ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2015, № 3, с. 94-99
ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ ==
УДК 551
КРУПНОМАСШТАБНАЯ АТМОСФЕРНАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ НАД СИБИРЬЮ ПО ДАННЫМ ПРИЗЕМНЫХ СИНОПТИЧЕСКИХ КАРТ И РЕАНАЛИЗА
© 2015 г. Н.В. Поднебесных
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН; Томск, Россия;
podnebesnykhnv@inbox.ru
Поступила в редакцию 14.11.2014 г.
В работе представлены результаты сравнительного анализа характеристик барических образований, определявших погоду на территории Сибири за период 1976-2011 гг. по данным приземных синоптических карт и карт, построенных с помощью КСЕР/ЭОЕ АМ1Р II реанализа. Область исследования была ограничена 50-70° с.ш., 60-110° в.д. Были рассмотрены такие характеристики циклонов и антициклонов как число, давление в центрах, градиент давления, продолжительность. Было получено, что реанализ достаточно хорошо отражает качественную картину временной изменчивости числа барических образований. Во второй половине исследуемого периода циклоны стали менее глубокими, а антициклоны менее интенсивными, как по данным приземных синоптических карт, так и по данным реанализа. Средняя величина градиента давления барических образований по данным приземных синоптических карт в два-три раза меньше, чем по данным реанализа. Средняя многолетняя продолжительность влияния на территорию барических образований по данным приземных синоптических карт и по данным реанализа практически одинакова. Над территорией Сибири в период 1976-2011 гг. по данным приземных синоптических карт отмечается увеличение продолжительности антициклональной погоды, а по данным реанализа увеличение продолжительности циклонической погоды.
Изменчивость погоды и климата региона обусловливается, главным образом, повторяемостью крупномасштабных атмосферных вихрей: циклонов, несущих осадки, и антициклонов, обеспечивающих длительные периоды устойчивой погоды. Изменение крупномасштабной атмосферной циркуляции считается одной из причин потепления климата, происходящего в последние десятилетия в Северном полушарии. Однако, как показывают расчеты [2, 3], темпы потепления неодинаковы в разных районах, поэтому изучение особенностей региональной циркуляции имеет существенное значение.
Исследованию влияния атмосферной циркуляции на климат посвящено большое количество работ. Наиболее часто рассматриваются связи между климатическими параметрами и телекон-некционными индексами, описывающими скорее глобальную циркуляцию (NAO, SOI, SCAND и др.). В ряде работ для описания циркуляции используются типизации, описывающие чередование определенных форм макропроцессов (индексы Дзердзеевского, Виттельса, Каца и др.).
В появившихся в последние годы работах [10, 12] рассматриваются закономерности изменения вихревой активности как для полушария в целом, так и для отдельных регионов, полученные на основе баз данных реанализа. Такие работы представляют большой интерес, однако, во-первых, их результаты должны быть протестированы с помощью аналогичных данных, получаемых с использованием синоптических карт и, во-вторых, эти работы не связывают изменения в циркуляции с изменениями климата.
Целью настоящей статьи является сравнительный анализ характеристик барических образований (циклонов и антициклонов), определявших погоду на территории Сибири за 1976-2011 гг., по данным приземных синоптических карт и карт, построенных с помощью КСЕР/ЭОЕ АМ1Р II реа-нализа.
Для анализа крупномасштабной атмосферной циркуляции над Сибирью за рассматриваемый период были использованы приземные и высотные синоптические карты за основные метеорологические сроки (00, 06, 12 и 18 ч СГВ). В вы-
бранном для исследования районе (50-70° с. ш., 60-110° в. д.) прослеживались траектории перемещения центров барических образований (повторяемость) и оценивались давление в центре этих образований, градиент давления и продолжительность их влияния на исследуемую территорию. В качестве циклона (антициклона) рассматривалась область пониженного (повышенного) давления при наличии хотя бы одной замкнутой изобары с характерной циркуляцией и структурой метеорологических полей. Результаты анализа приземных синоптических карт сравнивались с результатами реанализа NCEP/ DOE AMIP II (NCEP_Reanalysis 2 data provided by the NOAA/OAR/ESRL PSD, Boulder, Colorado, USA) [11].
Отличия схем реанализа от действующих оперативных прогностических схем заключаются, во-первых, в неизменности схемы четырехмерного усвоения данных (по широте, долготе, высоте и времени) для всего периода обрабатываемых наблюдений, во-вторых, в отсутствии так называемого срока отсечения поступающих данных наблюдений, который неизбежно используется в оперативной практике. В результате этого становится возможным включение в реанализ максимально полного комплекта данных наблюдений, в том числе поступающих со значительной задержкой (экспедиционные наблюдения, режимные данные, данные, переносимые на машинные носители и т.д.) [7]. Параметры данных NCAR/NCEP реанализа подробно описываются в [4, 5, 8, 9].
Однако, не умаляя важности результатов проектов реанализа для различных исследований в области взаимодействия компонентов климатической системы и изменений климата, следует подчеркнуть необходимость тщательного сопоставления полей реанализов со значениями наблюдавшихся метеорологических величин. Это важно для получения объективной оценки возможности использования результатов реанализа для определенного класса задач и, прежде всего, для выявления ограничений их использования.
При проведении расчетов использовались данные реанализа NCEP/DOE AMIP II, относящиеся к пространственным полям метеовеличин. Они имеют пространственное покрытие 90° с. ш. -90° ю. ш., 0° в. д. - 357.5° в. д. и определены для координатной сетки в 2.5° по широте и долготе. Временной интервал охватывает период с 1979 г. по настоящее время и содержит "срочные" данные, получаемые через каждые 6 часов в основные метеорологические сроки (00, 06, 12 и 18 ч СГВ).
Кол-во барических образований
Годы
Рис. 1. Число барических образований (циклонов (А), антициклонов (Б)) по данным приземных синоптических карт (сплошная линия) и данным, полученным с помощью NCEP/ DOE AMIP II реанализа (прерывистая линия) над Сибирью за период 1976-2011 гг.
Результаты анализа траекторий движения центров барических образований, проведенных по данным приземных синоптических карт [1] и по данным реанализа, представлены на рис. 1. Из рисунка видно, что число как циклонов, так и антициклонов по данным приземных синоптических карт превышает число барических образований по данным реанализа в 1.3 раза. Среднегодовое число циклонов в 1976-2011 гг. по данным приземных синоптических карт равно 47 (о = 11.3; о - стандартное отклонение), по данным реанализа 40 (о = 7.4); а для антициклонов 39 (о = 9.9) и 33 (о = 4.1) соответственно. Это может быть связано с тем, что в целом реанализ NCEP/DOE AMIP II, как и другие виды реанализов, лучше воспроизводит более крупные барические образования, чем мелкие, что согласуется с результатами других авторов [6, 13]. При наличии несовпадений числа циклонов и антициклонов, полученных в результате двух видов анализа, их изменчивость на всем интервале имеет одинаковые тенденции.
Количество барических образований 5.0, д
4.03.53.0-1 2.5 2.0 И
1—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|
123456789 10 11 12
Месяцы
Рис. 2. Внутригодовое число барических образований (циклонов (А), антициклонов (Б)) по данным приземных синоптических карт (сплошная линия) и данным, полученным с помощью ЫСЕР^ОЕ АМ№ II реанализа (прерывистая линия) над Сибирью за период 1976-2011 гг.
Также из рис. 1 видно, что до начала 1990-х гг. количество барических образований (как циклонов, так и антициклонов) было несколько меньше, чем после указанного периода. Это можно связать с тем, что с начала 1990-х гг. резко уменьшилось число метеорологических, актинометрических и аэрологических станций и постов в России и сопредельных государствах, а также с наличием некоторой периодичности (например, полувековой или 30-летней) в рядах повторяемости барических образований.
В сложном внутригодовом ходе количества барических образований максимум наблюдается в холодный период года, а минимум - в теплый. Так, для циклонов, по данным приземных синоптических карт, максимум среднего количества отмечается в январе (15 циклонов), а минимум -в июле и августе (6 циклонов); по данным реа-нализа максимум числа циклонов наблюдается в январе (15 циклонов), а минимум - в сентябре (5 циклонов). Для антициклонов максимум числа отмечается в декабре (14 антициклонов) - по дан-
ным приземных синоптических карт и в январе -по данным реанализа, а минимум - в сентябре (5 антициклонов) и августе (4 антициклона) соответственно (рис. 2).
Изучена динамика величины атмосферного давления в центрах барических образований (рис. 3). Значения давления в центрах циклонов, по данным приземных синоптических карт, изменяются от 997.4 гПа до 1006.0 гПа (среднее 1001.2 гПа), а по данным реанализа они изменяются от 992.9 гПа до 1000.7 гПа (среднее 996.9 гПа). Величина давления в центрах антициклонов, по данным приземных синоптических карт, меняется от 1026.3 гПа до 1034.2 гПа (среднее 1029.9 гПа), а по данным реанализа - от 1022.9 гПа до 1028.1 гПа (среднее 1026.0 гПа). В ходе анализа данных установлено, что минимальное давление в центрах отмечалось для северо-западных циклонов, смещающихся из районов Кольского п-ова, как по данным, полученным при помощи приземных синоптических карт - 994.2 гПа, так и по данным, полученным с помощью реанализа - 989.1 гПа; максимальное
Давление, гПа 1006
-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г
1976197919821985198819911994199720002003 20062009
10341032103010281026 1024 1022
> -А. ' . / V-"/
\ Л ;—-' \______'
V «,' 17 г- < V
1976197919821985198819911994199720002003 20062009
Годы
Рис. 3. Давление в центрах (гПа) барических образований (циклонов (А), антициклонов (Б)) по данным приземных синоптических карт (сплошная линия) и данным, полученным с помощью ЫСЕР^ОЕ АМ!Р II реанализа (прерыв
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.