Лёд и Снег • 2014 • № 3 (127)
Снежный покров и снежные лавины
УДК 551.578.42
Сроки установления снежного покрова на севере Евразии: прямые и обратные связи с крупномасштабной атмосферной циркуляцией
© 2014 г. В.В. Попова, А.В. Ширяева, П.А. Морозова
Институт географии РАН, Москва valeria_popova@mail.ru
Snow cover onset dates in the north of Eurasia: relations and feedback to the macro-scale
atmospheric circulation
V.V. Popova, A.V. Shiryaeva, P.A. Morozova
Institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Moscow
Статья принята к печати 1 июля 2014 г.
Крупномасштабная атмосферная циркуляция, площадь снежного покрова, прямые и обратные связи, Северная Евразия, сроки установления
снежного покрова.
Dates of snow cover onset, feedback, macro-scale atmospheric circulation, North Eurasia, snow cover extent.
Рассматриваются колебания сроков установления снежного покрова на территории России в 1950-2008 гг., а также их прямые и обратные связи с крупномасштабной атмосферной циркуляцией по данным наблюдений и результатам численных экспериментов на модели Planet Simulator. Представлены поля многолетних средних для этого параметра и его связи с изменениями температуры приземного воздуха на суше внетропической зоны Северного полушария и циркуляционными индексами Scand, EA-WR, WP и NAO. Результаты численных экспериментов указывают на возможное влияние осенних аномалий снежного покрова на интенсивность зонального переноса в нижней тропосфере. По данным наблюдений, анализ связи между осенними аномалиями площади снежного покрова и средним для зимы индексом Арктической осцилляции показывает, что чёткая линейная зависимость между этими параметрами (в противофазе) наблюдается только в 1970-90-е годы, отличающиеся максимальными аномалиями площади снежного покрова и их наибольшей изменчивостью.
Variations of snow cover onset dates in 1950-2008 based are analyzed in order to reveal climatic norms, relations with macro-scale atmospheric circulation and influence of snow cover anomalies on strengthening/weakening of westerly basing on observational data and results of simulation using model Planet Simulator, as well. Patterns of mean snow cover onset data and their correlation coefficients with circulation indices in the terms of Northern Hemisphere Tele-connection Patterns, as well as relation revealed between snow cover extent anomalies for the second decade of October and winter atmospheric circulation regime over North Eurasia, are presented.
Введение
Установление снежного покрова и связанное с ним резкое изменение альбедо суши — важный этап годового цикла, влияющий на энергообмен в пограничном слое атмосферы. Кроме климато-образующего значения, аномалии сроков установления снежного покрова существенно влияют на работу многих отраслей экономики (сельское хозяйство, транспорт и др.), а также разные сферы жизни человека. Северная Евразия — крупнейшая в мире область с сезонным снежным покровом и наибольшими его вариациями, поэтому воздействие на эволюцию снежного покрова атмосферных процессов и его обратное влияние на атмосферу проявляются здесь наиболее отчётливо. Согласно заключению Международной группы экспертов по изменениям климата [11], последнее
десятилетие стало самым тёплым с начала прошлого столетия. Вместе с тем с середины 1990-х годов роста средней температура приземного воздуха для территории суши Северного полушария не наблюдается, что сильно расходится с прогнозируемыми изменениями [12]. В числе гипотез, объясняющих причину такого расхождения, — сокращение площади морского льда в Арктике и связанное с ним раннее появление снежного покрова на севере Евразии. Механизм такого влияния объясняется резким увеличением альбедо подстилающей поверхности, способным вызвать возмущения в поле давления, которые, в свою очередь, ослабляют зональный перенос и создают благоприятные условия для вторжений арктического воздуха в умеренные широты. Это, по результатам исследований [9, 12], приводит к отрицательным аномалиям индек-
са Арктической осцилляции (АО) и возросшей повторяемости суровых зим на севере Евразии.
В отечественных исследованиях изучению многолетних изменений сроков установления снежного покрова практически не уделялось внимания. В зарубежных работах эта тема чаще затрагивается в связи с изменениями климата и их обратным влиянием на климатическую систему через подстилающую поверхность, причём основываются эти данные на материалах спутниковых наблюдений снежного покрова. Влияние аномалий снежного покрова в осенний период на крупномасштабную циркуляцию исследуется достаточно давно. Основная часть работ посвящена связям аномалий снежного покрова с АО [9, 10, 12-14, 17, 19, 20].
Российская гидрометеорологическая сеть обеспечивает наиболее продолжительные и подробные наземные наблюдения за снежным покровом, которые позволяют достаточно детально исследовать осенние аномалии площади снежного покрова и их влияние на зимний режим крупномасштабной циркуляции и температуры. Кроме анализа данных спутниковых наблюдений, изучалось нелокальное влияние снежного покрова путём численного моделирования. В работах [16, 21] при помощи климатических моделей показано, что существует связь между осенней аномалией снежного покрова и зимней модой АО, которая осуществляется через стратосферный полярный вихрь, который, в свою очередь, начинает формироваться именно осенью. Проанализирована также реакция приземной температуры Евразии в зимние месяцы на положительные и отрицательные (как по толщине, так и по площади) аномалии снежного покрова [2]. Установлено, что наиболее сильное влияние октябрьская аномалия снежного покрова оказывает на приземную температуру декабря, причём для территории Сибири положительные аномалии приводят к повышению температуры, а отрицательные — к понижению.
Цель настоящей работы — изучить закономерности формирования аномалий снежного покрова на территории Северной Евразии в осенний период и оценить их влияние на крупномасштабную циркуляцию в зимние месяцы по данным наземных станционных наблюдений с середины прошлого столетия и результатам численных экспериментов. Для этого необходимо было получить климатические характеристики сроков установления снежного покрова, обобщающие период регулярных наблюдений на обширной сети станций по территории России и сопредельных государств за 1950—2008 гг., а также проанализировать колебания сроков установления снежного покрова и их связи с крупномасштабной атмосферной циркуляцией. Для понимания механизмов климатической изменчивости значитель-
ный интерес вызывает изучение обратного влияния аномалий снежного покрова на современные глобальные изменения. Поэтому в задачи нашей работы входило также выявление связи между аномалиями площади снежного покрова в октябре и ослаблением зонального переноса в зимний период, который отразился в увеличении повторяемости холодных зим на севере Евразии. При этом сопоставлялись результаты анализа наблюдений и проведённого численного эксперимента, особенность которого состояла в том, что в качестве граничных условий принимался наблюдавшийся в 1967 г. абсолютный максимум площади снежного покрова для середины осени.
Данные и методы
В основу создания архива данных по срокам установления снежного покрова положены материалы 183 метеостанций, расположенных на территории России и сопредельных государств (в зоне 45— 75° с.ш.), за период 1950—2008 гг., взятые из архива ВНИИГМИ-МЦД (www.meteo.ru). Мы использовали откорректированный архив, полученный по результатам проведённого в лаборатории климатологии Института географии РАН контроля качества данных. Даты появления снежного покрова устанавливались по визуальным данным о степени покрытия территории вокруг станции, которая отмечается соответствующим значком в метеорологическом бюллетене, если наблюдатель отметил более половины видимой открытой поверхности вокруг станции покрытой снегом [3]. При формировании архива данных по срокам установления снежного покрова продолжительность его непрерывного залегания должна была составлять не менее 10 дней; возможное разрушение снежного покрова в течение зимы в учёт не принималось. В результате были получены данные о площадях снежного покрова на период его установления на основной территории России для 1—3-й декад октября. С этой целью данные по срокам установления снежного покрова интерполированы в регулярную сетку градусов (по территории исследования) с шагом 5°; затем под-считывалась доля ячеек со снежным покровом в разные декады октября. Площади (в %) рассчитывались как для территории России в целом, так и для крупных регионов западнее и восточнее 100° в.д.
Для анализа климатических характеристик сроков установления снежного покрова были рассчитаны и путём интерполяции станционных данных с разрешением 2° х 2° построены поля средних значений и стандартных отклонений за период 1950—2008 гг. Выбор пространственного разрешения обоснован выполненным ранее исследованием особенностей изменчивости сроков разрушения снежного покрова [5]. При изучении многолетних
тенденций сроков установления снежного покрова и их связи с современным глобальным потеплением рассчитывалось изменение сроков разрушения снежного покрова в разные периоды, в том числе и в последнее десятилетие (за исследуемый период), по сравнению со средними значениями за 1950-2008 гг. Рассчитывались также коэффициенты линейной корреляции между сроками установления снежного покрова и изменениями средней за осень (сентябрь-ноябрь) температуры приземного воздуха на суше внетропической зоны Северного полушария, полученной по данным из архива Центра климатических исследований Университета Делавэр (http://climate. geog.udel.edu/~climate/html_pages/archive.html).
Для выявления связи площади снежного покрова и сроков её установления с циркуляцией атмосферы использованы индексы атмосферной циркуляции внетропической зоны Северного полушария из архива «Northern Hemisphere Teleconnection Patterns» (http://www.cpc.noaa.gov/data/teledoc/telecontents. shtml). В данной работе рассматриваются индексы, отражающие
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.