ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2009, № 1, с. 7-13
^ ТЕОРИЯ И СОЦИАЛЬНЫЕ
ФУНКЦИИ ГЕОГРАФИИ
УДК 551.465
ПРИРОДНЫЕ ФАКТОРЫ ГЛОБАЛЬНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СОВРЕМЕННОГО КЛИМАТА
© 2009 г. В. И. Бышев, В. Г. Нейман, Ю. А. Романов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАИ Поступила в редакцию 23.05.2008 г.
Исследованиями внутривековой изменчивости глобальных полей атмосферного давления на уровне моря и приповерхностной температуры над континентами и океанами установлено, что их быстрая перестройка в середине 70-х годов прошлого века возникла под влиянием возмущающего фактора типа Эль-Ниньо. Данная перестройка сопровождалась также возмущениями основных термодинамических характеристик атмосферы и океана. Обнаружены соответствующие одновременны е изменения глобальной облачности, потоков явного и скрытого тепла над северными районами Пацифики и Атлантики, теплосодержания верхнего слоя вод Тихого океана. Отмечены высокие отрицательные коэффициенты корреляции между тенденциями среднегодовой температуры и дисперсией ее внутри-годовых возмущений для материков. Одновременно для океанов корреляция между теми же характеристиками оказалась также высокой, но положительной. Сформулирована и обоснована гипотеза о том, что наряду с антропогенным фактором в изменчивости современного климата определенную роль играет внутренняя динамика климатической системы Земли.
ВВЕДЕНИЕ
Под современным климатом в данной работе понимается по аналогии с [8] текущее состояние статистического ансамбля погодных условий и его временных изменений в диапазоне масштабов до 100 лет. Поскольку статья посвящена исключительно современному климату, далее мы будем использовать этот термин без прилагательного.
Изучение причин изменчивости климата, в том числе повышения средней глобальной температуры воздуха на основе анализа данных о реальных гидрометеорологических характеристиках, не дает однозначного ответа на вопрос об относительной роли определяющих эту изменчивость факторов, поскольку естественные и антропогенные эффекты присутствуют в анализируемых полях в интегральном виде. Тем не менее представляется, что поступательные изменения климатических характеристик в большей мере связаны с антропогенным воздействием, а изменения колебательного типа - в основном с внутренней динамикой системы океан-атмосфера. Эта предпосылка в определенном смысле кладется в основу интерпретации основных результатов нашего исследования.
По инструментальным данным, полученным к настоящему времени, главным образом, на региональном уровне, выявлены и описаны с подсчетом соответствующих индексов разнообразные возмущения климатической системы, наиболее отчетливо проявляющиеся в полях атмосферного давления. К их числу относятся: Северо-Атлантическое, Арктическое, Антарктическое, Восточно-Тихоокеанское, Южное и прочие колебания [11]. Исследова-
ния в этом направлении позволили обнаружить [4], что в течение 150 лет инструментальных наблюдений крупномасштабное перераспределение тепла в Северном полушарии имело характер квазициклических колебаний, в которых изменения приповерхностной температуры над океанами и материками имели противоположный характер. Было показано также [3], что внутривековые возмущения полей климатических характеристик могут вызываться изменениями структуры атмосферной циркуляции, проявляющимися прежде всего в виде усилений и ослаблений меридиональных или зональных переносов воздушных масс.
В данной работе мы обращаем внимание еще на две важные особенности глобальных полей атмосферного давления на уровне моря и аномалий приповерхностной температуры за последние 100 лет. Имеются в виду разнонаправленные долгопериодные изменения приземного давления в тропической зоне восточнее и западнее 180° долготы, а также противофазность вековых изменений средней годовой приземной температуры и ее внутригодовых колебаний над материками и океанами в средних широтах.
Изменчивость климата Земли отражает, наряду с прочим, внутреннюю динамику климатической системы. Наблюдаемые ее изменения регулируются в определенной степени собственными возмущениями параметров этой системы, проявляющимися в структуре всех гидрофизических полей океана и атмосферы, которые поддаются оценке. Наиболее информативными в данном отношении являются поля атмосферного давления и температуры и их планетарные деформации, отражающие регулиру-
юшую роль прямых и обратных связей внутренней динамики климатической системы. Как реализуются эти прямые и обратные связи?
Региональные повышения атмосферного давления, как правило, сопровождаются увеличением антициклонической завихренности атмосферной циркуляции, сокрашением облачности, интенсификацией притока коротковолновой солнечной радиации к подстилаюшей поверхности и ее прогревом. С другой стороны, рост температуры подстилаюшей поверхности в конечном итоге влечет за собой увеличение теплоотдачи, понижение атмосферного давления, рост циклонической завихренности атмосферной циркуляции, усиление облачности и сокрашение притока коротковолновой радиации и, как следствие, выхолаживание подстилаюшей поверхности. Вполне вероятно, что из таких противоположных эффектов состоит один из возможных механизмов саморегуляции климатической системы с наличием прямой и обратной связями. Оценка временного масштаба цикла обозначенной саморегуляции представляется важной задачей, решению которой посвяшены соответствующие диагностические расчеты в рамках данного исследования.
Сушественным фактором в структуре деформации планетарного поля атмосферного давления является соотношение меридиональной и зональной направленности возмушений. В случае преобладания меридиональной моды данного процесса происходит изменение глобального меридионального градиента температуры приповерхностного воздуха. При зональном типе возмушений происходит перераспределение циклонической и антициклонической завихренности в системе атмосферной циркуляции между западным и восточным полушариями. Здесь также возникает вопрос о доминируюшем временном цикле подобного процесса.
Материалы, использованные для анализа и их обработка. В качестве исходных данных для анализа были выбраны поля среднемесячных значений атмосферного давления на уровне моря Р(ф, X, ¿о, г) в узлах регулярной сетки 5°ш. х 5°д. за период с 1900 по 2005 г., размешенные на сайте [http://www. cdc.noaa.gov/Pressure/Gridded/]. Кроме того, были рассмотрены аномалии приземной температуры воздуха 5Га(ф, X, го, г) и поверхности океана 5Го(ф, X, го, г) для аналогичной сетки и за тот же период и ее месячные нормы за период 1961-1990 гг. [http://www..cru.uea.ak./cru/data/temperature/]. Указанные базы данных содержат наблюдения с середины XIX века, однако надо отметить, что до 1900 г. их было крайне мало [4].
Исходя из предположения, что климатическая система обладает собственной динамикой, можно попытаться обнаружить признаки ее автоколебаний как наиболее вероятной характеристики этого процесса. В данном контексте имеются в виду коле-
бания, которые при наличии внешнего источника возмушений совершаются многократно и имеют характерные пространственно-временные масштабы, зависяшце от внутренних свойств системы. Их присутствие несомненно должно проявляться в изменчивости всех глобальных гидрофизических полей системы океан-атмосфера, включая атмосферное давление и приповерхностную температуру. В связи с указанной задачей весьма информативными оказываются локальные (по широте ф = ф; и долготе X = X) временные разверстки аномалий атмосферного давления на уровне моря (г = го), Р (ф; , X, го, г), в ключевых районах Земли, каковыми являются центры действия атмосферы, например область планетарной конвекции (рис. 1).
Однозначным признаком наличия автоколебаний в климатической системе служат обнаруженные разнонаправленные вековые тенденции в формировании аномалий приповерхностной температуры в океанах и над материками [4]. Этот факт отражает процессы крупномасштабного перераспределения тепла в климатической подсистеме океаны-материки. В этой связи представляется целесообразным оценить соответствуюшие изменения индекса "континентальности". В его качестве нами используется корреляция между тенденциями среднегодовой температуры над материками и ее внутригодовыми вариациями. Индекс возрастает, когда поток тепла от океанов к материкам сокра-шается, сопровождаясь понижением среднегодовой температуры приповерхностного воздуха и ростом дисперсии внутригодовых ее вариаций. Указанием на присутствие автоколебаний должна служить высокая отрицательная корреляция рассматриваемых характеристик.
Изменения приземного давления. При рассмотрении глобальной пространственно-временной структуры аномалий атмосферного давления на уровне моря Р'(ф, X, го, г) особое внимание обраша-ют на себя некоторые особенности этого поля на экваторе (рис. 1а). Экваториальная зона условно подразделялась на западную (180° д.-30° з.д.) и восточную (30° з.д.-180° д.) области, изменения в которых происходили в противофазах: периоды аномально повышенного давления в одной из них сопровождались аномалией противоположного знака в другой, и наоборот. Наиболее выразительно это проявилось во второй половине прошлого столетия, когда в середине 70-х годов быстрый рост атмосферного давления в восточной области сопровождался понижением давления в западной области -в центральной части и на востоке Тихого океана. Меридиональные сечения по 40° в.д. (рис. 16) и по 140° з.д. (рис. 1в) показывают, что отмеченные изменения в поле атмосферного давления не ограничивались областью экватора, а распространялись на весь экваториально-тропический пояс Земли.
180 120
н ои о
0
о И
(а)
-10 -20 20 10
сЗ
н о
& 0
(в)
1900
1920
1940
1960
1980
2000
гПа 0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
(г)
-0.6
^ J ^ 1
\ у- у ^ ^
1900
1920
1940
1960
1980
2000 Годы
0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
Рис. 1. Пространственно-временная структура аномалий атмосферного давления на уровне моря (¿0) в период 1900-2005 гг. в экваториально-тропическом поясе Земли (нормы среднемесячных значений рассчитаны за период
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.