научная статья по теме ВЛИЯНИЕ АТЛАНТИЧЕСКОГО ДОЛГОПЕРИОДНОГО КОЛЕБАНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ АНОМАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В РЕГИОНАХ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ ПО МОДЕЛЬНЫМ РАСЧЕТАМ Математика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ АТЛАНТИЧЕСКОГО ДОЛГОПЕРИОДНОГО КОЛЕБАНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ АНОМАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В РЕГИОНАХ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ ПО МОДЕЛЬНЫМ РАСЧЕТАМ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 459, № 6, с. 742-745

= ГЕОФИЗИКА =

УДК 551.581.1

ВЛИЯНИЕ АТЛАНТИЧЕСКОГО ДОЛГОПЕРИОДНОГО КОЛЕБАНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ АНОМАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В РЕГИОНАХ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ ПО МОДЕЛЬНЫМ РАСЧЕТАМ

© 2014 г. В. А. Семенов, Е. А. Шелехова, член-корреспондент РАН И. И. Мохов, член-корреспондент РАН В. В. Зуев, К. П. Колтерманн

Поступило 04.07.2014 г.

Б01: 10.7868/80869565214360213

Получены оценки влияния Атлантического долгопериодного колебания (АДК) на формирование аномальных региональных режимов приповерхностной температуры и осадков. При анализе использованы результаты численных экспериментов с совместной моделью общей циркуляции атмосферы (МОЦА) ЕСНАМ5 и перемешанного слоя океана с учетом связанных с АДК аномалий потоков тепла в океане. Отмечено, что помимо влияния на средние значения аномальные потоки тепла могут приводить к увеличению более чем вдвое вероятности формирования режимов с аномально низкой приповерхностной температурой зимой и аномально высокой температурой летом в регионах Северной Евразии. При этом выявлено увеличение в 2—3 раза вероятности аномальных осадков в Западной Сибири зимой и летом.

По данным наблюдений во внетропической части Атлантического океана в Северном полушарии отмечены значительные долгопериодные колебания температуры поверхности океана с характерным периодом 60—70 лет — АДК [1]. Климатические модели способны воспроизводить такие колебания, которые связаны с изменениями

Институт географии Российской Академии наук, Москва Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской Академии наук, Москва Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Helmholtz Centre for Ocean Research (GEOMAR), Kiel, Germany

Институт мониторинга климатических и экологических систем

Сибирского отделения Российской Академии наук, Томск

Московский физико-технический институт (государственный университет), Долгопрудный Московской обл.

меридионального океанического круговорота в Северной Атлантике и соответствующими изменениями океанического переноса тепла из низких широт в высокие [2]. Период с 1970-х до начала 2000-х годов характеризовался переходом АДК от отрицательной фазы к положительной на фоне глобального потепления.

Анализ эмпирических данных и результатов модельных экспериментов показал, что АДК может оказывать существенное влияние на изменение температуры, осадков, давления в Северном полушарии, изменение площади арктических морских льдов [3—5]. В то же время в оценках влияния АДК на глобальные и региональные климатические изменения до сих пор существуют значительные неопределенности, связанные с относительно коротким периодом инструментальных наблюдений и проблемами с воспроизведением наблюдаемых характеристик АДК в климатических моделях.

Согласно анализу пространственно-временной структуры аномальных турбулентных потоков тепла на нижней границе атмосферы, связанных с экстремумами АДК в XX в., наряду с аномальными потоками в Северной Атлантике [6] проявляются аномальные значения потоков в атлантическом секторе Арктики, наиболее значительные в зимний период. Эти аномалии главным образом связаны с изменениями границ морских льдов, вызванными вариациями океанического притока тепла [4, 7]. Учет аномальных потоков тепла из океана в атмосферу, связанных с АДК в Арктике, приводит к новым оценкам вклада АДК в изменения климата в последние 30 лет [7]. Эти оценки примерно вдвое превышают полученные ранее результаты [8] и составляют около половины наблюденных температурных изменений в период перехода АДК от отрицательной к положительной фазе (1978—2007 гг.).

Аномальные потоки тепла из океана в атмосферу, связанные с АДК, должны оказывать влия-

ВЛИЯНИЕ АТЛАНТИЧЕСКОГО ДОЛГОПЕРИОДНОГО КОЛЕБАНИЯ

743

ние не только на средние значения климатических характеристик, но и на соответствующие функции распределения вероятности. Это может приводить к формированию аномальных погодных режимов и при отсутствии изменений средних значений. Начало XXI в., совпавшее с положительной фазой АДК, сопровождалось рядом погодно-климатических аномалий в различных регионах Земли. В последние десятилетия отмечается рост продолжительных (порядка месяца) устойчивых погодных аномалий, связанных с блокирующими антициклонами. В том числе было отмечено увеличение вероятности формирования аномально холодных режимов в зимний период. В последние годы наблюдались волны жары очень большой амплитуды, например, в Западной Европе в 2003 г. и на европейской территории России в 2010 г. Согласно модельным расчетам [9], подобные аномалии ожидаемы в связи с увеличением общей продолжительности блокирующих антициклонов при глобальном потеплении. Связь отмеченных экстремальных событий с различными факторами естественной климатической изменчивости и антропогенными изменениями климата анализировалась, например, в [10-13].

В данной работе проведен анализ изменений вероятности возникновения аномальных отклонений среднемесячной температуры и осадков зимой (в феврале) и летом (в июле) по результатам численных модельных экспериментов. Выбор конкретных месяцев связан с аномально высокой приповерхностной температурой на европейской территории России в июле 2010 г. [12] и аномальными морозами в феврале 2006 г. и 2012 г. [11, 13].

Для оценки отклика глобальной климатической системы на аномальные потоки тепла, связанные с АДК, анализировали результаты экспериментов с МОЦА ЕСНАМ5 с блоком верхнего перемешанного слоя океана (50 м). Используемая версия МОЦА имеет спектральное горизонтальное разрешение Т31 (примерно 3.85° х 3.85° по широте и долготе) и 19 вертикальных уровней. Несмотря на относительно низкое пространственное разрешение модели она способна реалистично воспроизводить главные моды естественной климатической изменчивости и климатические тренды [14]. Термодинамический режим океана определялся уравнением баланса тепла для его однородного слоя с предписанным полем конвергенции океанического потока тепла.

Для моделирования эффекта АДК использовали дополнительные (аномальные) океанические притоки тепла, соответствующие переходу АДК от отрицательной к положительной фазе. Эти притоки определялись в рамках контрольного численного эксперимента с совместной моделью общей циркуляции атмосферы, океана и морского льда ЕСНАМ5/МР1-ОМ, реалистично воспро-

изводящей АДК [7]. Наряду с численным экспериментом, воспроизводящим современный климат (контрольный эксперимент), анализировали эксперимент (1) с аномальными потоками тепла в Атлантике и Арктике и эксперимент (2) с аномальными потоками только в Арктике, позволяющий оценить связанные с АДК эффекты арктического потепления и сокращения площади морских льдов (см. также [7]). Суммарный годовой вклад аномальных потоков тепла составляет 0.09 ПВт и 0.05 и 0.04 ПВт для численных экспериментов 1 и 2 соответственно. Длительность каждого численного эксперимента составляла 100 модельных лет.

Аномальные режимы определяли как 5%-й и 95%-й квантили функций распределения вероятности среднемесячной температуры и осадков по результатам контрольного численного эксперимента. Анализировали изменения вероятности событий в экспериментах 1 и 2 (для температуры и осадков в феврале и июле) со значениями ниже 5%-го или выше 95%-го квантилей распределения в контрольном эксперименте соответственно.

На рис. 1 приведены изменения вероятности (только для континентов) формирования аномально низких температур в феврале (рис. 1а, б) и аномально высоких температур в июле (рис. 1в, г) для экспериментов 1 и 2. Контурами показаны соответствующие изменения среднемесячных температур. Аномальные потоки в Атлантике и Арктике в эксперименте 1 приводят к увеличению в 2-3 раза вероятности появления аномально низких температур в регионах Европейской территории России, Западной Сибири и Дальнего Востока. Увеличение вероятности аномально холодных февралей происходит несмотря на повышение средней температуры на 0.5-1°С на Европейской территории России и до 0.5°С в Западной Сибири. Сравнение результатов экспериментов 1 и 2 (рис. 1а и 1б) показывает, что основное влияние на возникновение аномально низких температур в Евразии оказывает появление аномальных потоков в Арктике. Подобные результаты были получены при моделировании отклика атмосферы на уменьшение концентрации морских льдов в Арктике от 1970-х годов к первому десятилетию XXI в. [15]. Следует отметить, что увеличение вероятности формирования аномально низких температур в феврале происходит в модели на фоне увеличения индекса Северо-Атлантического колебания [7], что связано с увеличением средне-зимних температур над Северной Евразией.

Воздействие АДК приводит в модели к увеличению (в 3 раза и более) вероятности аномально высокой температуры и июле в обширных регионах Евразии (рис. 1в, г). Наибольшее увеличение вероятности аномально жарких режимов в июле

744

СЕМЕНОВ и др.

с.ш.

50 100 200

Рис. 1. Изменения вероятности (в %) формирования аномально низкой среднемесячной температуры (меньше, чем 5% квантили функции распределения плотности вероятности для контрольного численного эксперимента) в феврале (а, б) и аномально высокой среднемесячной температуры (больше, чем 95% квантили) в июле (в, г). Контурами (через 0.5°С) отмечены соответствующие изменения среднемесячных значений температуры.

с.ш.

50 100 200

Рис. 2. Изменения вероятности (в %) формирования аномально сильных среднемесячных осадков (больших, чем 95% квантили функции распределения плотности вероятности для контрольного численного эксперимента) в феврале (а, б) и июле (в, г).

ВЛИЯНИЕ АТЛАНТИЧЕСКОГО ДОЛГОПЕРИОДНОГО КОЛЕБАНИЯ

745

отмечено в северо-восточной части Европы и восточной части Сибири. Следует отметить, что заметные изменения вероятности экстремальных режимов отмечаются на фоне относительно небольших изменений средней температуры (порядка 0.5°С). Воздействие аномальных потоков только в Арктике приводит к менее существенным изменениям вероятности аномально высокой температуры (как и средних значений), что указывает на существенную роль аномальных потоков в Атлантике в летни

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