УДК 551.513.7:551.524.3<<324>> (4-11)
Циркуляционные индексы и температурный режим Восточной Европы в зимний период
А. Б. Полонский*, И. А. Кибальчич**
Анализируется влияние основных пространственно-временных мод в системе океан — атмосфера Северного полушария, характеризующих межгодовую изменчивость, на аномалии приземной температуры воздуха Восточной Европы и в странах Причерноморья в зимний период. По данным реанализа NCEP и стандартных метеорологических наблюдений за 1950— 2012 гг. c использованием метода композитов показано, что максимальное влияние на аномалии среднемесячной температуры воздуха в северо-западной части региона оказывает североатлантическое колебание, а в восточной части — скандинавское. Типичные аномалии среднемесячной температуры, обусловленные этими модами, достигают 4—5°С. В Черноморском регионе преобладает влияние восточно-атлантического и восточно-атлантического — западно-российского колебаний. Обусловленные ими среднемесячные региональные аномалии температуры воздуха достигают 2—2,5°С. Положительные фазы североатлантического и восточно-атлантического колебаний, описывающих интенсивность зональной атмосферной циркуляции, сопровождаются положительными аномалиями приземной температуры на большей части Восточной Европы, а скандинавского и восточно-атлантического — западно-российского колебаний, связанных с антициклоническим блокированием, — отрицательными. Экстремальные отрицательные аномалии температуры в январе и феврале чаще всего отмечаются при совпадении отрицательной фазы восточно-атлантического колебания и положительной фазы скандинавского колебания, а экстремально большие положительные аномалии — при сочетании положительной фазы восточно-атлантического и отрицательной фазы скандинавского колебания.
Ключевые слова: аномалия температуры воздуха, межгодовая изменчивость температуры воздуха, североатлантическое, восточно-атлантическое и скандинавское колебания.
1. Введение
Различные данные наблюдений указывают на наличие в системе океан — атмосфера короткопериодных вариаций климатических параметров с типичной периодичностью от 2 до 10 лет [7, 10]. Такие вариации (или климатические сигналы) представляют собой один из основных объектов исследования, поскольку они определяют межгодовую изменчивость гидрометеорологических полей на глобальном и региональном масштабах. В течение последних нескольких десятилетий в Северном полушарии было выделено несколько мод такой низкочастотной изменчивости. Показано, что эти моды через связанные с ними
*Морской гидрофизический институт; e-mail: apolonsky5@mail.ru.
**Одесский государственный экологический университет, Украина.
волны Россби, изменения режима циклогенеза и антициклонического блокирования оказывают удаленное влияние на климат в определенных районах Евразии, Северной Америки и Гренландии. В качестве меры изменчивости таких мод обычно используют циркуляционные индексы, которые рассчитывают на основании разложения полей давления (или геопотенциала) на эмпирические ортогональные функции (ЭОФ). Для выделения главных компонентов обычно привлекают поля приземного давления или поля высоты геопотенциала изобарических поверхностей 1000, 700 и 500 гПа [5, 9, 10, 16, 21].
Авторы работы [10] выполнили процедуру разложения полей геопотенциала изобарической поверхности 500 гПа, полученных по ежемесячным архивным данным для Северного полушария с начала ХХ в., на эмпирические ортогональные функции. Они выделили несколько устойчивых мод, проявляющихся в поле давления во внетропических широтах. Основные из них следующие: североатлантическое колебание (САК), восточно-атлантическое колебание (ВАК), скандинавское колебание (СК), восточно-атлантическое — западно-российское колебание (ВАЗРК).
Отметим, что все эти моды приурочены к Атлантико-Европейскому региону и проявляются в региональных полях основных гидрометеорологических величин. В настоящей работе рассмотрены структура и особенности этих климатических сигналов в поле температуры зимой (с декабря по март) для территории Восточной Европы и Причерноморья. Анализ проводился для холодного периода, поскольку в это время атмосфера наиболее активна и динамически неустойчива, поэтому проявление отдельных режимов изменчивости метеорологических величин и удаленные связи выражены наиболее четко [2, 6, 9, 10].
Из перечисленных мод североатлантическое колебание исследовано наиболее подробно. Как известно, на многолетних картах приземного поля давления в Северной Атлантике выделяются два центра действия атмосферы: исландский минимум (область пониженного давления) и азорский максимум (субтропический антициклон). Квазисинхронные низкочастотные колебания разности давления в азорском максимуме и исландском минимуме, определяющие интенсивность западного переноса в средних широтах и погоду над Европейским континентом, называют североатлантическим колебанием. В качестве количественной характеристики этого колебания ранее использовали индекс САК — нормированную разность приземного давления на одной из гидрометеорологических станций на Азорских о-вах (чаще всего Понта-Делгадо) или в Лиссабоне и на одной из станций в Исландии (Рейкьявик или Стиккисхоульмюр). Вместе с тем это колебание проявляется как первый главный компонент в поле геопотенциала в нижней и средней внетропической тропосфере Северного полушария в зимний период. Поэтому в настоящее время чаще употребляется другое определение САК, которое связывает это колебание с временным коэффициентом при соответствующей пространственной моде, полученным в результате разложения поля давления (или геопотенциала) на ЭОФ [2, 5—10, 16, 20]. Это приводит к значимой корреляции индексов САК и арктического колебания (АК). Последнее также определяется как первая ЭОФ приземного давления в Северном полушарии включая окрестность Северного полюса, поэтому его пространственно-временная структура очень близка к структуре САК [3, 9, 14, 21].
Значительное число исследований посвящено влиянию САК на формирование аномалий гидрометеорологических полей Евразии включая территорию
Восточной Европы (например, [2, 5, 6, 8—10, 16, 20]). Большинство опубликованных результатов принципиально согласуются между собой, различаясь в основном в деталях, что обусловлено использованием разных типов данных за разные периоды и методическими причинами. В данной работе будут представлены результаты анализа влияния разных атмосферных колебательных режимов на температурный режим Восточной Европы и Причерноморья в холодный период года по сравнению с влиянием хорошо изученного североатлантического колебания.
Одна из основных ортогональных мод в поле геопотенциала Северного полушария получила название восточно-атлантическое колебание. Это колебание (по аналогии с САК) наиболее выражено в зимний период, хотя проявляется в поля давления Атлантико-Европейского региона во все сезоны. Так же как и в случае с САК, пространственная структура ВАК представлена диполем в поле геопотенциала Северной Атлантики. Однако центры ВАК смещены на юго-восток по отношению к центрам САК. По этой причине восточно-атлантическое колебание иногда интерпретируется как "сдвинутый на юг" режим САК, характеризующий интенсивность зональной циркуляции. Тем не менее оно представляет собой независимую от североатлантического колебания ортогональную моду в поле давления с наиболее выраженным южным центром, поэтому ВАК — это, в первую очередь, субтропическая мода, определяемая процессами взаимодействия океана с атмосферой в восточной части Северной Атлантики. Именно эта тесная связь с субтропиками определяет главное отличие восточно-атлантического колебания от североатлантического.
Временная структура этого колебания характеризуется индексом ВАК, который представлен соответствующим временным коэффициентом в разложении поля давления на ЭОФ. Иногда индекс ВАК рассчитывается как нормированная разность аномалий в поле геопотенциала между двумя центрами (полюсами) колебания. Во временном ходе индекса выделяют положительную и отрицательную фазы. Во время положительной фазы ВАК наблюдаются повышение приземной температуры воздуха над большей частью Европы и дефицит осадков в Южной Европе. При этом в Северной Европе и Скандинавии отмечаются противоположные тенденции.
Важно подчеркнуть, что восточно-атлантическое колебание определяет интенсивность зональной циркуляции атмосферы в субтропической зоне не только Атлантико-Европейского сектора, но и в большем широтно-долготном диапазоне. Именно поэтому выявлена связь ВАК с содержанием озона в нижней стратосфере и продолжительностью зимнего сезона на всем Европейском континенте. Так, авторы работы [18] показали, что восточно-атлантическое колебание влияет на концентрацию озонового слоя в стратосфере в весенний период (март и апрель). Кроме этого, ими определено, что во время отрицательной фазы ВАК наблюдается уменьшение концентрации озона над большей частью Европы на 5—10 е. Д., а во время положительной — ее увеличение. В другом исследовании показано, что индекс ВАК хорошо коррелирует с высотой и продолжительностью залегания снежного покрова на территории Центральной Европы [11].
Совместное влияние североатлантического и восточно-атлантического колебаний на режим некоторых гидрометеорологических полей Евразии исследовано в работах [1, 4]. В них показано, что эти два колебания в целом описывают
изменчивость интенсивности зональной циркуляции в Европейском регионе. Сочетание определенных фаз САК и ВАК сопровождается максимальными термическими аномалиями в этом регионе.
Скандинавское колебание сначала было названо Барнстоном и Ливзи первой евразийской модой (или модой Евразия-1, см. [10]). Позднее, поскольку главный центр в пространственной структуре соответствующей ЭОФ в разложении поля геопотенциала расположен над Скандинавским п-овом в районе с координатами 60—70° с. ш., 25—50° в. д., она была переименована в скандинавское колебание. Другие, более слабые, центры выделяются в Северо-Восточной Атлантике, на европейской территории России и в Центральной Сибири. Положительная фаза скандинавского колебания св
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.