Об "арктических" и "атлантических" механизмах, контролирующих изменчивость температуры воздуха в регионе Европы и северо-западной АзииКлиматПросмотров: 188Комментарии: 03 февраля 2022 г.
Исследование связей между климатическими элементами Европы и Арктики показало, что существуют значительные корреляции между изменениями атмосферного давления в атлантической части Арктики и температурой воздуха в Северной Европе и СЗ Азии. Наиболее сильные корреляции наблюдаются между изменениями давления над относительно небольшой площадью атлантической части Арктики (72,5 — 80,0° с.ш., 10,0 — 25,0° в.д.), кроме того, точка, над которой изменения давления объясняют большую часть изменений температуры воздуха, расположена на 75,0° с.ш., 015,0° в.д.. Давление в этой точке далее обозначается как P[75,15] с индексом, обозначающим месяц (например, P[75,15]03 обозначает среднее давление в марте, а P[75,15]01-03 определяет среднее давление в этой точке с января по март). Над атлантической частью Арктики в пределах области давления нет выраженного климатического центра, который можно было бы рассматривать как центр атмосферной активности.
В исследовании использовались месячные ряды значений SLP (реанализ: набор NOAA.NCEP-NCAR. CDAS-1.MONTHLY.Intrinsic.MSL.pressure) и значения месячной температуры воздуха с 211 станций. Период наблюдений, общий для обоих элементов, охватывает 50 лет, т.е. период с января 1951 по декабрь 2000 года.
Характер корреляций между P[75,15] и температурой воздуха в последующие месяцы, с июня по май, и их пространственное распределение представлены на картах изокорреляций. Изменения силы корреляций между P[75,15] и температурой воздуха над Европой и СЗ Азией образуют четкий годовой цикл, прерывающийся в июне. В июне корреляции между P[75,15] и температурой воздуха становятся очень слабыми и не значительными на большей части территории и не непрерывными в пространстве. В течение месяцев после июня эти корреляции становились все сильнее и сильнее, достигая максимума в холодное время года (с ноября по апрель). Этот максимум находится в регионе, прилегающем к Балтийскому морю, где годовые и зимние (01-03) изменения P[75,15] объясняют от более чем 60% до 50% годовых вариаций температуры. Наиболее сильная корреляция между P[75,15] и температурой воздуха в Сибири наблюдается к северу от Байкала, где зимние (01-03) изменения P[75,15] объясняют 43-45% годовых вариаций температуры. В конце холодного сезона в регионе Сибири наблюдается заметная задержка снижения силы корреляции по отношению к европейскому региону (в Европе после марта, в Сибири после апреля).
Изменчивость зимних и годовых значений давления на 75° с.ш., 015° в.д. также указывает на относительно сильные корреляции с изменчивостью температуры самого теплого месяца в году в западном и центральном регионе Европы. Годовая изменчивость P[75,15] объясняет от 40% до 30% изменчивости максимальной температуры в регионе, простирающемся от Атлантического побережья Франции до центральной Германии. Этот пояс простирается дальше на восток к Балтийскому морю. Последняя корреляция не была объяснена в данной работе.
Анализ корреляций изменений давления на 75° с.ш., 15° в.д. с NAO указывает на возникновение статистически значимых корреляций в месяцы холодного сезона в году (октябрь-март, май и июнь; табл. 2). Аналогичный анализ корреляций изменений P[75,15] с индексом AO (Arctic Oscillation) показывает сильные и высоко статистически значимые корреляции во все месяцы года с максимумом в январе и феврале. Годовые изменения P[75,15], т.е. давления в одной точке, объясняют 73% годовой изменчивости индекса АО (r = 0.86), а зимняя изменчивость (декабрь — март) P[75,15] объясняет 78% зимней изменчивости индекса АО (r = 0.88), который является первой векторной EOF поля давления (1000 гПа), охватывающего область от 20° с.ш. до Северного полюса (90° с.ш.), то есть большую часть территории Северного полушария. Этот анализ показывает, что изменения давления в точке 75° с.ш., 15° в.д. приводят к интенсификации циклогенеза над западной и центральной частью Северной Атлантики, а последующие длинные волны (волны типа W по классификации Вангенгейма-Гирса) приводят к тому, что антициклоны, сформировавшиеся над Атлантикой, будут направляться к проливу Фрам через район Исландии. Этот процесс не имеет никакого или почти никакого отношения к форме изменчивости полярных стратосферных вихрей, которая, как предполагают Томпсон и Уоллес (1998, 2000, Thompson, Wallace, Hegerl 2000), необходима для функционирования Арктического колебания.
Появление корреляций между P[75,15] и температурой воздуха на обширных территориях от 10°W до 130°E позволяет предположить, что в этот процесс вовлечены и изменения давления в Сибирской возвышенности. Анализ показывает, что в годовом процессе изменения давления в атлантической части Арктики и в Сибирской возвышенности происходят в противоположных фазах. Барометрический градиент между Атлантической частью Арктики и Сибирской высотой становится чрезвычайно сильным в холодное время года, способствуя «перекачке» воздуха из Восточной Европы в дальнюю часть Сибири. В летний период градиент становится очень слабым, так как происходит разворот. Взаимодействие изменений давления в атлантической части Арктики и давления в регионе, расположенном дальше Байкала — Монголии, приводит к очень сильным колебаниям, которые частично можно отождествить с Евро-Азиатским колебанием (Monahan et al. 2000). В зимний сезон межгодовые изменения давления в Сибирском максимуме относительно малы и объясняют 10,4% вариаций барометрического градиента между P[75,15] и точкой 45°N, 110°E (район центра Сибирского максимума), тогда как межгодовые изменения P[75,15] объясняют 77,5% вариаций этого градиента. Это означает, что в холодное время года интенсивность переноса воздуха с запада на азиатскую сушу зависит от изменчивости давления в атлантической части Арктики.
Поскольку в месяцы холодного сезона года NAO является наиболее сильным и значимо коррелирует с изменениями P[75,15], следовательно, формируется двухэлементный, с одинаковой фазой «конвейер», который во время положительных фаз NAO переносит воздух из-за Атлантики в Европу (NAO), а затем в сторону и в Сибирь (Евро-Азиатское колебание). P[75,15] в холодные месяцы года (01-03) показывает статистически значимый отрицательный тренд (-0.153 гПа/год; p < 0.006), что позволяет утверждать, что наблюдаемое за 1951-2000 гг. повышение температуры воздуха в Сибири в значительной степени может быть связано с деятельностью описанного выше циркуляционного механизма.
Анализ причин межгодовых изменений P[75,15] показал, что существуют сильные и значимые корреляции между изменчивостью P[75,15] и более ранней изменчивостью термических условий Атлантического океана. Очень важную роль в этой связи играют термические условия трех морских районов, т.е. воды субтропической области центральной части Северной Атлантики (характеризуются аномалиями SST в сетке 34°N, 40°W в августе и сентябре), воды зоны средних широт центральной части Северной Атлантики (характеризуются аномалиями SST в августе и сентябре в сетке 54°N, 30°W) и воды Северо-Атлантического течения от подхода к Фареро-Шетландскому проходу (характеризуются аномалиями SST в январе и апреле в сетке 60°N, 10°W). Тепловое состояние этих трех участков морской воды (см. формулы [1] и [2]) объясняет 58% изменчивость P[75,15], которая будет наблюдаться в следующую зиму (DJFM). Причина описанной корреляции объясняется тем, что предыдущее термическое состояние вышеуказанных морских акваторий контролирует возникновение длинных волн типа W и E Вангенгейм-Гирса в течение следующей зимы. Далее, эти волны влияют на возникновение низких циклонов над атлантической частью Арктики в зимний период, что приводит к адекватным изменениям среднемесячного давления. В результате можно утверждать, что межгодовая изменчивость температуры воздуха над обширными территориями Европы и СЗ Азии находится под влиянием процессов, наблюдаемых над Северной Атлантикой и атлантической частью Арктики. Исследование охватывает годы 1971-2003 (аномалии SST взяты за 1970-2002) в связи с тем, что эти данные были не только доступны и надежны, но и однородны по отношению к климатологическим данным SST (набор данных CACSST (Reynolds and Roberts 1987, Reynolds 1988) и SST OI v.1. (Reynolds et al. 2002).