научная статья по теме МАКРОЦИРКУЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РЕКОНСТРУКЦИИ ДИНАМИКИ БАЛАНСА МАССЫ ЛЕДНИКОВ НОРВЕГИИ В XX СТОЛЕТИИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «МАКРОЦИРКУЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РЕКОНСТРУКЦИИ ДИНАМИКИ БАЛАНСА МАССЫ ЛЕДНИКОВ НОРВЕГИИ В XX СТОЛЕТИИ»

Макроциркуляционная модель реконструкции динамики баланса массы

ледников Норвегии в XX столетии

В.М. Федоров

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Статья поступила в редакцию 17 мая 2005 г. Представлена членом редколлегии В.И. Николаевым

Для реконструкции и прогноза динамики баланса массы ледников Норвегии предложена макроциркуляционная модель, основанная на типизации атмосферных процессов Б.Л. Дзердзеевского и отражающая роль циркуляционного фактора в массоэнергообмене в системе ледник — атмосфера.

Введение

На территории Норвегии располагается крупнейшая область современного оледенения континентальной Европы, ледники которой относятся к числу наиболее изученных. На некоторых из них с начала 1960-х годов проводятся ежегодные наблюдения за балансом массы — измеряются общая аккумуляция и общая абляция на всей их поверхности. Массив данных по межгодовой изменчивости балансовых показателей ледников Норвегии представлен в [19].

Скандинавский полуостров, особенно его западное побережье, испытывает сильное влияние Атлантики, которое проявляется в преобладающем переносе морских воздушных масс западных и юго-западных румбов. В то же время положение северной части полуострова в полярных широтах и близость к арктическому фронту способствует частым вторжениям холодного арктического воздуха, с чем связаны низкие зимние температуры, особенно на северо-востоке. Длительность залегания снежного покрова год от года изменяется; она больше в холодные зимы с частыми вторжениями арктических воздушных масс и меньше в мягкие зимы с преобладанием атлантических воздушных масс. Первый тип зим обусловлен слабым, а второй — значительным продвижением к северо-востоку отрога исландского минимума [1, 2, 6, 14]. Таким образом, ледники Норвегии развиваются в условиях интенсивно протекающих циркуляционных атмосферных процессов, с которыми во многом связана динамика массо- и энергообмена в системе атмосфера-ледник. Для исследования этих связей потребовался новый подход, заключающийся в разработке алгоритма макроциркуляционного моделирования динамики балансовых показателей ледников на основе существующих схем типизации атмосферных процессов.

Методика исследований

Изменение во времени баланса массы ледников в основном контролируется сочетанием режимов осадкообразования и термического [1, 3, 7, 8, 10, 11, 15, 17], которые во многом связаны с динамикой циркуляционных процессов в атмосфере. Динамика

макроциркуляционных процессов в атмосфере моделируется последовательным и закономерным чередованием циркуляционных сезонов и элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ). ЭЦМ — типовой циркуляционный процесс, в течение которого в Северном полушарии сохраняется географическое распределение барического поля определенного типа и направленность основных переносов воздушных масс [4, 5, 16, 18, 20]. С соответствующими ЭЦМ термическими режимами и режимами осадкообразования (условиями энерго- и массообмена), таким образом, связана изменчивость показателей баланса массы ледников [9, 12, 13].

Была исследована связь балансовых показателей ледников Энгабреэн (северная Норвегия), Нигардс-бреэн, Стурбреэн, Олфутбреэн, Хеллстугубреэн, Гро-субреэн, Хардангерёкулен (южная Норвегия) с динамикой элементарных циркуляционных механизмов в пределах циркуляционных сезонов. Использована методика определения пропорции вклада ЭЦМ в отклонение от средних многолетних значений показателей баланса массы. Такие отклонения рассчитаны для имеющихся рядов Вж и В8 за 1961/62-1994/95 гг. [19]. В результате были получены знакопеременные функции, отражающие динамику балансовых показателей относительно среднего многолетнего значения. Для рассчитанных рядов по данным календаря ЭЦМ [5, 9] определялась продолжительность распределения ЭЦМ отдельно для лет с положительными и отрицательными отклонениями от среднего многолетнего за периоды циркуляционных сезонов: предзимье-зима-предвесенье (для аккумуляции) и весеннее-летних (для абляции). Далее для каждого балансового показателя рассчитывалась среднегодовая продолжительность (в сутках) отдельных типов ЭЦМ для лет с положительными и отрицательными отклонениями. В предположении, что связанные с отдельными ЭЦМ термические режимы и режимы осадкообразования вносят определенный климатический вклад в формирование как положительных, так и отрицательных аномалий годовых значений балансовых показателей, для всех ледников были рассчитаны пропорции вклада каждого ЭЦМ для аккумуляции и абляции (табл. 1 и 2). Полученный

спектр пропорций климатического вклада ЭЦМ в отклонение балансовых показателей от среднего многолетнего значения принимался как «ключ» для реконструкции балансовых показателей и баланса массы ледников. В качестве верификации «ключа» по полученным пропорциям вклада реконструировались ряды балансовых показателей за период инструментальных наблюдений (1961/62-1994/95 гг.).

Так, рассчитанные в соответствии с пропорциональностью вклада для ледника Энгабреен аномалии продолжительности ЭЦМ по отдельным годам за 26 лет в 25 случаях для аккумуляции и в 23 для абляции имели тот же знак, что и вычисленные ранее отклонения годовых значений балансовых показателей от средних многолетних. Таким образом, тенденция вклада ЭЦМ с вероятностью 0,96 для аккумуляции и 0,88 для абляции соответствует формированию знака отклонения балансовых показателей для этого ледника.

Полагая, что суммарная по модулю (за анализируемый период) аномалия вкладов ЭЦМ соответствует суммарной по модулю аномалии балансового показателя, были рассчитаны коэффициенты пропорциональности между ними. Умножением значений годовых отклонений ЭЦМ на коэффициент пропорциональности были получены реконструированные на основе пропорции вклада величины годовых отклонений балансовых показателей от среднего мно-

Рис. 1. Динамика балансовых показателей ледника Энгаб-реэн за 1969/70-1994/95 гг. 1 — инструментальные данные, 2 — реконструированные Fig. 1. Dynamics of mass balance values for Engabreen Glacier for 1969/70-1994/95: 1 — instrumental data, 2 — reconstructed data

Таблица 1

Пропорция климатического вклада ЭЦМ в формирование отклонения аккумуляции от среднего многолетнего значения (ледник Энгабреэн)

Тип Распределение Климатический

ЭЦМ продолжительности вклад ЭЦМ

по [5] ЭЦМ (сут.) по годам в формирование

с различным знаком аномалии

аномалий аккумуляции аккумуляции

>0 <0 >0 <0

общее ср.-год. общее ср.-год.

1а 59 4 LO 34 2,62 0,63 0,37

1б 55 4,23 63 4,84 0,47 0,53

2а 3 0,23 2 0,15 0.6 0,4

2б 0 0 9 0,6 0 1

2в 4 0,31 2 0,15 0,67 0,33

3 33 2,54 18 1,38 0,65 0,35

4а 34 2,62 30 2,31 0,53 0,47

4б 8 0,62 12 0,92 0.4 0,6

4в 2 0,15 12 0,92 0,14 0,86

5а 59 4,54 43 3,31 0,58 0,42

5б 48 3,69 49 3,77 0,49 0,51

5в 29 2,23 14 1,08 0,67 0,33

5г 27 2,08 40 3,08 0,4 0.6

6 18 1,38 22 1,69 0,45 0,55

7аз 54 4,15 63 4,85 0,46 0,54

7ал 3 0,23 0 0 1 0

7бз 64 4,92 64 4,92 0,5 0.5

7бл 5 0,38 5 0,38 0.5 0.5

8а 34 2,62 83 6,38 0,29 0,71

8бз 36 2,77 41 3,15 0,47 0.53

8бл 0 0 9 0,69 0 1

8вз 26 2 48 3,69 0,35 0,65

8вл 2 0,15 4 0,31 0,33 0,67

8гз 25 1,92 80 6,15 0,24 0,76

8гл 5 0,38 2 0,15 0,71 0,29

9а 47 3,62 31 2,38 0,6 0,4

9б 31 2,38 37 2,85 0,46 0,54

10а 47 3,62 92 7,08 0,34 0,66

10б 22 1,69 46 3,54 0,32 0,68

11а 194 14,92 161 12,38 0,55 0,45

11б 98 7,54 149 11,46 0,4 0,6

11в 53 4,08 101 7,77 0,34 0,66

11г 127 9,77 100 7,69 0.56 0,44

12а 82 6,31 85 6,54 0,49 0.51

12бз 93 7,15 145 11,15 0,39 0,61

12бл 15 1,15 15 1,15 0,5 0,5

12вз 66 5,08 61 4,69 0,52 0,48

12вл 4 0,31 3 0,23 0,57 0,43

12г 145 11,15 70 5,38 0,67 0,33

13з 534 41,08 330 25,38 0.62 0,38

13л 15 1,15 40 3,08 0,27 0,73

ВТ 0 0 0 0 0 0

Таблица 2

Пропорция климатического вклада ЭЦМ в формирование отклонения абляции от среднего многолетнего значения (ледник Энгабреэн)

Тип Распределение Климатический

ЭЦМ продолжительности вклад ЭЦМ

по [5] ЭЦМ (сут.) по годам в формирование

с различным знаком аномалии

аномалий абляции абляции

>0 <0 >0 <0

общее ср.-год. общее ср.-год.

1а 2 0,18 6 0,4 0,31 0,69

1б 2 0,18 0 0 1 0

2а 61 5,55 72 4,8 0,54 0,46

2б 54 4,91 73 4,87 0,5 0,5

2в 26 2,36 51 3,4 0,41 0,59

3 53 4,82 61 4,07 0,54 0,46

4а 3 0,27 0 0 1 0

4б 86 7,82 80 5,33 0,59 0,41

4в 78 7,09 58 3,87 0,65 0,35

5а 0 0 7 0,47 0 1

5б 0 0 0 0 0 0

5в 0 0 0 0 0 0

5г 0 0 10 0,67 0 1

6 29 2,64 52 3,47 0,43 0,57

7аз 0 0 0 0 0 0

7ал 17 1,55 23 1,53 0,5 0,5

7бз 0 0 0 0 0 0

7бл 30 2,73 25 1,67 0,62 0,38

8а 23 2,09 37 2,47 0,46 0,54

8бз 0 0 6 0,4 0 1

8бл 33 3 27 1,8 0,62 0,38

8вз 3 0,27 0 0 1 0

8вл 28 2,55 26 1,73 0,6 0,4

8гз 0 0 0 0 0 0

8гл 25 2,27 23 1,53 0,6 0,4

9а 46 4,18 117 7,8 0,35 0,65

9б 31 2,82 15 1 0,74 0,26

10а 29 2,64 37 2,47 0,52 0,48

10б 67 6,09 73 4,87 0,56 0,44

11а 5 0,45 7 0,47 0,49 0,51

11б 0 0 0 0 0 0

11в 0 0 0 0 0 0

11г 0 0 15 1 0 1

12а 18 1,64 10 0,67 0,71 0,29

12бз 0 0 5 0,33 0 1

12бл 24 2,18 22 1,47 0.6 0,4

12вз 0 0 0 0 0 0

12вл 27 2,45 8 0,53 0,82 0,18

12г 0 0 3 0,2 0 1

13з 8 0,73 0 0 1 0

13л 409 37,18 702 46,8 0,44 0,56

ВТ 0 0 0 0 0 0

голетнего. Алгебраическим сложением значений годовых отклонений балансовых показателей с соответствующими значениями среднего многолетнего для каждого ледника были получены реконструированные значения балансовых показателей: аккумуляции и абляции (рис. 1). Рассчитанные для восстановленных с использованием «ключа» данных и исходных инструментальных рядов ледника Энгабреэн коэффициенты корреляции оказались равными для аккумуляции 0,69, для абляции 0,70, для баланса массы 0,76. Среднегодовые разности значений исходных и реконструированных рядов (475 мм в.э. для аккумуляции и 508 мм в.э. для абляции) существенно меньше значений среднегодовых отклонений от средне-многолетнего значения (645 мм. в.э. для аккумуляции и 647 мм в.э. для абляции), что свидетельствует о существенном приближении реконструированных рядов к инструментальным. Результаты оценки «ключей» по анализируемым ледникам представлены в табл. 3. В качестве оценочных характеристик приведены значения коэффициентов корреляции исх

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»