Циклонические центры действия атмосферы, циркуляция и климат Южной Полярной области во второй половине XX столетия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат географических наук Розанова, Ирина Владимировна

• Розанова, Ирина Владимировна
• кандидат географических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат географических наук Розанова, Ирина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ЦИКЛОНИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ ДЕЙСТВИЯ АТМОСФЕРЫ В ЮЖНОЙ ПОЛЯРНОЙ ОБЛАСТИ.

1.1 Методика и результаты определения давления в центрах и координат циклонических центров действия атмосферы в Южной полярной области.

1.2 Внутригодовая изменчивость циклопических центров действия.

1.3 Многолетняя изменчивость и взаимосвязь характеристик циклонических центров действия Южной полярной области.

1.4 Структура многолетней изменчивости.

1.5 Сравнительный анализ многолетней динамики циклонических центров действия атмосферы Северного и Южного полушарий.

ГЛАВА 2 ЮЖНО-ПОЛЯРНОЕ КОЛЕБАНИЕ.

2.1 Возможное представление индекса Южно-Полярного колебания.

2.2 Межгодовая изменчивость Южно-Полярного колебания.

2.3 Связь Южно-Полярного колебания с другими индексами атмосферной циркуляции.

2.4 Индекс Южно-Полярного колебания и повторяемость форм атмосферной циркуляции Южного полушария.

ГЛАВА 3. ЮЖНО-ПОЛЯРНЫЕ ЦИКЛОНИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ ДЕЙСТВИЯ АТМОСФЕРЫ И ДИНАМИКА РЕЖИМА ТЕМПЕРАТУРЫ И ОСАДКОВ В АНТАРКТИКЕ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX ВЕКА.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Температура воздуха.

3.3 Осадки.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ УСПЕШНОГО ОБЗОРА АНТАРКТИДЫ И ЛЕДОВОГО ПОКРОВА ПРИАНТАРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ В НАВИГАЦИОННЫЙ ПЕРИОД С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИСЗ. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ.

4.1. Постановка задачи априорной оценки вероятности успешного обзора Антарктиды и ледового покрова приантарктичсской акватории Южного океана с помощью спутниковых измерительных систем оптического диапазона.

4.2 Ледовый покров приантарктической части Южного океана в навигационный период.

4.2.1 Структура ледового покрова приантарктической акватории Южного океана в теплое полугодие.

4.2.2 Положение северной границы распространения ледового покрова в приантарктической акватории Южного океана в теплое полугодие и длительность навигационного периода.

4.3. Метод априорной оценки вероятности успешного обзора земной поверхности с помощью космических оптических систем с использованием архивов ежедневных спутниковых данных о количестве общей облачности.

4.4. Метод априорной оценки вероятности успешного обзора земной поверхности с помощью космических оптических систем по климатическим данным о количестве общей облачности.

4.5. Оценка количества пролетов ИСЗ с суточным интервалом, обеспечивающих успешность обзора поверхности Антарктики в навигационный период с вероятностью 90%.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Циклонические центры действия атмосферы, циркуляция и климат Южной Полярной области во второй половине XX столетия»

На среднемесячных картах приземного давления на земном шаре отчетливо выделяются замкнутые области низкого и высокого давления. В Северном полушарии это Исландский и Алеутский минимумы давления, Азорский и Гонолульский максимумы давления, а также Сибирский максимум, (в холодную половину года.) и Азиатская депрессия (в теплую половину года). В Южном полушарии имеются три стационарные антициклонические области, расположенные в субтропических широтах каждого из трех океанов: Атлантического, Индийского и Тихого. На юге, охватывая Антарктический континент, простирается обширная зона низкого давления, центральная часть которой располагается между 60° ю.ш. и берегом материка. В пределах этой зоны наиболее часто выделяются три области наиболее низкого давления, приуроченные к каждому из секторов Южного океана: атлантическому, индоокеанскому и тихоокеанскому.

Все упомянутые выше области, представляющие собой квазистационарные барические системы принято в настоящее время называть центрами действия атмосферы. Понятие о центрах действия атмосферы было выдвинуто Тейсерантом-де-Бором еще в конце девятнадцатого столетия. Однако по ряду причин и, в частности, потому, что введение этого понятия в то время не способствовало пониманию механизма общей циркуляции атмосферы, центрам действия атмосферы долгое время не уделялось достаточно внимания. Только начиная с 60-х годов прошлого столетия появились работы, в которых центры действия атмосферы стали рассматриваться как объекты, характеризуемые интенсивностью (величиной давления в центре) и географическим положением центра. Первьш такому анализу был подвергнут Исландский минимум давления. Несколько позднее были получены и проанализированы значения давления и координаты других центров действия атмосферы Северного полушария. В последующие годы характеристики центров действия атмосферы, в основном только для Северного полушария, рассматривались неоднократно. В самые последние годы наиболее детальные исследования центров действия атмосферы выполнены для Северной Атлантики [1,2] и Северной части Тихого океана [3].

Вместе с исследованием динамики характеристик центров действия атмосферы приходило и понимание того, что они тесно связаны с климатическими вариациями в регионах их расположения и, более того, их положение и интенсивность определяют тип и интенсивность циркуляции атмосферы в регионе. Наиболее полно это было показано на результатах исследований центров действия атмосферы в Северной Атлантике [1,4,5,6], а совсем недавно и в исследовании центров действия в северотихоокеанском регионе [3].

В Южном полушарии, за исключением Южно-Атлантического максимума давления [2], характеристики центров действия ранее не рассматривались. В то же время интенсивность этих центров и связанный с этим западно-восточный перенос в Южном полушарии выражены значительно сильнее, чем Северном. Поэтому в работе на материалах второй половины двадцатого столетия наряду с получением многолетних характеристик положения и интенсивности циклонических центров действия Южного полушария проанализирована их сезонная и многолетняя динамика. Сделана успешная попытка найти южный аналог индексу Северо-Атлантического колебания, которое по общему признанию во многом определяет характер и интенсивность циркуляции атмосферы и особенности динамики климата на большей части Северного полушария [1,3,6,7]. Получены некоторые оценки взаимосвязи характеристик многолетней динамики циклонических центров действия атмосферы в Северном и Южном полушариях с целыо выяснения причин, формирующих эту динамику.

Следует отметить, что в данной работе, как и в многих других, центры действия атмосферы рассматриваются как обобщенные характеристики динамики атмосферы, понимая при этом, что они по сути являются статистическими образами реально возникающих и перемещающихся циклонических образований. Южная Полярная область не является в этом смысле исключением. Как будет показано далее, существование циклонических центров действия атмосферы в ее атлантическом, индийском и тихоокеанском секторах отражает циклоническую активность в этих регионах. Последняя, в частности, является основной причиной формирования в приантарктической акватории Южного океана обширных облачных полей, существенно затрудняющих космический землеобзор с помощью спутниковых оптических систем. Такая информация особенно важна в навигационный (светлый) период, когда осуществляется проводка судов к берегам Антарктиды и проводятся экспедиционные работы на континенте.

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Розанова, Ирина Владимировна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате обработки синоптических материалов за вторую половину XX столетия получены статистические характеристики циклонических центров действия атмосферы Южного полушария: географические координаты центров и интенсивность (давление в центре).

2. Подтверждено наличие в годовом ходе положения и интенсивности циклонических центров действия Южного полушария полугодовой волны: в декабре-январе и июне - максимум давления при смещении центров на северо-запад, а в сентябре-октябре и в марте ,при смещении центров на юго-восток, минимум давления.

3. Установлено, что в годовой волне все циклонические центры действия Южной полярной области движутся по часовой стрелке. В полугодовой волне в этом же направлении перемещаются центры Индоокеанской и Южно-Тихоокеанской депрессий, а Южно Атлантической - наоборот, против часовой стрелки.

4. Зафиксировано отсутствие отчетливо выраженных и характерных для всех циклонических центров действия Южного полушария трендов в изменения их параметров.

5. Показано существование связи между многолетними (пятилетними средними) значениями давления и широтой центров действия атмосферы Южного и Северного полушарий. Изменения указанных параметров происходит одновременно, синфазно в Тихом океане (Южно-Тихоокеанский - Алеутский минимумы) и асинфазно в Атлантическом океане (Южно-Антлантический - Исландский минимумы). Эти связи свидетельствуют о существовании единого планетарного циркуляционного механизма, датьнейшие исследования которых могут оказаться полезными при долгосрочном метеорологическом прогнозировании.

6. В связи со слабой освещенностью метеорологическими данными обширной акватории Южного океана, с целыо повышения надежности оценок интенсивности зональной циркуляции в Южном полушарии, предложен и успешно использован в работе индекс Южно-Полярного колебания (SPO), расчеты которого ведутся с использованием результатов разложения разностей давления на четырех разрезах на ЕОФ.

7. Установлены статистически значимые связи индекса Южно-Полярного колебания с индексами циркуляции Северного полушария, а также между формами атмосферной циркуляции Г.Я.Вангенгейма и их аналогами в Южном полушарии, что указывает на наличие общих планетарных причин, определяющих динамику атмосферной циркуляции на всей Земле.

8. На изменение температуры воздуха в Антарктике оказывает влияние СевероАтлантическое колебание (периоды более 6-7 лет) и Северо-Тихоокеанское колебание (периоды от 2-3 до 5-6 лет). Это влияние осуществляется через изменение интенсивности Южно Полярного колебания.

9. Знакопеременность изменений температуры и количества осадков от десятилетия к следующему десятилетию, отсутствие на большинстве станций Антарктики статистически значимых положительных трендов температуры и количества осадков позволяют сделать вывод об отсутствии в последние десятилетия XX века общего потепления Антарктики.

10. Разработана методика вероятностной оценки успешности обзора земной поверхности с помощью спутниковых оптических и ИК-систем землеобзора по климатическим данным о количестве общей облачности, что исключает необходимость использования для расчетов архивы ежедневных спутниковых данных о количестве общей облачности.

11. В навигационный период благоприятные условия для получения полезной информации о состоянии поверхности Антарктики с помощью спутниковых оптических систем землеобзора существуют только на континенте Антарктиды и непосредственно прилегающей к побережью акваторий, где периодичность поступления полезной информации составляет 1-3 суток. Над всей остальной частью Южного океана, покрытой льдом, периодичность поступления сведений о состоянии ледового покрова составляет 912 суток, что вряд ли позволяет считать спутниковые оптические системы землеобзора основным средством получения полезной информации о состоянии поверхности этой части Южного океана.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Розанова, Ирина Владимировна, 2006 год

1. Смирнов Н.П., Воробьев В.Н., Кочанов C.IO. Северо-Атлантическое колебание и климат. СПб., Изд-во РГГМУ, 1998, 121 с.

2. Machel Н., Kapala A., Flohn Н. Behaviour of the centers of action above the Atlantic since 1881. Part 1: Characteristics of seasonal and interannual variability. Int. J. of Climatology, Vol.18, 1998, p. 1- 22.

3. Смирнов Н.П., Воробьев B.II. Северо-Тихоокеанское колебание и климат. СПб, Изд-во РГГМУ,2002,122 с.

4. Perry. А.Н. Changes in position and intensity of major N. Hemisphere centers of action. Weather, 26, 1971, p. 268 270.

5. Sahsamanoglou H.S. A contribution to the study of action centers in the North Atlantic. Int. journal of Climatology, vol.10, 1990, p.247-261.

6. Kapala A., Machel H., Flohn H. Behaviour of the centers of action above the Atlantic since 1881. Part 2: Associations with regional climate anomalies. Int. J. Climatology, Vol. 18,1998, p. 23-36.

7. CLIVAR. A Research Programme of Climate Variability and Prediction for the 21-th Century. World Climate Research Program, August, 1997,48 p.

8. Саруханян Э.И., Смирнов Н.П. Водные массы и циркуляция Южного океана. Л., Гидрометеоиздат, 1986,288 с.

9. Taliaard I.I and all. Climate of the Upper Air., Part 1. Southern Hemisphere. Vol.1., NAVAIR 50-1C-55, 1969, 135 p.

10. Simmonds I. Modes of atmospheric variability over the Southern Ocean. J. of Geophys. Res. vol. 108, № C4,2003, sov 5-1-5.30.

11. Стехновский Д.И. Барическое поле земного шара. М., Гидрометеоиздат, 1962, 148 с.

12. Атлас Антарктики. Изд-во ГУГК, 1966,225 с.

13. Швердфегер В. Погода и климат Антарктики. Л., Гидрометеоиздат., 1987, 264 с.

14. Метеорология Южного полушария., ред. Ч.У. Ныотон, Гидрометеоиздат, 1976, 260 с.

15. Pillpot Н. Some Observationally identified Meteorological Features of East Antarctica. Bureau of Meteorology Australia, Meteorological Study, №42, 1997, 275 p.

16. Van Loon H. On the interaction between Antarctica and middle latitudes. Research in the Antarctic (L. Quam. Ed.) Washington, D.C., AAAS, 1971, p. 477-487.

17. Defant A. Die Schwankungen der atmospherischen Zirkulation uber dem Nordatlantischen Ozean im jahrigen 1881 1905. Geogr. Ann. 1924, Bd 6, p.13-41.

18. Walker G.T., Bliss E.M. World Weather. V Mem Roy Meteorlog. Soc, №46 19326 p. 5384

19. Brasket A., Curry J., Maslanik J. Sea-ice variability in Greenland and Labrador Seas and their interaction with the North Atlantic Oscillation. In. Conference on Polar Processes and Global Climate. Draff Summary Report. Oslo, Norway, 1997, p.23-25

20. Lamb P.J. and R.A. Peppier. North Atlantic Oscillation: Concept and an Application. Bull. American Meteorol. Soc., Vol. 68, №10,1987, p. 1218-1225.

21. Robinson W.A. The dynamic of the zonal index a simple model of atmosphere. Tellus, vol. 43, 1991, p.295-305.

22. Rogers J.S. The association between North Atlantic Oscillation and the Southern Oscillation in the Northern Hemisphere. Month . Weather Rev., vol.112, 1984, p. 19992015.

23. Rossby C.G. Relation between variation in the intensity of zonal circulation and the displacements of the semipermanent centers of action. I. Marine Res., №2, 1939, p. 3855.

24. Бабкин В.И., Воробьев В.Н., Смирнов Н.П. Северо-Атлантическое колебание и динамика стока рек Европы. Труды РГГМУ, вып. 122, 1999, с. 114-121.

25. Воробьев В. Н., Качанов С. 10., Смирнов II. П. Сезонные и многолетние колебания уровня морей Северного Ледовитого океана. СПб, Изд-во РГГМУ, 2000, 113 с.

26. Дворкин Е. Н., Качанов С. Ю., Смирнов Н. П. Северо-Атлантическое колебание и многолетние изменения уровня Северного Ледовитого океана. Метеорология и гидрология, 2000, №3, с.78-84

27. Dickson R.R. and all. The Arctic Ocean Response to the North Atlantic Oscillation. J. of Climate, Vol.13,2000, p.2671-2695.

28. Eden C. And Jung T. North Atlantic Interdecadal Variability: Oceanic Response to the North Atlantic Oscillation (1865-1997). J. of Climate, Vol.14, 2001, p.676-691.

29. Joyce Т. M., Deser G., Spall M. The relation between Decadal Variability of Subtropical Mode Water and the North Atlantic Oscillation. J. of Climate, Vol.13, 2000, p.2550-2569.

30. Venegas S.A , Mysak L. Is a Dominant Timescale of Natural Climate Variability in the Arctic. J. of Climate, vol. 13, 2000, p. 3412-3434.

31. Zhang J., Rothrock D. and Steele M. Recent Changes in Arctic Sea Ice. The Interplay between Ice dynamics and thermodynamics. J. of Climate, Vol.13,2000, p.3099-3114

32. Войнов Г.Н. Приливные явления в Карском море. СПб, Изд-во РГО, 1999,109 с.

33. Walker G.T. World Weather. Q.I. Roy Met. Sav, 54 ,1928, p. 79-87.

34. Gong D. and Wong S. Definition of Antarctic Oscillation index. Geophys. Res. Let., Vol.26, №3,1999, p.459-462.

35. Kidson J.W. Indices of the Southern Hemisphere. Zonal Wind. J. of Climate, Vol.1, 1988, p.183-194.

36. Trenberht K.E. Fluctuation and trends in indices of the Southern Hemisphere. Q.I.Roy. Met. Soc,m 103,1976, p. 67-75.

37. Саруханян Э.И., Смирнов Н.П. Многолетние колебания стока Волги. Опыт геофизического анализа. JI., Гидрометеоиздат, 1970, 167 с.

38. Вангенгейм Г.Я. Основы макроциркуляционного метода долгосрочных метеорологических прогнозов для Арктики. Труды ААНИИ, т.34,1952, 314с.

39. Гире А. А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные гидрометеорологические прогнозы. JL, Гидрометеоиздат., 1971,488с.

40. Гире А. А. Макроциркуляционный метод долгосрочных гидрометеорологических прогнозов. J1., Гидрометеоиздат, 1974,485с

41. Дыдина JI. А. и др. Формы атмосферной циркуляции в Южном полушарии. Труды ААНИИ, т.ЗЗО, 1976, с. 5-16.

42. Рыжаков JI.IO. Некоторые характеристики аномального развития форм атмосферной циркуляции Южного полушария в холодное время года. Труды ААНИИ, т.ЗЗО, с. 17-29.

43. Рыжаков JI.IO. Характерные аномальности циркуляции атмосферы над Южным полушарием и некоторые прогностические связи для района Антарктики. Сб. "Циркуляция атмосферы в полярных областях", JL, Гидрометеоиздат, 1978, с. 123129.

44. Воробьев В.Н., Смирнов Н.П. Арктический антициклон и динамика климата Северной Полярной области. СПб, Изд-во РГГМУ, 2003, 82 с.

45. Chapmen W. and Walsh J.E. Reccnt variation of sea-ice and air temperature in high latitudes. Bull. Amer. Meteorol. Soc., №74,1993, p. 33-47.

46. Deser C., Walsh J.E., Timlin M.S. Arctic Sea Ice Variability in the Context of Recent Atmospheric Circulation Trends. J. of Climate, Vol.13,2000, p.617-633

47. Proshutinsky A., Jonson M., Polyakov I. Decadal scale variability of the Arctic System. Proceeding of ACSYS Conference on Polar Processes and Global Climate, WMO/ID, №908,1998, p.206-211.

48. Przybylak R. Temporal and spatial variation of surface air temperature over the period of instrumental observations in the Arctic. Int. J. of Climatology, Vol.20, 2000, p. 587-614.

49. Radionov V.F and Aleksandrov E.J Tendcncics of Climate in the Northern Polar Proceeding Conference on Polar processes and Global Climate. Part II, 1997, p. 209-211.

50. Jones P.D. Recent variations in mean temperature and diurnal temperature range in the Antarctic. Geophys. Res. Let., 22,1995, p.1345-1348.

51. Fletcher J.O. Ice Extent on the Southern Ocean and its relation to World Climate. Memorandum RM-5793-NSF, The Rand Corporation, California, 1969, 108p.

52. Говердовский В.Ф. Космическая метеорология с основами астрономии. СПб., ЛГМИ, 1995.

53. Романов А.А. Льда Южного океана и условия судоходства. Л., Гидрометеоиздат, 1984.

54. Северный ледовитый и Южный океаны. Наука, 1985.

55. Матвеев ЮЛ., Титов В.И. Данные о структуре и изменчивости климата. Глобальное поле облачности. Обнинск, ВНИИГМИ-МЦД., 1985.

56. Воробьев В.И. Исследования макроструктуры планетарных облачных полей по спутниковым данным. Гидрометеорология научно-техническому прогрессу. Сборник научных трудов, Л., ЛГМИ, 1990.

57. Воробьев В.И., Фадеев B.C. Характеристики облачного покрова северного полушария по данным метеорологических спутников. Л., Гидрометеоиздат, 1981.

58. Комаров B.C., Креминский А.В., Ломакина Н.Я. Воробьев В.И. Об оценке требуемого количества пролетов ИСЗ для успешного обзора земной поверхности из космоса при ее закрытии облачностью в момент первого пролета. Оптика атмосферы и океана, №1, 1998.

59. Воробьев В.И., Розанова И.В., Розанов Р.Е. Априорная оценка вероятности успешного обзора земной поверхности из космоса по климатическим данным о количестве общей облачности. Исследование Земли из космоса. №1, 2002.

60. Таблицы количества пролетов ИСЗ, обеспечивающего вероятность успешного обзора 90% поверхности Антарктики