в главах 2 и 3, возрастания потока солнечных космических лучейсопровождаются более интенсивной регенерацией циклонов на арктических фронтах, тогда какуменьшение потока ГКЛ во время Форбуш-понижений способствует интенсификацииантициклонических процессов в умеренных широтах.
Эпохи усиления меридиональнойциркуляции (формы С) совпадают с теплыми эпохами в Арктике [Фролов и др., 2007а, 2007б;Гудкович и др., 2009].В периоды ослабления меридиональной циркуляции (1900-1920 гг. и 1950-1980 гг.)эффекты ГКЛ в циклонической активности практически отсутствуют (рис.4.3б и 4.4б), наполярных фронтах наблюдается слабая положительная корреляция давления с интенсивностьюГКЛ (ослабление циклогенеза). При этом междуширотный воздухо- и теплообмен уменьшаетсяи, по-видимому, это приводит к понижению давления в полярной области (ослаблениюарктического антициклогенеза) и в экваториальной ложбине.
В результате пространственноераспределение коэффициентов корреляции давления с потоками ГКЛ противоположнораспределению, наблюдаемому в периоды усиливающейся меридиональной циркуляции.Следует подчеркнуть, что изменения эпох макроциркуляции (рис.4.18а), которыеоказывают влияние на характер эффектов СА/ГКЛ в вариациях давления, в свою очередь могутбыть связаны с долгопериодными изменениями солнечной и геомагнитной активности.Действительно, смена эпох циркуляции и последовавшее за ней обращение знака эффектовСА/ГКЛ в тропосферном давлении, произошедшее на рубеже 1970-х – 1980-х гг., совпали повремени с рядом событий на Солнце.
В частности, в этот период изменился характер североюжной асимметрии активности 11-летних солнечных циклов: доминирование северногополушария сменилось на доминирование южного [Наговицын, 1998, Georgieva et al., 2007] (см.рис.4.1). Согласно данным [Обридко и Шелтинг, 2009], рост магнитного момента солнечногодиполя, наблюдавшийся с 1915 по 1976 год, сменился спадом, что привело к систематическомууменьшению напряженности полярного магнитного поля Солнца (рис. 4.19). Таким образом,наблюдаемые в конце 1970-х – начале 1980-х годах. изменения макроциркуляционного режимаатмосферы и соответствующие изменения характера эффектов СА/ГКЛ в атмосфернойциркуляции могли быть связаны с крупномасштабными процессами на Солнце.Период изменения знака эффектов СА/ГКЛ в вариациях давления тропосферы,наблюдавшийся в 1920-х годах, также является достаточно интересным.
В монографии Германаи Голдберга [Герман и Голдберг, 1981] было описано довольно много случаев изменения знакакорреляций с числами Вольфа для температуры в тропиках, интенсивности осадков итраекторий внетропических циклонов, имевших место с ~1910 по ~1930 год (см. раздел 4.1). Вработах Георгиевой и др. [Georgieva and Kirov, 2000; Georgieva et al., 2007] приведены данные218Рис.4.19. Изменение магнитного момента глобального солнечного диполя (по данным работы[Обридко и Шелтинг, 2009]).об изменениях знака корреляции между приземными температурами и числами Вольфа в 1920хи в 1980-х годах, совпавших с изменениями северо-южной асимметрии солнечной активности.При этом в 1920-х годах изменение отрицательной корреляции на положительную на бóльшейчасти исследуемых станций совпало с переходом от доминирования южного полушария кдоминированию северного (рис.4.1).
Об изменении корреляций атмосферного давления,температуры и количества осадков с числами Вольфа в 1920-х годах более чем на половине из300 метеорологических станций, расположенных по всему миру, сообщалось в работе [SanchezSantillan et al., 2002]. Авторы связали изменение знака корреляций с вековыми изменениямияркости Солнца, обнаруженными в работе [Mendoza and Ramirez, 1999]. Действительно, период1920-х годов совпал с началом роста солнечной активности на вековой шкале после минимумацикла Глайссберга (векового цикла, модулирующего амплитуду 11-летних солнечных циклов),имевшего место в начале XX столетия (рис.4.20).Число солнечных пятен2001501005001800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000ГодыРис.4.20.
Среднегодовые числа солнечных пятен Rz (штриховая линия показываетаппроксимацию значений Rz в максимумах 11-летних циклов полиномом 6-й степени).219Такимобразом,приведенныевышеданныепозволяютпредположитьвлияниедолговременных вариаций солнечной активности на эволюцию крупномасштабной циркуляцииатмосферы. В частности, Гудкович и соавторы [Гудкович и др., 2009] предположили, чтовозможной причиной ~60-летнего цикла в климатических параметрах Арктики являютсядолговременные изменения интегральной солнечной светимости (TSI).
Действительно,временной ход температуры в широтной области выше 62ºN в XX веке, приведенный вуказанной работе, достаточно хорошо согласуется с величинами TSI, полученными в результатемодельных расчетов Хойта и Шаттена [Hoyt and Shatten, 1993] с использованием различныхсолнечных характеристик (длительности и скорости затухания солнечных циклов, среднегоуровня солнечной активности) и спутниковых наблюдений солнечной радиации. Очевидно, чтодля подтверждения предположения о связи эпох крупномасштабной циркуляции с солнечнойактивностью необходимы дальнейшие исследования.4.4.
Стратосферный циркумполярный вихрь и его эволюция как возможная причинавременной изменчивости эффектов СА/ГКЛ в тропосферной циркуляции4.4.1.Стратосферныйциркумполярныйвихрькакфакторкрупномасштабнойциркуляции и изменчивости климатаКак указывалось выше, стратосферный циркумполярный (полярный) вихрь представляетсобой циклоническую циркуляцию, которая формируется в холодной воздушной массе надполярной областью и охватывает верхнюю тропосферу и стратосферу.
Формирование вихряобусловлено охлаждением поступающего в Арктику воздуха над ледяной подстилающейповерхностью в условиях отрицательного радиационного баланса. Охлаждение и оседаниевоздуха приводит к увеличению давления у поверхности Земли и формированию приземногоантициклона.Одновременносростомприземногодавленияпроисходитопусканиеизобарических поверхностей, что приводит к формированию области пониженного давления навысотах 500 гПа и выше – центра циркумполярного вихря, который в зимнее времяраспространяется до высоты ~60 км. [Гирс, 1974]. Углубление ЦПВ сопровождается усилениемзональной западной циркуляции, что приводит к уменьшению теплообмена между полярнымии умеренными широтами и увеличению градиентов температуры и геопотенциала на краяхвихря.
На рис.4.21 приведены распределения среднемесячной температуры (а) и модулягоризонтального градиента температуры (б) на уровне 20 гПа (высота ~25 км) в январе 2005 г.,рассчитанные на основе данных архива ‘реанализа’ NCEP/NCAR [Kalnay et al., 1996]. Данныена рис.4.21 показывают характерное положение вихря как области понижения температуры, награницах которой наблюдается значительное увеличение градиентов температуры (чернаялиния проведена по точкам максимальных значений градиента на данной долготе).220Temperature. 20° hPa.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
