ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2014, № 2, с. 53-60
ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ =
УДК 551.510.411.33 + 551.465.63
КЛИМАТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ИНДЕКСА СЕВЕРО-АТЛАНТИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИЯ (САК) И СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ФЛУКТУАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ
© 2014 г. В.Н. Еремеев*, А.Н. Жуков**, М.А. Крашенинникова**,
А.А. Сизов**, А.Е. Чехлан**
* Океанологический центр НАН Украины, г. Севастополь **Морской гидрофизический институт НАН Украины, г. Севастополь
Поступила в редакцию 27.03.2012 г.
Рассматриваются процессы формирования индекса Северо-Атлантического колебания (САК) в разные фазы текущей (1868-2010 гг.) квазивековой изменчивости солнечной активности (числа Вольфа - Выявлено, что в годы минимума квазивекового цикла солнечной активности (с.а.) индекс САК имеет тенденцию к более высоким значениям, чем в годы максимума с.а., а в годы четных циклов значения индекса САК имели тенденцию в несколько раз выше, чем в годы нечетных циклов. Построена схема, в которой концептуально показано, что при аномально высоких САК, реализующихся преимущественно в годы четных циклов с.а., усиливается западный перенос в тропосфере над Северной Атлантикой, интенсифицирующий циркуляцию в верхнем слое субтропического круговорота. Это приводит к уменьшению доли атлантических вод, поступающих в высокие широты. При аномально низких значениях САК, наблюдающихся преимущественно в годы нечетных циклов с.а., циркуляция в субтропическом круговороте вод ослабевает, что приводит к увеличению доли атлантических вод, поступающих в высокие широты, в частности, через Фаре-ро-Шетландский пролив в Норвежское и Баренцево моря. Выделен диапазон изменчивости САК, равный ±0.5, при котором реализуется среднемноголетний (климатический) режим формирования гидрометеорологических характеристик в Северной Атлантике. Реалистичность предложенной концептуальной схемы подтверждена с использованием материалов по переносу водных масс через Фареро-Шетландский пролив, а также по формированию аномалий температуры в верхнем слое Северной Атлантики и ледовитости Баренцева моря при САК = ±0.5, САК > 1 и САК < -1.
Введение. Климатические изменения, наблюдаемые в высоких широтах Северной Атлантики в последние годы [3, 19, 26, 27] связывают с процессами переноса тепла в системе океанических течений [4, 7, 9]. В большинстве работ по климату Северной Атлантики, рассматривается роль системы течений, образующих Северный субтропический антициклонический круговорот и Субполярный циклонический круговорот [9, 20, 21, 23]. Эти системы течений переносят тепло в полярные районы, регулируя режим ледовитости Арктического бассейна [1, 18, 19, 28]. Перенос массы и тепла в моря Арктического бассейна осуществляется поверхностными и промежуточными водами субтропической Атлантики через Фареро-Шетландский и Исландско-Фарерский проливы [8, 16].
Поступление теплых и соленых субтропических вод в высокие широты регулируется ветвями
Северо-Атлантического течения (САТ), крупномасштабные флуктуации которого формируются в значительной степени западным переносом в тропосфере умеренных широт, определяемым индексом Северо-Атлантического колебания (САК) [10, 11, 24]. В качестве индекса САК используется разность нормированных значений приземного давления между Понта-Делгада (Лиссабон, Гибралтар) и Рейкьявиком [24]. В свою очередь, временная изменчивость индекса САК лежит в широких пределах от 5-6 до 60 и более лет [5, 18]. Оценки показывают, что флуктуации индекса САК формируются под воздействием возмущений, поступающих к атмосфере Земли в разные фазы солнечной активности [2, 12, 13, 17].
Как правило, с.а. анализируется по числам Вольфа (Ж), которые рассчитываются по формуле, предложенной в 1848 г. Рудольфом Вольфом: Ж = k(10g + я), где g - количество групп пятен
на диске Солнца, s - сумма одиночных пятен в группе, k - коэффициент масштаба, который меньше 1 [2]. Поэтому для анализа изменчивости переноса водных масс в полярный бассейн необходимо учитывать возмущения циркуляции атмосферы, формирующиеся в зависимости от четности цикла солнечной активности.
Цель работы - исследовать режим формирования индекса САК в разные фазы с.а. и получить оценки изменчивости дрейфовой компоненты потока североатлантических вод через Фареро-Шет-ландский пролив в зависимости от индекса САК.
Материалы и методы исследований. Для
оценки влияния крупномасштабной изменчивости с.а. на формирование междесятилетних масштабов флуктуации индекса САК брались среднегодовые значения чисел Вольфа (http:// www.wdcb.ru/stp/data/solar.act/sunspot/) за 18682005 гг. и средние за декабрь-март значения САК (http://www.cgd.ucar.edu/-cas/catalog/climind/) за 1868-2010 гг. Проводилось осреднение исходных рядов по 11-летним циклам с. а. Построенные по осредненным величинам графики аппроксимировались полиномами пятой степени и оценивалась точность аппроксимации (R2).
Для более удобного восприятия последующего изложения, покажем распределение 11-летних циклов с.а. по годам (табл. 1.)
Исследование изменчивости потока вод через Фареро-Шетландский пролив в разные фазы индекса САК проводилось по материалам, взятым из [16]. Температура в верхнем 200-метровом слое воды на Кольском меридиане и процент свободной ото льда поверхности Баренцева моря были взяты из работы [25]. Для оценки значимости полученных результатов применялись стандартные процедуры [14].
Результаты и их обсуждение. Для решения поставленной задачи оценим, прежде всего, характер изменчивости индекса САК в разные фазы текущего квазивекового цикла с.а. Используем ряды данных по числам Вольфа и САК с 1868 по 2005 гг. Сглаженные полиномиальным фильтром, кривые W и САК показаны на рис. 1. Точность аппроксимации полиномом 5-й степени (R2) кри-
100-
80604020 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 цикл с.а. а
САК 2.521.510.50-0.5-1-1.511 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 цикл с.а. б
Рис. 1. Осредненные по 11-летним циклам значения Ш (а) и САК (б), аппроксимированные полиномом 5-й степени. Пунктирной линией на рис. 1а выделены два временных интервала изменчивости Ш.
вых на рис.1 лежит в пределах от заметной (0.68 для САК) до высокой (0.80 для Ш).
На рис. 1а выделим два временных интервала изменчивости интервал малых значений с 11 по 16 циклы (1868-1933 г.г.) и интервал больших значений с 17 по 23 циклы (1934-2005 гг.). Присвоим выделенным интервалам цифровые обозначения 1 и 2, соответственно. Как можно видеть на рис.1 б, в исследуемом временном отрезке изменчивость САК более высокочастотна, чем Ш, причем максимальные значения САК наблюдаются как в области квазивекового минимума Ш (интервал 1), так и в области максимума Ш (интервал 2). По исходным рядам оценим средние величины индекса САК в обоих интервалах.
В скобках табл. 2 показаны доверительные интервалы, соответствующие доверительной
Таблица 1. Распределение 11-летних циклов с.а. по годам
Цикл 11 12 13 14 15 16 17 18
Годы 1868-1878 1879-1889 1890-1901 1902-1913 1914-1923 1924-1933 1934-1944 1945-1954
Цикл 19 20 21 22 23
Годы 1955-1964 1965-1976 1977-1986 1987-1996 1997-2008
Таблица 2. Значения Ш и САК в выделенных временных интервалах
Интервал САК п, лет
1 39.3 (±7.4) 0.26 (±0.44) 66
2 73.4 (±11.8) 0.15 (±0.48) 72
вероятности 95%. Как хорошо видно, в группе лет с низкими значениями Ш индекс САК был максимальным, а в группе лет с высокими значениями Ш - минимальным. Учитывая значительный разброс значений САК, здесь можно говорить только о тенденции в изменчивости индекса САК при переходе от фазы минимума квазивекового цикла с.а. к его максимуму.
Известно, что W и САК заметно отличаются по величине в четные и нечетные циклы солнечной активности [2, 12, 18]. Покажем средние значения этих параметров в четные и нечетные циклы для 1-й и 2-й групп лет. Эти значения получены путем осреднения W и САК по рядам за годы, относящиеся к четному или нечетному циклам, соответственно. Для удобства сравнения в табл. 3 показаны номера 11-летних циклов с.а., которые соответствовали временным отрезкам, по которым проводилось осреднение значений W и САК.
В скобках, как и в табл. 2, показаны доверительные интервалы.
Из материалов табл. 3 следует, что как в первом, так и во втором временных интервалах средние значения W в нечетных циклах выше, чем в четных, что является известным фактом [2], а средние значения САК, наоборот, в годы четных циклов в несколько раз превышают значения индекса САК в годы нечетных циклов. Отметим, что значения индекса САК, приведенные в табл. 3, свидетельствуют только об устойчивой тенденции в изменчивости этого параметра в четные и нечетные циклы с.а., поскольку индекс САК характеризуется большими величинами дисперсии. Однако этот результат позволяет предположить, что в годы четных циклов с.а. интенсивность западного переноса в тропосфере средних широт над Атлантикой может быть в несколько раз выше,
чем в годы нечетных циклов. Таким образом, в текущем квазивековом цикле с.а. над Северной Атлантикой наблюдалась тенденция формирования квазидвадцатилетнего цикла изменчивости западного переноса в нижней тропосфере, играющего важную роль в модуляции соответствующего масштаба флуктуации переноса водных масс.
Заметим, что осредненные по годам четных и нечетных циклов значения САК так же, как и при более крупномасштабном осреднении (табл. 2) лежат в пределах ±0.5. Однако известно, что величины САК могут меняться в весьма широком диапазоне, принимая как большие положительные, так и отрицательные значения [18]. Выберем из всего ряда инструментальных наблюдений индекса САК (1868-2010 гг.) значения, попадающие в три условные градации, определяемые следующим образом: -0.5 < САК < 0.5; САК > 1 и САК < -1 и найдем отношение числа случаев попадания САК в эти градации к общему числу случаев, т.е. определим частоту попадания САК в каждую из выделенных градаций.
Из табл. 4 следует, что частота появления величин САК, лежащих в интервале ±0.5, практически одинакова как в четный, так и в нечетный циклы с.а. Это дает основание предположить, что диапазон -0.5 < САК < 0.5 характеризует климатические значения индекса САК. С
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.