Изменение характера циркуляции атмосферы в последние десятилетия как фактор изменения климатических и ледовых условий Арктики
Н.К. Кононова
Институт географии РАН, Москва
Рассмотрены многолетние изменения циркуляции атмосферы, метеорологических элементов по данным самых северных станций России и связь указанных характеристик с состоянием ледяного покрова Арктики.
В последние годы возросло внимание к исследованиям взаимосвязи изменения климата в Арктике и его глобальных изменений, о чем свидетельствует проведение ряда международных конференций по этой тематике, в частности Arctic Climate Impact Assessment (ACIA) (Санкт-Петербург, 27—30 мая 2001 г.) и Arctic Climate System Stady (ACSYS) (Санкт-Петербург, 11—14 ноября 2003 г.). Настоящая статья — продолжение работ, доложенных на этих конференциях [21, 22]. В ней показана роль циркуляции атмосферы Северного полушария в происходящих изменениях.
Для решения поставленной задачи была использована типизация циркуляционных процессов Северного полушария, разработанная Б.Л. Дзердзе-евским, В.М. Курганской и З.М. Витвицкой [5] и относящиеся к ней материалы: Календарь последовательной смены элементарных циркуляционных механизмов (сокращенно ЭЦМ), публикуемый по мере его составления [4, 9, 10], и таблицы месячной и годовой продолжительности ЭЦМ и групп ЭЦМ за 1899—2004 гг., также частично опубликованные [16, 18]. Данные по ледовому режиму взяты из литературных источников. Изменения температуры воздуха и атмосферных осадков в высоких широтах проанализированы по материалам архива Г.В. Груза и Э.Я. Раньковой [2, 3, 14].
Влияние изменения продолжительности циркуляционных механизмов разных типов на климат в Арктике
В нашей предыдущей работе [10] были приведены основные сведения о типизации циркуляционных процессов Северного полушария, разработанной под руководством Б.Л. Дзердзеевского, и на ее основе проанализированы многолетние изменения характеристик циркуляции атмосферы за 1899—2002 гг. Здесь приведем примеры схем ЭЦМ, относящихся к различным группам циркуляции (рис. 1), и многолетний ход обобщенных групп циркуляции за 1899-2004 гг. (рис. 2).
ЭЦМ 1а, схема которого приведена на рис. 1а, относится к группе зональной циркуляции, при которой в полярной области располагается антициклон, окруженный кольцом циклонов. Это кольцо пополняется выходами южных циклонов. Блокирующие процессы (арктические вторжения) отсутствуют.
ЭЦМ 3 (см. рис. 1б) относится к группе нарушения зональности. От зональной указанная группа отличается наличием одного блокирующего процесса в каком-либо секторе Северного полушария.
ЭЦМ 12а (см. рис. 1в) относится к группе меридиональной северной циркуляции. Для этого макропроцесса характерен наиболее интенсивный межширотный обмен, так как формируются мощный арктический антициклон, четыре блокирующих процесса и четыре выхода южных циклонов.
ЭЦМ 13з (см. рис. 1г) относится к группе меридиональной южной циркуляции. Характерная особенность этой группы — циклоническая циркуляция над Арктикой. Она определяется развитием циклонической деятельности на арктическом фронте и в особенности регенерацией на нем приходящих с юга в высокие широты окклюдированных циклонов. Южные циклоны при ЭЦМ 13з выходят в трех секторах: Европейском, Атлантическом и Тихоокеанском. Это макропроцесс холодного полугодия. Самые мощные континентальные антициклоны формируются над Северной Америкой и Восточной Сибирью, наиболее интенсивная циклоническая деятельность развивается над Атлантическим и Тихим океанами. В теплом полугодии при ЭЦМ 13л отмечается четыре выхода южных циклонов.
С 1899 по 2004 г. отмечаются три циркуляционные эпохи (см. рис. 2): две меридиональные (с начала прошлого века по 1915 г. и с 1957 г. по настоящее время) и зональная (1916—1956 гг.). В климатическом отношении первая эпоха (меридиональная) была эпохой похолодания (рис. 3), а вторая (зональная) — эпохой потепления в Северном полушарии в целом [10]. Потепление было особенно заметно в высоких широтах, поэтому вошло в литературу как потепление Арктики. В новую меридиональную эпоху суммарная продолжительность меридиональных процессов оказалась существенно больше, чем в первую эпоху. Максимальная их продолжительность приходится на последнее десятилетие (см. рис. 2а).
Различия между двумя меридиональными эпохами заключаются также в соотношении меридиональной северной и южной составляющих циркуляции. На рис. 2б представлены отклонения средних десятилетних скользящих значений продолжительности трех обобщенных групп циркуляции (зональной,
меридиональной северной и меридиональной южной) от соответствующих средних за 1899—2004 гг. Обращает на себя внимание постоянный рост продолжительности меридиональной южной циркуляции в течение всего ХХ в. В последнее десятилетие (1995—2004 гг.) суммарная за год продолжительность макроциркуляционных процессов с циклонической циркуляцией на Северном полюсе (ЭЦМ 13з и 13л) превышает среднюю величину за 1899—2004 гг. на 79 дней, или в 3 раза. В климатическом отношении период положительных отклонений продолжительности ЭЦМ меридиональной северной группы в третьей
эпохе (1960—1969 гг.) также отмечен некоторым похолоданием (см. рис. 3), а в последние десятилетия при максимальной за все время наблюдений продолжительности ЭЦМ меридиональной южной группы отмечается потепление.
Как видно из табл. 1, характер современной циркуляции атмосферы определяется сочетанием двух меридиональных групп. Их суммарная продолжительность в среднем за 1995—2004 гг. составляет 316 дней в году, следовательно, меридиональная южная циркуляция чаще всего сменяется меридиональной северной. В настоящее время группа меридио-
Рис. 1. Динамические схемы ЭЦМ разных групп циркуляции: а — ЭЦМ 1а (группа зональной циркуляции, типы 1—2), антициклон над Арктикой, отсутствие блокирующих процессов, два выхода южных циклонов в разных секторах полушария; б — ЭЦМ 3 (группа нарушения зональности, типы 3—7), антициклон над Арктикой, один блокирующий процесс в каком-либо секторе полушария, три одновременных выхода южных циклонов; в — ЭЦМ 12а (группа меридиональной северной циркуляции, типы 8—12), антициклон над Арктикой, четыре блокирующих процесса и четыре выхода южных циклонов; г — ЭЦМ 13з (группа меридиональной южной циркуляции, тип 13), циклон над Арктикой, отсутствие блокирующих процессов, три выхода южных циклонов) Fig. 1. Dynamic schemes of ECM of different circulation groups: a — ECM 1a (zonal circulation group, types 1—2), anticyclone above the Arctic, absence of blocking processes, two appearances of southern cyclones in different sectors of the hemisphere; б — ECM 3 (disturbance of zoning group, types 3—7), anticyclone above the Arctic, one blocking process in some sector of the hemisphere, three simultaneous appearances of southern cyclones; в — ECM 12a (meridional northern circulation group, types 8—12), anticyclone above the Arctic, four blocking processes and four appearances of southern cyclones; г — ECM 13z (meridional southern circulation group, type 13), cyclone above the Arctic, absence of blocking processes, three appearances of southern cyclones)
lOOi
'100 11111111111111111111111111111111111■■1111■11111■11111111111■1111111111111111111111
150
"C 0,8 0,6 0,4' 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8-
Рис. 2. Суммарная годовая продолжительность групп циркуляции в отклонениях от соответствующих средних (десятилетние скользящие средние): 1 — зональная и нарушение зональности; 2 — меридиональная (северная и южная) (а); 3 — меридиональная южная, 4 — меридиональная северная (б) Fig. 2. Total annual duration of circulation groups in deviations from the corresponding average (decade running average): 1 — meridional (northern and southern), 2 — zonal and disturbance of zoning (a); 3 — meridional northern, 4 — meridional southern, 5 — zonal and disturbance of zoning (б)
Рис. 3. Отклонения средней годовой температуры воздуха в Северном полушарии от средней многолетней нормы: годовые величины (а), 10-летние скользящие средние (б) Fig. 3. Deviations of average annual air temperature in the Northern Hemisphere from the mean value for many years: annual values (a), decade running average (б)
нальнои северной циркуляции представлена в основном процессами 12-го типа (рис. 4), при котором формируется мощный антициклон в полярной области, три-четыре одновременных арктических вторжения в разные сектора полушария и 3—4 выхода южных циклонов, что обеспечивает максимально возможную макротурбулентность на всем полушарии.
Таблица 1
Суммарная годовая продолжительность групп циркуляции (в днях)
*
в экстремальные десятилетия циркуляционных эпох
Периоды, годы Продолжительность групп циркуляции**
Мс Нз Мю З Мс+Мю З+Нз
1899-2004 1906-1915 1930-1939 1960-1969 1988-1997 1995-2004
196 274 (1915)
246 274 (1915)
168 206 (1933)
216 268 (1969)
155 215 (1995)
192 215 (1995)
95
163 (1945) 97
116 (1910)
135 159 (1931)
71
93 (1964) 42
57 (1995) 42
59 (1998)
45
201 (1989) 4
7(1910) 13
45 (1937) 52
94 (1964)
149 201 (1989)
124 179 (1997)
29
86 (1938) 18
30 (1913) 49
86 (1938) 26
53 (1962) 19
63 (1992) 8
21 (2004)
241 346 (2000)
250 278 (1915)
181 209 (1933)
268 314 (1969)
304 338 (1993)
316 346 (2000)
124 230 (1932)
115 140 (1913)
184 230 (1932)
97
130 (1962) 61
98 (1992) 50
74 (1998)
*Вверху — средняя продолжительность, внизу — максимальная продолжительность (в скобках — годы экстремумов).
**Мс — меридиональная северная, Нз — нарушение зональности, Мю — меридиональная южная, З — зональная.
В 2001 г. суммарная продолжительность ЭЦМ 12-го типа составила 106 дней, в 2002 г. — 102 дня, в 2003 г. — 108 дней, в 2004 г. — 78 дней. Чередование указанных ЭЦМ с ЭЦМ 13-го типа означает постоянную смену антициклонического режима циклоническим в полярной области и создает наилучшие условия для обострения атмосферных фронтов, формирования обильных осадков и резких контрастов температуры воздуха. Наиболее велики положительные отклонения ЭЦМ 12а, динамическая схема которого представлена на рис. 1в.
В табл. 2 представлена повтор
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.