УДК 551.526,6(265-062.5)
Об определении явлений Эль-Ниньо и Ла-Нинья
М. А, Петросянц*, Д. Ю. Гущина*
Детально изучена структура аномалий температуры поверхности океана (АТПО) в области Niño 3 экваториальной части Тихого океана для обоснования их использования в качестве критерия при выделении событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья в непрерывном ряду данных об АТПО за 1948—1997 гг. Показано, что наиболее реалистичным пороговым значением АТПО для выделения Эль-Ниньо в области Niño 3 является АТПО i 0,5°С, а явления Ла-Нинья — АТПО á -0,5"С. Предложенный способ определения этих явлений позволил выделить в ряду данных об АТПО в районе Niño 3 с 1948 по ¡997 г. 13 событий Эль-Ниньо и 18 Ла-Нинья. Показано, что распределение аномалий ТПО в исследуемой области не соответствует нормальному, поэтому эмпирическая вероятность появления Ла-Нинья в 1,7 раза больше, чем вероятность появления Эль-Ниньо, хотя это может быть свойственно только используемой в настоящей работе выборке. Рассмотрены также взаимосвязи между явлениями Эль-Ниньо и Ла-Нинья и особенностями глобальной циркуляции атмосферы.
Введение
Несмотря на множество работ, посвященных явлению Эль-Ниньо (см., например, [12]), в хронологии как событий Эль-Ниньо, так и JIa-Нинья наблюдаются многочисленные разночтения. Например, сравнивая ряд сильных и умеренных явлений Эль-Ниньо по Квинну и др. (1978 г.), приведенный в [7, 9], с рядом Центра климатических прогнозов США [2], можно видеть, что в первом ряду пропущены случаи Эль-Ниньо в 1923, 1932, 1951, 1969 гг., а во втором ряду это явление не отмечено в 1912, 1919, 1926, 1929, 1958 и 1973 гг.
Если сопоставить данные о Эль-Ниньо Центра климатических прогнозов США с данными об аномалиях температуры поверхности океана (АТПО) в области Niño 3 (5° с. ш. — 5° ю. ш.; 150° в. д. — 90° з. д.) в июле, которые приведены в докладе Дж. Шуклы [11], то несогласованность увеличивается — в ряду Центра климатических прогнозов США не отмечены явления Эль-Ниньо в 1940, 1944, 1963, 1968, 1983, 1987, 1993 гг. и указаны 1941 и 1994 гг. с отрицательными АТПО в июле. То же относится и к рядам данных о явлении JIa-Нинья — оно не указано в 1908, 1922, 1933, 1942, 1949, 1954, 1978 и 1985 гг. и ошибочно отнесено к 1904, 1915, 1917 гг. (с положительными АТПО в июле) и 1995 г. (с близкой к нулевой отрицательной аномалией ТПО).
* Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
Неопределенность в дате начала Эль-Ниньо вызывает некоторые трудности при исследовании дальних связей этого явления и гидрометеорологических явлений. Например в [3] ищутся связи характеристик атмосферы и океана в атлантико-европейском регионе с явлениями Эль-Ниньо и JIa-Нинья с использованием АТПО в районе Niño 3 в январе в годы, следующие за годами, указанными в хронологии Центра климатических прогнозов США, как годы Эль-Ниньо, т. е. в январи, приходящиеся, как правилу на заключительную фазу этого явления [2]. Вероятно, такой подход правилен, поскольку он вносит определенность во время появления Эль-Ниньо и JIa-Нинья, Но он страдает тем недостатком, что пропускает эти явления малой продолжительности внутри года, не включающие январь. А такие случаи существуют, например, Эль-Ниньо 1963 г. и Ла-Нинья 1978 г.
Главные причины таких разночтений, по-видимому, кроются в разных определениях осуществления события Эль-Ниньо (Ла-Нинья), принятых разными авторами. Мы не останавливаемся здесь на этих определениях, отсылая читателя к статье Г. В. Грузы и др. [2], в которой содержится превосходный обзор определений Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Упомянем только, что широко распространен прием определения осуществления этих явлений по знаку индекса южного колебания (ИЮК). Хотя между температурой поверхности экваториальной части Тихого океана в период явлений Эль-Ниньо (Ла-Нинья) и ИЮК существует тесная отрицательная корреляция, все же коэффициент корреляции не равен единице, и поэтому возможны неточности в определении времени наступления Эль-Ниньо (Ла-Нинья) даже в этом случае.
Все эти разночтения в хронологии Эль-Ниньо (Ла-Нинья) несомненно влияют на поиски дальних связей между этими событиями и особенностями циркуляции, а также климатическими аномалиями. Естественно, что это замечание не относится к дальним связям, полученным по непрерывному ряду АТПО в экваториальной части Тихого океана, но оно имеет непосредственное отношение к анализу временных рядов, составленных конкретно из месяцев Эль-Ниньо и Ла-Нинья [6]. Поскольку Эль-Ниньо (Ла-Нинья) — это явление в поле температуры воды в экваториальной части Тихого океана, задача данной работы состоит в том, чтобы изучить структуру аномалий ТПО, а затем обосновать критерий (порог) выделения событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья в непрерывном ряду аномалий ТПО в области NiHo 3.
Данные
В работе использованы среднемесячные значения АТПО, осредненные по области Niño 3, вычисленные относительно среднего годового хода за период с 1948 по 1997 г. Данные о ТПО взяты из массива NCEP/NCAR Reanalysis [8, 10]. Этот ряд данных содержит всего 600 месяцев, что, конечно, недостаточно для получения надежных статистических дальних связей, но для изучения структуры АТПО в районе Niño 3 его можно использовать.
Результаты анализа
Прежде всего, рассмотрим распределение аномалий ТПО по величине. На рис. 1 приведена гистограмма повторяемости аномалий ТПО в области
131
8.8
5.6
2.6
1.0
1.5
10
8.6
7.3
7.3
4.0
5.1
2.8
[т]01рр10:ш0.3|^|0.20.2
-1,9 -1,5 -1,1 -0,1 '0,3 0,1 0,5 0,3 1,3 1,1 1,1 1,5 2,9 ЗЗАТЛСГС
Рис. 1. Гистограмма повторяемости аномалий температуры поверхности Тихого океана в области Niño 3.
Niño 3 по интервалам 0»2°С. Видно, что распределение не соответствует нормальному: на интервал -0,1 °С < АТПО < 0,1 °С приходится всего 7,3%, а наибольшая повторяемость (13,6%) отмечается для интервала -0,5°С < ATOO < -03°С. Распределение также является несимметричным: наименее часто встречающиеся минимальные значения АТПО попадают в интервал -1,9°С < АТПО < -1,7°С, в то время как наименее часто встречающиеся наибольшие положительные АТПО — в интервал 3,3°С < АТПО < 3,5°С. Если принять за порог осуществления явления JIa-Нинья АТПО < -0,5°С, то оно может появиться в 33,7% случаев всего ряда, а Эль-Ниньо при пороге АТПО > 0,5°С — только в 19,5%, т. е. эмпирическая вероятность появления Ла-Нинья в 1,7 раза больше, чем вероятность появления Эль-Ниньо. В целом область Niño 3 в 58,3% случаев занята отрицательной аномалией ТПО, а положительной — только в 41,7%. Вполне возможно, что это распределение свойственно только рассматриваемой выборке (1948—1997 гг.). Однако другими данными мы не располагаем.
Рассмотрим, как меняется число и продолжительность событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья, если выбирать различные пороговые значения АТПО и считать, что если оно достигнуто и превзойдено, то событие осуществилось. При этом, по-видимому, сразу следует условиться, что, если пороговое значение АТПО превзойдено только в одном месяце, то это не Эль-Ниньо (Ла-Нинья), и такие случаи исключаются из числа событий.
В табл. 1 приведена хронология событий Эль-Ниньо с 1948 по 1997 г., выделенных по трем разным пороговым значениям АТПО: >0,4°С, >0,5°С и >0,6°С, а в табл. 2 — хронология событий Ла-Нинья за тот же период при пороговых значениях АТПО < -0,4°С, <-0,5°С и < -0,6°С.
Из данных табл. 1 следует вполне естественный вывод — уменьшение пороговых значений АТПО для определения месяца начала Эль-Ниньо 26
Таблица 1
Хронология явлений Эль-Нииьо с 1948 по 1997 г„ определенных по разным пороговым значениям АТПО
АТПО а 0,4°С АТПО > 0,5°С АТПО > 0,
Начало Конец Продолжитель- Среднее значение Начало Конец Продолжитель- Среднее значение Начало Конец Прс
(месяц, год) (месяц, год) ность, мес АТПО, °С (месяц, год) (месяц, год) ность, мес АТПО, "С (месяц, год) (мимщ, год)
VII 1951 XI 1951 6 0,52 VII1951 VII1951 i 0,51
X 1951 X 1951 i 0,72 X 1951 X 1951
V 1957 IV 1958 12 0,91 VI1957 III1958 10 1,00 VI1957 III 1958
VI1963 11964 8 0,75 VII1963 XII 1963 6 0,83 VII 1963 XII 1963
V 1965 II1966 10 0,92 VI1965 I 1966 8 1,03 VII 1965 11966
XI1968 VI1969 8 0,65 XI1968 VI 1969 8 0,65 XII1968 V 1969 III 1969 VI1969
VIII1969 11970 8 0,68 IX 1969 11970 7 0,72 IX 1969 11970
V 1972 III 1973 11 1,18 V 1972 II 1973 10 1,23 VI1972 II1973
VII1976 II1977 8 0,75 VII 1976 11977 7 0,78 VIII1976 I 1977
IX 1979 X 1979 2 0,61 IX 1979 IX 1979 1 0,75 IX 1979 IX 1979
XII 1979 I 1980 2 0,43
V 1982 IX 1983 17 1,66 V 1982 VIII1983 16 1,73 V 1982 VIII1983
IX 1986 11988 17 1,07 X 1986 I 1988 16 1,11 XI1986 XII1987
V 1991 VIH 1991 4 0,71 V 1991 VII 1991 3 0,80 V 1991 VII1991
X 1991 VI1992 9 1,06 X 1991 V 1992 8 1,14 X 1991 V 1992
III1993 VI 1993 4 0,87 III 1993 VI1993 4 0,87 IV 1993 VI1993
X 1994 II 1995 5 0,67 XI1994 II 1995 4 0,71 XI 1994 11995
V 1997 XII1997 8 2,51 V 1997 XII1997 8 2,51 V 1997 XII1997
-J
увеличивает продолжительность этого явления, как правило, на 1—2 месяца и уменьшает значение средней АТПО, Также видно, что при пороговом значении >0,4°С встречаются периоды, когда при 0,4°С < АТПО < 0,5°С в одном или двух месяцах АТПО > 0,5°С или в одном месяце АТПО > 0,6°С. Именно к такому случаю относится период июль — ноябрь 1951 г., который при пороговом значении АТПО > 0,4°С будет отнесен в Эль-Ниньо, а при двух других пороговых значениях — не будет.
Данные табл. 1 показывают, что наблюдался еще более трудный случай определения Эль-Ниньо в 1979 г., когда в сентябре и октябре 1979 г. и декабре 1979 г. — январе 1980 г. АТПО была >0,4°С, но при этом в ноябре 1979 г. она была меньше 0,4°С. В то же время при других пороговых значениях этот случай явно не входит в число Эль-Ниньо. Нужно отметить также, что из табл. 1 исключен один случай, в котором АТПО > 0,4°С наблюдалась только в одном месяце.
Таким образом при пороговом значении АТПО > 0,4°С определение Эль-Ниньо затруднительно. Рассматривая два других пороговых значения АТПО, нужно отдать предпочтение пороговому значению >0,5°С, поскольку при его использовании обеспечивается непрерывность периода Эль-Ниньо. В ц
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.