УДК 551.578.46:551,515.1
О связи границы снежного покрова с интенсивностью циклонической деятельности в Северном полушарии
Р. М. Вильфанд*, В. П. Садоков*, В. А. Ттценко*
Исследуется взаимосвязь между границей снежного покрова и циклонической деятельностью в Северном полушарии. На основании корреляционного анализа делается вывод об определенной связи между двумя этими объектами.
Введение
Снег играет большую роль в формировании климатических флуктуаций как параметр, активно влияющий на радиационные и циркуляционные механизмы в атмосфере. Не меньшее значение снежный покров и его высота имеют при оценке влагозапасов в почве, влияющих на состояние будущего урожая. В динамике атмосферы снежный покров определяет резкое изменение альбедо, что в результате изменения радиационного баланса приводит к дополнительному возмущению барического поля, особенно у земной поверхности. В связи с этим на границе снежного покрова резко возрастает контраст температуры, что способствует образованию у этой границы бароклинных зон, приводящих к генерации циклонической деятельности.
В работах [1, 3, 4] выдвигалась гипотеза о том, что в весенние месяцы в результате таяния снега и продвижения границы снежного покрова к северу резко меняется характер циркуляции. Эти изменения выражаются в том, что траектории циклонов близки к конфигурации этой границы, И лишь с исчезновением снежного покрова бароклинные зоны смещаются к береговым линиям и несколько "ослабевают" из-за уменьшения контрастов температуры.
Много работ выполнено по связям индийского муссона и снежного покрова в Азии. Так, например, в недавно вышедшей работе [2] проведено климатическое исследование данных о снежном покрове на территории бывшего СССР в связи с его влиянием на муссонные осадки в Индии. В ней отмечается, что интенсивность муссона коррелирует с изменением границы снежного покрова. Этот факт давно был замечен и рядом других авторов.
Большое число экспериментов выполнено с разными климатическими моделями, в которых воспроизводились разные сценарии распределения
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации.
снежного покрова в Северном полушарии. Результаты интегрирования моделей зависят от их структуры, а также от постановки экспериментов и используемых данных наблюдений. Несмотря на это, в них находят подтверждение обнаруженные ранее эмпирические закономерности, а также некоторые выдвинутые гипотезы.
В данной работе ставилась задача изучить взаимосвязь положения границы снежного покрова в Северном полушарии с географической локализацией областей циклогенеза в весенний период, а именно в марте и апреле. Линейные зависимости изучались с помощью корреляционного анализа.
Используемые данные и методика исследования
Для исследования распределения снежного покрова использовался банк данных по территории СНГ, подготовленный Институтом географии РАН, и банк данных о границе снежного покрова в Северном полушарии, созданный Центром данных по снегу и льду Колорадского университета США совместно с Институтом географии РАН за 1971—1994 гг. Для обработки этих данных и их графического представления были разработаны программные средства на языке МАТЛАБ.
Информация о траекториях циклонов в банках и базах данных отсутствует. Поэтому по ежедневным данным о приземном давлении воздуха в узлах регулярной сетки 2,5x2,5° было вычислено в каждом ее узле за все годы число дней в месяце с давлением р0 < 1005 гПа. Эта информация дает представление о пространственном распределении областей с низкими значениями давления, которые можно отождествлять с циклонической деятельностью. Эти данные сопоставлялись с распределением снежного покрова в марте и апреле каждого года. Кроме визуального изучения, проводился корреляционный анализ специально обработанных данных.
Анализ данных о распределении снежного покрова на территории СНГ
Банк данных о распределении снежного покрова на территории СНГ содержит информацию с 1966 по 1990 г. (25 случаев). Карты, построенные для марта и апреля, естественно, различаются между собой, поскольку они отражают специфические особенности условий погоды, которые наблюдаются практически в каждом году.
В марте снег покрывает значительную часть территории СНГ (кроме Украины, Северо-Кавказского региона и юга республик Средней Азии), включая Казахстан. Во все годы в этом месяце на территории Сибири и Дальнего Востока всегда наблюдался снежный покров, за исключением узкой полосы вдоль южной границы России. В это время у восточной границы России обычно располагается обширная циклоническая область, связанная с алеутским климатическим минимумом, где отмечается до 20 дней в марте с давлением меньше 1005 г Па. Эта область слегка мигрирует между акваторией Охотского моря и областью восточнее Чукотки. Такое явление трудно связать с влиянием снежного покрова, поскольку он не является единственным, доминирующим фактором, способствующим развитию циклогенеза. Однако анализ циклогенетической активности в апреле, когда
появляются достаточно большие территории с отсутствием снега, показывает, что в этом районе резко уменьшается число дней с циклонами, и циклоническая область смещается к востоку.
Несколько иные процессы происходят у западной границы России. Они связаны с деятельностью исландского климатического минимума. В марте циклоны из Атлантики распространяются на восток по траектории вдоль северной границы России. В это время года снежный покров занимает большую часть территории России, поэтому хорошо развитые атлантические циклоны, попадая на заснеженную территорию, быстро теряют свою интенсивность и заполняются, не уходя далеко на восток. Этому способствует однородное распределение температуры воздуха на континенте,
С наступлением апреля в западной части России граница снежного покрова значительно смещается к северу и оказывается параллельной траекториям атлантических циклонов. Возникающие на этой границе контрасты температуры способствуют поддержанию циклонической деятельности, что выражается в распространении на восток областей пониженного давления, которые характеризуются большим числом дней в месяце с давлением менее 1005 гПа, Эти области в некоторые годы распространяются на Таймыр и объединяются с аналогичной областью у берегов Чукотки.
Естественно, в разные годы описанная картина не одинакова. Это связано с разнообразием глобальных циркуляционных процессов в зимний период (декабрь — февраль), в результате чего формируется снежный покров на территории России. Качественный анализ карт снежного покрова и карт числа дней с циклонами показал, что за 1966—1990 гг. в 83% случаев вышеописанная картина четко проявляется. Типичная ситуация представлена на рис. 1. Следует заметить, что барическое поле Северного полушария неоднократно изучалось многими исследователями. Используемая методика оценки циклоничности дает результаты, совпадающие с общеизвестными фактами, что, возможно, говорит о репрезентативности использованного материала.
Анализ данных о распределении снежного покрова в Северном полушарии
Данные о распределении границы снежного покрова в Северном полушарии за 24 года (1971—1994 гг.) были проанализированы с привлечением рассчитанного числа дней в месяце с давлением р0 < 1005 гПа. Визуальный анализ карт положения границы снежного покрова по двум комплектам данных (для марта и апреля) показал, что в большинстве случаев отмечается хорошее совпадение положения этой границы и областей циклогенеза. Однако отмечаются годы, когда общее правило нарушается. Эти случаи требуют особого изучения.
Для получения конкретных заключений о существовании связи между рассматриваемыми объектами была проведена следующая обработка данных, На построенных картах в зонах между меридианами, отстоящими друг от друга на 30°, было вычислено среднее южное положение границы снежного покрова в градусах географической широты и максимальное число дней с циклонами, наблюдавшимися в каждой зоне. Для рассматриваемых месяцев были построены две матрицы размером 24x12, где по
а)
1 2 3 Ь 5 £ 7 8 9 10 11 12
Рис. 1. Распределение числа дней с давлением менее 1005 гПа (изолинии) и площадь, покрытая снегом (серый фон), в марте (а) и апреле (б) 1972 г.
Цифрами обозначены номера 30-градусных долготных зон,
строкам помещены широта положения границы'снежного покрова 5„ у или максимальное число циклонов ; в каждой зоне п (п = 1, 12), а по столбцам — годы ] (] = 1, ..., 24).
Осреднив обе матрицы по ], получим средние за все годы значения 5П и 2П, которые графически представлены на рис. 2. В среднем за все годы при переходе от марта к апрелю в областях исландского и алеутского минимумов максимальное число дней с циклонами уменьшается на 5—7 дней, что указывает на ослабление в этих областях генерации циклонов. Связь между Б„ и 2П в марте выражается коэффициентом корреляции Я = 0,81, а в апреле — 0,55, Для междумесячных разностей ¿5„ и <ШЯ Я = 0,84. Эти оценки говорят о существовании климатической связи положения границы снежного покрова с циклонической активностью в Северном полушарии в весенний период.
Проведем более детальный анализ. Рассмотрим следующие взаимно корреляционные матрицы, построенные из матриц 15^1 и \2П)\:
— для марта и апреля соответственно 2)ъ и К(8,2)4;
— между разностями 5 и 2 в марте и апреле с12);
— для 5 в марте и 2 в апреле 24).
Все четыре корреляционные матрицы представлены в табл. 1—3 соответственно. Следует заметить, что для 5 в зонах 1, 2, 5, 6, 12 корреляция не вычислялась, так как положение границы снежного покрова в них не менялось во все годы. В таблицах выделены значения К > 0,30.
Рассмотрим корреляционную матрицу Л(5,2)ъ для марта (табл. 1а). Элемент 2Х характеризует интенсивность циклонической активности в области алеутского минимума и имеет наилучшую связь (Я = 0,51) с грани-
еут
2 3 <* 5 6 7 Номер зоны
9 10 11 12
Рис. 2. Распределение в 30-градусных долготных зонах в марте (/) и апреле (2) числа дней с давлением менее 1005 гПа (а) и границы снежного покрова (б, град ш.).
Таблица 1
Корреляционная матрица между положением границы
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.