Диссертация (1145308), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Для расчетахарактеристик вихря использовались данные реанализа NCEP/NCAR [Kalnay et al., 1996]. Нарис. 4.23б приведены аномалии (отклонения от среднего многолетнего значения за период с1948 г.) среднегодовых значений ∆H, на рис.4.18c – аномалии среднегодовой температуры науровне 50 гПа, осредненной по области 60-90ºN.
Толстыми линиями показано сглаживаниеаномалий полиномами 3-го порядка.Как показывают данные на рис.4.23б и 4.23c, в ~1950-1980 гг. вихрь был слабый, чтопроявлялось в понижении градиентов давления между средними и высокими широтами иувеличении стратосферной температуры в области формирования вихря. В период с ~1980 г. поначало 2000-х гг. вихрь был значительно сильнее, о чем свидетельствует увеличениеградиентов давления и понижение стратосферной температуры. Хотя временные ряды,представленные на рис.4.23б и 4.23c, охватывают сравнительно небольшой период (порядка 70лет), они позволяют предположить наличие ~60-летней вариации в интенсивности вихря.Действительно, можно видеть переходы между периодами сильного и слабого вихря в начале1950-х, 1980-х и, по-видимому, в начале 2000-х годов.
Переходы между состояниями вихряхорошо совпадают с переходами между теплыми и холодными эпохами в Арктике [Фролов идр., 2009; Гудкович и др., 2009], а также с годами обращения знака эффектов СА/ГКЛ ввариациях тропосферного давления.На рис.4.23d показаны долговременные изменения в эволюции основных формкрупномасштабной циркуляции по Вангенгейму-Гирсу (15-летние скользящие средниеповторяемости числа дней в году с тем или иным типом циркуляции). Данные поповторяемости основных форм макроциркуляции до 1973 года были взяты из работ[Болотинская и Рыжаков, 1964; Гирс, 1974], данные с 1973 года предоставлены сотрудниками226Научно-исследовательского института Арктики и Антарктики (отдел долгосрочных прогнозов).Описание основных форм циркуляции приведено выше в разделе 4.3.2.
Как видно из рис.4.23d,развитие западной (зональной) формы циркуляции W происходит в противофазе с развитиеммеридиональной (восточной) формы E. Меридиональная форма С, для которой характерноформирование высотного гребня над западной частью Северной Атлантики и ЗападнойЕвропой и ложбины над Евразией, развивается, как видно из рисунка, независимо от форм W иЕ и обнаруживает периодичность, близкую к 50−60 годам. В период слабого вихря (~1950-1980гг.) частота повторяемости формы С меридиональной циркуляции уменьшалась, а с переходомвихря в более сильное состояние около 1980 года начала возрастать.Об изменении состояния вихря в начале 1980-х гг.
свидетельствуют также вариациискорости ветра в высокоширотной стратосфере по данным реанализа NCEP/NCAR [Kalnay etal., 1996]. На рис.4.24 приведены отклонения среднемесячной скорости западного ветра,осредненной по поясу широт 60-80ºN на уровне 50 гПа (∆U60-80) от климатических значений(средних значений U60-80 для данного месяца по всему периоду данных 1948-2013 гг.). Краснойкривой показаны средние значения ∆U60-80 для периода 1982-2000 гг., синей – для периода1953-1981 гг.
Видно, что средняя скорость западного ветра в период 1982-2000 гг. в холодныемесяцы (октябрь-март) стабильно превышала на ~2 м·с−1 аналогичные значения скорости дляпредыдущего периода (1948-1981 гг.).Рис.4.24. Отклонения среднемесячной скорости западного ветра в высокоширотной статосферев 1982-2000 гг. и 1948-1981 гг. от климатических средних за период 1948-2013 гг. по даннымреанализа NCEP/NCAR [Kalnay et al., 1996].Данные, представленные на рис.4.23, предполагают наличие связи между состояниемциркумполярного вихря, эпохами крупномасштабной циркуляции атмосферы и обращением227знака корреляций между давлением в тропосфере и вариациями солнечной активности игалактических космических лучей.
Действительно, обращения знака эффектов СА/ГКЛ ввариациях давления тропосферы в 1950-х и 1980-х годах совпадали с переходами междуразличными состояниями вихря, которые сопровождались изменениями в характере эволюцииформы С меридиональной циркуляции. Следует отметить, что в период обращения знакаэффектов СА/ГКЛ в начале 1980 гг. совпало с переходом вихря в сильное состояние, котороесопровождалось резким изменением в эволюции всех трех исследуемых форм циркуляции(рис.4.23d).Таким образом, полученные результаты позволяют предположить, что эволюциякрупномасштабной циркуляции атмосферы и характер эффектов СА/ГКЛ в вариациях давления(интенсивности барических образований) и других метеорологических характеристик взначительной степени зависят от состояния циркумполярного вихря.
В разделе 4.2 былопоказано,чтопространственноераспределениекоэффициентовкорреляциимеждуатмосферным давлением и вариациями ГКЛ имеет четко выраженную региональную структуру,определяемую положением главных атмосферных фронтов, однако знак корреляции во всехрегионах данной структуры может меняться, причем одновременно, в зависимости отвременного интервала (рис.4.3 и 4.4). С учетом данных, приведенных на рис.4.23, можноутверждать, что изменение характера эффектов ГКЛ в вариациях давления тропосферы в начале1980-х гг.
(рис.4.4) связано с изменением интенсивности циркумполярного вихря (переходомвихря в более сильное состояние).Обращаясь к данным на рис.4.4а, можно сказать, что в период сильного вихря(~1980−начало 2000-х гг.) эффекты ГКЛ в вариациях давления тропосферы наиболее четковыражены. При этом важно отметить, что эти эффекты усиливается в холодные месяцы, когдавихрь наиболее интенсивен (рис.4.5). В период сильного вихря возрастание потоков ГКЛ вминимумах 11-летнего солнечного цикла сопровождается увеличением давления в полярнойобласти (области, ограниченной арктическими фронтами) и понижением давления на полярныхфронтах умеренных широт, при этом статистическая значимость выявленных корреляцийдостигает 0.9−0.97 согласно оценкам по методу Монте-Карло (рис.4.4в). Это свидетельствуетоб одновременной интенсификации как внетропических полярнофронтовых циклонов, так иарктических антициклонов, коррелирующей с увеличением потока ГКЛ в 11-летнем солнечномцикле.
Эффекты ГКЛ в развитии внетропических барических образований, обнаруженные навременной шкале ~10−11 лет, хорошо согласуются с эффектами кратковременных вариацийкосмических лучей (во временных масштабах порядка нескольких часов и суток),наблюдавшихся в тот же временной период (с ~1980-го по начало 2000-х гг.). Действительно,как было показано в главе 2, возрастание потока солнечных космических лучей с энергиями228> 90МэВ,способствовалорегенерацииинтенсивностиусилениюсевероатлантическихГКЛвходециклоническихциклонов)уФорбуш-пониженийпроцессовбереговГКЛ,(болееинтенсивнойГренландии.Уменьшениенаоборот,способствовалоинтенсификации блокирующих антициклонов в североатлантическом регионе (глава 3).
Такимобразом, в период сильного циркумполярного вихря возрастание потоков космических лучейспособствует интенсификации циклонических процессов как на коротких временных шкалах,так и в масштабе 11-летнего цикла.В период слабого вихря 1953-1981 гг. (рис.4.4б) изменения давления при росте потокаГКЛ меняют знак как в полярной области, так и в умеренных широтах. Тем не менее,коэффициенты корреляции давления с потоками ГКЛ на полярных фронтах невелики истатистически малозначимы, что предполагает отсутствие заметного вклада ГКЛ в развитиевнетропического циклогенеза в период слабого вихря.
В то же время корреляция давления спотоками ГКЛ в полярной области, ограниченной арктическими фронтами (областиформирования вихря), остается статистически значимой, несмотря на изменение знака. Этопоказывает, что в высокоширотной области в период слабого вихря увеличение потоков ГКЛсопровождается ослаблением антициклонов и/или интенсификацией циклонов.Таким образом, реакция атмосферной циркуляции на явления солнечной активности ивариации ГКЛ существенно различается в зависимости от состояния циркумполярного вихря.Наиболее четко выраженное влияние вариаций ГКЛ на развитие барических систем,характерных для данного региона (усиление циклогенеза на полярных фронтах умеренныхширот и интенсификация арктических антициклонов), наблюдается только при условияхсильного вихря.
При слабом вихре влияние ГКЛ на развитие циклогенеза в умеренных широтахпрактически отсутствует. Возможные причины изменения характера эффектов ГКЛ ввариациях внетропического циклогенеза при изменении состояния циркумполярного вихрябудут рассматриваться в главе 6.4.4.3. Временная изменчивость эффектов СА/ГКЛ в вариациях давления тропосферы исостояние циркумполярного вихря по данным Арктической ОсцилляцииПоскольку данные реанализа NCEP/NCAR, позволяющие исследовать атмосферныепроцессы на разных уровнях, имеются только с 1948 года, мы не можем непосредственнорассчитать характеристики циркумполярного вихря для более раннего периода.
В текущемразделе временная изменчивость эффектов СА/ГКЛ будет сопоставлена с изменениямисостояния вихря, полученным по косвенным данным.Согласно результатам ряда исследователей [Tompson and Wallace, 1998; Baldwin andDunkerton, 2001] интенсивность вихря достаточно хорошо характеризуется “кольцевой модой”229(“annular mode”) – климатическим индексом, отражающим колебания массы воздуха(изменения давления) с противоположным знаком в высоких и умеренных широтах. Встратосфере северного полушария сила вихря определяется индексом NAM (Northern AnnularMode, или Северная Кольцевая Мода).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
