Реконструкция долгопериодной изменчивости облачности и радиационных потоков над Мировым океаном тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Александрова Марина Павловна

• Александрова Марина Павловна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Александрова Марина Павловна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МАССИВЫ ДАННЫХ ОБ ОБЛАЧНОСТИ НАД ОКЕАНАМИ И ОПИСАНИЕ ПРОЦЕДУР ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ МАССИВА ICOADS

1.1 Описание данных об облачности из архива данных ICOADS

1.2 Спутниковые данные об облачности

1.3 Данные об облачности из реанализов

1.4 Облачность из климатических моделей

1.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 2. ПРОБЛЕМЫ ДАННЫХ ВИЗУАЛЬНЫХ НБЛЮДЕНИЙ ЗА

ОБЛАЧНОСТЬЮ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА

2.1 Проблемы визуальных данных об облачности VOS

2.2 Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКОЙ

ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТА ОБЛАЧНОСТИ НАД ОКЕАНОМ

3.1 Краткий исторический анализ подходов к анализу облачности на

основе аналитических частотных распределений

3.2 Разработка аналитического трехпараметрического гамма-распределения облачности

3.3 Анализ поведения полученного распределения для различных случаев

3.4 Оценка точности аппроксимации

3.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ОБЛАЧНОСТИ НАД МИРОВЫМ ОКЕАНОМ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СМЕШАННОГО ГАММА-РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

4.1 Климатологические характеристики облачности и параметров распределения

4.2 Сравнение дневных и ночных наблюдений

4.3 Сравнение общей и нижней облачности

4.4 Выводы по Главе

ГЛАВА 5. КОРРЕКЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЛАЧНОСТИ В ПЕРВОЙ

ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТАНДАРТИЗИРОВАННЫХ ДОЛГОПЕРИОДНЫХ РЯДОВ ОБЩЕГО БАЛЛА ОБЛАЧНОСТИ

5.1 Анализ потенциальных ошибок в данных об облачности

5.2 Метод выделения индивидуальных рейсов

5.3 Методика коррекции данных об облачности над океанами в первой половине ХХ века

5.4 Долгопериодные скорректированные ряды облачности

5.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 6. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОРОТКОВОЛНОВОЙ И

ДЛИННОВОЛНОВОЙ РАДИАЦИИ НАД ОКЕАНАМИ И ДОЛГОПЕРИОДНЫЕ РЯДЫ СКОРРЕКТИРОВАННЫХ РАДИАЦИОННЫХ ПОТОКОВ

6.1 Роль облачности в формировании потоков коротковолновой и длинноволновой радиации

6.2 Параметризация приходящего потока коротковолновой радиации ЛВОАМКИ

6.3 Адаптация мгновенной модели параметризации коротковолновой радиации к массовым расчетам по данным визуальных наблюдений

VOS

6.4 Адаптация расчета коротковолновой радиации к данным об облачности, представленным в виде гистограмм

6.5 Методика расчета длинноволновой радиации над океанами

6.6 Климатологии и долгопериодные ряды потоков коротковолновой и длинноволновой радиации над океанами

6.7 Выводы по Главе

ГЛАВА 7. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ПОЛУЧЕННЫХ

РЕЗУЛЬТАТОВ

7.1 Долгопериодные собственные изменения теплового баланса в Северной Атлантике и их роль в климатической изменчивости

7.2 Долгопериодная изменчивость облачности и радиационных потоков

над Мировым океаном

7.3 Анализ связи облачности с феноменами глобальной циркуляции атмосферы

7.4 Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реконструкция долгопериодной изменчивости облачности и радиационных потоков над Мировым океаном»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и степень разработанности темы исследования.

Приходящая к поверхности Земли солнечная радиация является основным источником энергии для всех процессов, протекающих на нашей планете, в том числе в атмосфере и океане. Еще в 1884 году А.И. Воейков в монографии «Климаты земного шара, в особенности России» [Воейков, 1884] отмечал важность коротковолновой солнечной радиации: «Я думаю, что одна из важнейших задач физических наук в настоящее время - ведение приходно-расходной книги солнечного тепла, получаемого земным шаром, с его воздушной и водяной оболочкой1. <...> Трудность достижения цели не может испугать ученых, способных понять широкие задачи науки. Не одним веком они строятся. Поэтому я и счел полезным поставить задачу во всей широте, не скрывая громадных трудностей не только ея полного решения, но даже сколько-нибудь приблизительного». И действительно, задача замыкания теплового баланса и углубление знаний об отдельных его компонентах и по сей день остается одной из актуальных задач современной метеорологии и океанологии. Помимо коротковолновой радиации в тепловом балансе климатической системы важную роль играет длинноволновая радиация, нисходящий и восходящий компонент которой формируют бюджет тепла на поверхности, а также радиационные потоки во всей толще атмосферы.

Уравнение теплового баланса поверхности океана можно представить в следующем виде:

Н = I -ЬШ Т -Qh Т Т, (1)

2 2 где Н- тепловой баланс, Вт/м , БЖ- поток коротковолновой радиации, Вт/м , ЬЖ

2 2 - поток длинноволновой радиации, Вт/м , Qh - поток явного тепла, Вт/м , Qe -

л

поток скрытого тепла, Вт/м . Обычно компоненты БЖ и ЬЖ называют

1 Выделение курсивом в цитате авторское.

радиационными потоками, а Qh и Qe - турбулентными потоками. На рисунке 1 схематично показаны радиационные и тепловые потоки, составляющие тепловой баланс поверхности Земли. Надо отметить, что числовые значения, показанные на рисунке 1, достаточно существенно менялись как в работах других авторов, так и самого Кевина Тренберта в пределах от нескольких до 10% даже для глобально осредненных величин [Trenberth and Solomon, 1994; Trenberth, 2009; Trenberth K and Fasullo, 2016; Trenberth and Cheng, 2022]. Этот разброс оценок связан, в том числе с точностью параметризаций, используемых для расчета потоков на поверхности океана.

Рисунок 1 - Глобальный среднегодовой энергетический баланс Земли за период с марта 2000 г.

по май 2004 года в Вт/м2 [Trenberth, 2009]

В конце XX века в научном сообществе сложилось общее мнение, что проблема неопределенностей в расчетах теплового баланса кроется в неточности оценок турбулентных потоков [Bunker et al., 1982; Trenberth K]. E. and Solomon, 1994], и именно на уменьшение ошибок параметризаций турбулентных потоков

были направлены основные усилия [Gulev et al., 2007; Gulev and Belyaev, 2012; Bentamy et al., 2017; Cronin et al., 2019]. В 80-х гг. ошибка оценки турбулентных

Л

потоков доходила до 20-30 Вт/м (максимальные потоки явного потока тепла над

2 2 океанами достигают 60 Вт/м , а скрытого тепла 250 Вт/м ), а в результате работ,

которые привели к созданию параметризации COARE-3, в наши дни ошибку

Л

оценки турбулентных потоков удалось сократить до 5 Вт/м [Fairall, 2011; Cronin, 2019]. При этом развитие параметризаций радиационных потоков практически остановилось на рубеже 1990-х - 2000-х гг. [Dobson and Smith, 1988; Гидрюк,

Л

1992], и ошибка в их расчетах сегодня составляет 10-15 Вт/м (при максимальных значениях потока коротковолновой радиации до 320 Вт/м2, а длинноволновой радиации 120 Вт/м2). Таким образом, к настоящему моменту ошибки в оценках радиационных потоков намного превышают аналогичные для турбулентных.

В настоящее время, когда одним из самых актуальных вопросов современной науки является проблема замыкания теплового баланса океана и напрямую связанная с ней проблема глобального потепления, важно не только улучшить качество параметризаций, но и оценить долгопериодную изменчивость радиационных потоков, для оценки их вклада в процессы изменения климата на различных временных масштабах [Gulev et al., 2013; Trenberth et al., 2014; Gulev et al., 2021].

Главную роль в формировании радиационных потоков играет облачность, которая является основным ослабляющим фактором для коротковолновой радиации, источником длинноволнового противоизлучения атмосферы и ключевым параметром параметризаций коротковолновой и длинноволновой радиации на поверхности моря [Lamb, 1964; Zillman, 1972; Clarc et al., 1974; Reed, 1977; Lind et al., 1984; Dobson, 1988; Гидрюк и др., 1992; Bignami, 1995; Gulev, 1995; Josey et al., 2003; Fairall et al., 2008; Dupont and Haeffelin, 2008; Kalisch and Macke, 2008, 2012; Hanschmann et al. 2012; Bumke et al., 2014]. На рисунке 2 схематично показано влияние облачности на радиационные потоки.

Рисунок 2 - Влияние облачности на коротковолновую и длинноволновую радиацию

Помимо значительного влияния на радиацию, облачность сама по себе является важным элементом климатической системы и одним из наиболее эффективных параметров для диагностики чувствительности климата [Curry et al., 1996; Bony et al., 2004 2006, 2015; Fasullo and Trenberth, 2012; Taylor et al., 2013; Bellomo et al., 2014]. Изменчивость облачности над океанами играет важную роль в понимании таких климатических процессов, как Эль-Ниньо - Южное колебание (ЭНЮК), муссонная циркуляция, сдвиги внутритропической зоны конвергенции (ВЗК), колебания среднеширотных индексов, изменения климата в Арктике [Lietzke et al., 2001; Bedach et al., 2007; Previdi and Veron, 2007; Kay and Gettelman, 2009; Chiacchio and Wild, 2010; Chiacchio et al., 2010; Mendoza et al., 2014; Parding et al., 2014; Radley et al., 2014; Schwartz et al., 2014; Chernokulsky et al., 2017].

Информация об облачности над океанами представлена в различных архивах данных, таких как реанализы, спутниковые данные, визуальные наблюдения на коммерческих судах и др. Спутниковые данные отличаются высоким качеством, однако короткая временная длинна рядов (с 1980-х гг., а многие массивы только с 2000-х гг.) не позволяет использовать их для оценок долгопериодной изменчивости характеристик облачности [Rossow and Schiffer, 1991; Rossow and Schiffer, 1999; Frey et al., 2008; Foster and Heidinger, 2013; Karlsson et al., 2013; Stubenrauch et al., 2013; Stöckli et al., 2017]. Данные об облачности из реанализов характеризуются пространственной и временной

однородностью и достаточно высоким разрешением, однако облачность в реанализах является параметрической характеристикой, и имеет низкую точность оценки [Bedacht et al. 2007].

Полная коллекция визуальных судовых наблюдений за облачностью ассимилирована в архиве ICOADS (The International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set) [Woodruff et al., 2011; Freeman et al., 2017], объединяющем комплексные данные различных попутных судовых наблюдений. Главным недостатком попутных судовых наблюдений являются пространственная и временная неоднородность данных [Gulev et al., 2007a,b]. Кроме того, в конце 40-х гг. ХХ века была изменена методика визуальных наблюдений за облачностью (переход от 10 балльной системы к октам), что привело к возникновению систематических ошибок в данных в первой половине ХХ века. Таким образом, для получения долговременных устойчивых оценок характеристик облачности над Мировым океаном и оценки изменчивости в величинах коротковолновой и длинноволновой радиации требуется анализ данных об облачности, нацеленный на получение однородных рядов количества облаков над Мировым океаном.

Исходя из вышесказанного, основной целью диссертационной работы является создание базы стандартизированных данных общего балла облачности и радиационных потоков над Мировым океаном с начала ХХ века. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Выявить неоднородности в рядах данных об общем балле облачности на вековом масштабе, вызванные изменением методики визуальных наблюдений за облачностью в середине ХХ века;

• Разработать метод коррекции неоднородности данных об общем балле облачности в первой половине ХХ века на основе фильтрации недостоверных наблюдений и статистической стандартизации достоверных;

• Адаптировать параметризацию коротковолновой радиации, разработанную в Лаборатории взаимодействия океана и атмосферы и

мониторинга климатических изменений (ЛВОАМКИ), для оценки потоков на вековом масштабе;

• Адаптировать параметризацию Джоси [Josey, 2003] для расчета длинноволновой радиации для оценки потоков на вековом масштабе;

• Разработать методику построения климатологий радиационных потоков на регулярной сетке по неоднородным в пространстве и времени данным из архива ICOADS.

Методы исследования. Основные результаты диссертации получены с помощью статистических методов обработки и оценки данных. Для оценки распределения общего балла облачности по октам автором диссертации было разработано аналитическое смешанное гамма-распределение. Для оценивания потоков коротковолновой и длинноволновой радиации на поверхности океана использовались современные параметризации, как разработанные автором, так и адаптированные по работам других авторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Разработан набор методов коррекции исторических визуальных данных об облачности, основанный на анализе индивидуальных рейсов;

• Создано аналитическое смешанное гамма-распределение для аппроксимации частоты повторяемости различных окт облачности, позволяющее эффективно описывать частотные распределения количества облаков;

• Разработан алгоритм расчета характеристик коротковолновой и длинноволновой радиации с помощью мгновенных моделей параметризации;

• Созданы сеточные массивы стандартизированных данных об общем балле облачности и оценках коротковолновых и длинноволновых радиационных потоков над океанами за последнее столетие.

Научная новизна исследования заключается, во-первых, в стандартизации столетних данных визуальных наблюдений общего балла облачности над океаном с помощью разработанного метода коррекции исторических данных, во-вторых, в

построении однородных по пространству и времени долгопериодных климатологий общего балла облачности, коротковолновой и длинноволновой радиации, а в-третьих, в создании новой трехпараметрической смешанной гамма -функции для аппроксимации эмпирического распределения облачности по октам.

Достоверность результатов обеспечивается применением обоснованных статистических методов и оценкой статистической значимости всех полученных результатов. Также достоверность полученных результатов подтверждается сравнением с близкими исследованиями на альтернативных массивах данных. Наконец, полученные результаты не противоречат современным представлениям о физических и динамических процессах формирования облачности и радиационных потоков и их изменчивости.

Научная и практическая значимость. Получение однородных данных о балле общей облачности и радиационных потоках над океанами с начала ХХ века позволяет уточнить количественные характеристики взаимодействия океана и атмосферы и получить достоверные оценки климатических изменений облачности и потоков радиации на долгопериодном масштабе. Предложенная методика коррекции визуальных данных об облачности в первой половине ХХ века впервые позволила использовать информацию об общем балле облачности над океанами из архива ICOADS ранее 1950 года, что существенно расширяет временной масштаб для исследования физических и динамических процессов формирования и изменчивости облачности над Мировым океаном.

Апробация работы. Результаты, представленные в работе, докладывались на следующих конференциях:

Открытая научная конференция Всемирной климатической программы WCRP Open Science, 2023, Kigali, Rwanda, 2023 год;

Всероссийская конференция КЛИМАТ -2023 «Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования», Москва, 2023 год;

Международный радиационный симпозиум, Салоники, Греция, 2022 год;

Всероссийская конференция КЛИМАТ -2019 «Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования», Москва, 2019 год;

Пятый семинар объединенной технической комиссии по океанографии и морской метеорологии «Достижения в области морской метеорологии» (CLIMAR-5), Гамбург, Германия, 2019 год;

Ежегодная ассамблея Европейского геофизического союза (EGU), Вена, Австрия, 2017 год;

Ежегодная встреча Европейского метеорологического общества: конференция по прикладной метеорологии и климатологии, Дублин, Ирландия, 2017 год;

Международный радиационный симпозиум, Окленд, Новая Зеландия, 2016

год;

17-я международная конференция по облакам и осадкам, Манчестер, Великобритания;

19-я Международная школа-конференция молодых ученых «Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы.», Шепси, 2015 год;

26-я Генеральная ассамблея Международного союза геодезии и геофизики, Прага, Чехия, 2015 год;

Школа-конференция молодых ученых «Изменения климата и окружающей среды Северной Евразии: анализ, прогноз, адаптация», Кисловодск, 2014 год;

14-я ежегодная встреча Европейского метеорологического общества, объединенная с 10-й европейской конференцией по прикладной климатологии, Прага, Чехия, 2014 год;

21-я сессия научной руководящей группы по изменчивости, предсказуемости и изменениям климата и океана (CLIVAR), Москва, 2014 год;

Международный симпозиум «Атмосферная радиация и динамика» (МСАРД-2013), Санкт-Петербург, 2013 год;

13-я ежегодная встреча Европейского метеорологического общества, объединенная с 11-й европейской конференцией по прикладной метеорологии, Рединг, Великобритания, 2013 год;

Семинар «Синтез океана и оценка потоков между океаном и атмосферой» (CLIVAR-GSOP), Вудсхолл, США, 2012 год.

Личный вклад автора работы. Все представленные в работе результаты получены автором лично. Автор лично определял планирование всех этапов работы и выполнял соответствующие блоки работ (постановка задачи, интерпретация полученных результатов, подготовка полученных результатов к публикации). Так же автор принимал участие в сборе данных о характеристиках облачности и радиационных потоках в течение трех научных рейсов, которые использовались для построения параметризации потоков коротковолновой радиации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 научных работах, в том числе 8 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК [1-8], 15 тезисов российских и международных научных конференций [9-23], 1 монография [24], 2 свидетельства о регистрации баз данных [25-26] и 1 патент на изобретение [27]:

Статьи, опубликованные в изданиях из перечня ВАК:

1. Aleksandrova M. Cloudiness over the oceans at subarctic latitudes as a visible part of atmospheric moisture transport / M. Aleksandrova // Russian Journal of Earth Sciences. - 2021. - V. 21. - № 1. - P. ES1004.

2. Krinitskiy M. On the generalization ability of data-driven models in the problem of total cloud cover retrieval / M. Krinitskiy, M. Aleksandrova, P. Verezemskaya, S. Gulev, A. Sinitsyn, N. Kovaleva, A. Gavrikov // Remote Sensing. - 2021. - V. 13. - № 2. - P. 326.

3. Aleksandrova M. Minimizing heterogeneity of VOS observations for improving estimates of short-wave radiation over the oceans / M. Aleksandrova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. -IOP Publishing, 2020. - V. 606. - № 1. - P. 012001.

4. Aleksandrova M. Climatology and interannual variability in statistical characteristics of cloud cover over the North Atlantic during 1950-2017 / M. Aleksandrova, K. Belyaev // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2019. - V. 231. - № 1. - P. 012005.

5. Aleksandrova M. Probability distribution for the visually observed fractional cloud cover over the ocean / M. Aleksandrova, S. K. Gulev, K. Belyaev // Journal of Climate. - 2018. - V. 31. - № 8. - P. 3207-3232.

6. Александрова М.П. Климатические закономерности коротковолновой солнечной радиации над океанами, на основе новой параметризации / М. П. Александрова, А. В. Синицын, С. К. Гулев // Океанология. - 2017. -V. 57. - № 2. - P. 253-256.

7. Синицын А.В. Оценка погрешностей прямых измерений приходящих радиационных потоков, связанных с колебаниями корабля / А. В. Синицын, М. П. Александрова // Океанология. - 2009. - V. 49. - № 4. -P. 494-500.

8. Александрова М.П. Уточнение параметризации коротковолновой радиации на поверхности океана на основе прямых измерений в Атлантическом океане / М. П. Александрова, С. К. Гулев, А. В. Синицын // Метеорология и гидрология. - 2007. - № 4. - P. 45-54.

Тезисы докладов на российских и международных научных конференциях:

9. Aleksandrova M. Air-sea heat fluxes based on homogenizing 20th century visually observed cloud cover over the Ocean / M. Aleksandrova, S. Gulev // International radiation symposium. Book of Abstracts. - 2022. - P. 85.

10. Gulev S. Homogenizing visually observed cloud cover over global oceans with implications for reconstructions of radiative fluxes at sea surface / S. Gulev, M. Aleksandrova // EGU General Assembly Conference Abstracts. -2020. - P. 12826.

11. Александрова М.П. Климатология и временная изменчивость коротковолновой радиации над Мировым океаном: оценки на основе параметризации с учетом смешанного гамма-распределения для облачности / М. П. Александрова, С. К. Гулев // Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования. -2019. - P. 25-25.

12. Aleksandrova M. Homogenizing 20th century visually observed cloud cover using probability distributions / M. Aleksandrova, S. Gulev, E. Freeman // Fifth JCOMM Workshop on advances in marine climatology. Book of Abstracts. - 2019. - P. 46.

13. Александрова М.П. Распределение балла облачности над океанами на основе визуальных судовых наблюдений / М. П. Александрова, С. К. Гулев, К. П. Беляев // Турбулентность, динамика атмосферы и климата: Международная конференция, посвященная столетию со дня рождения академика Александра Михайловича Обухова. Сборник тезисов докладов, Москва, 16-18 мая 2018 года. - Москва: Общество с ограниченной ответственностью "Издательство "Физматкнига", 2018. -P. 178. - EDN YEJGFF.

14. Aleksandrova M. Long-term changes in cloud cover and short wave radiation over the Ocean / M. Aleksandrova, S. Gulev, A. Sinitsyn // EGU General Assembly Conference Abstracts. - 2017. - P. 16537.

15. Aleksandrova M. Climatology and long-term changes in cloud cover and short-wave radiation over the world oceans / M. Aleksandrova, S. Gulev, K. Belyaev // EMS Annual Meeting Abstracts. - 2017. - V.14. - № EMS2017-449.

16. Aleksandrova M. Long-term changes in cloud cover and short wave radiation over the Ocean / M. Aleksandrova, S. Gulev, A. Sinitsyn // EGU General Assembly Conference Abstracts. - 2017. - P. 16537.

17. Aleksandrova M. Long-term changes in cloud cover and short wave radiation over the Ocean / M. Aleksandrova, S. Gulev, A. Sinitsyn // International radiation symposium. - 2016. - P. 72.

18. Александрова М.П. Анализ распределения балла облачности над океанами по данным визуальных судовых наблюдений / М. П. Александрова, С. К. Гулев, К. П. Беляев // Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы. - 2015. - P. 7979.

19. Aleksandrova M. Long-term changes in cloud cover and short wave radiation over the North Atlantic / M. Aleksandrova, S. Gulev, A. Sinitsyn // IUGG/IASPEI 38th General Assembly. IAPSO (Physical Oceanography). -2015. - P. 301.

20. Александрова М.П. Изменение облачности и коротковолновой радиации над Северной Атлантикой / М. П. Александрова, С. К. Гулев // Изменения климата и окружающей среды Северной Евразии: анализ, прогноз, адаптация. 14-20 сентября 2014 года. Кисловодск. Сборник тезисов докладов. М.: ГЕОС, 2014. 280 с. ISBN 978-5-89118-660-6. -2014. - P. 38-40.

21. Aleksandrova M. New global short-wave radiation climatology from VOS based on highly accurate parameterization: interannual variability and the impact of cloud cover / M. Aleksandrova, A. Sinitsyn, S. Gulev // EMS Annual Meeting Abstracts. - 2014. - V. 11. - № EMS2014-393.

22. Aleksandrova M. New global short-wave radiation climatology from VOS based on highly accurate parameterization / M. Aleksandrova, A. Sinitsyn, S. Gulev // International symposium "Atmospheric radiation and Dynamics". -2013. - P. 102.

23. Aleksandrova M. New global short-wave radiation climatology from VOS based on highly accurate parameterization / M. Aleksandrova, A. Sinitsyn, S. Gulev // EMS Annual Meeting Abstracts. - 2013. - V.10. - №. EMS2013-112.

Опубликованная монография:

24. Облачность над океаном: современные методы исследований / М.А. Криницкий, М.П. Александрова, С.К. Гулев, А.В. Синицын. - Москва: Общество с ограниченной ответственностью "ТОРУС ПРЕСС", 2018. -236 с. - ISBN 978-5-94588-249-2. - DOI 10.30826/OCEAN-CLOUDS-2018. - EDN YVCNBR.

Свидетельства о регистрации базы данных:

25. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №

2015620337 Российская Федерация. База данных характеристик приходящих коротковолновых потоков на поверхности Мирового океана: № 2014621863: заявл. 23.12.2014: опубл. 20.02.2015 / М.П. Александрова, С.К. Гулев, А.В. Синицын; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук. - EDN MQCBTA.

26. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №

2015620338 Российская Федерация. База данных облачных характеристик Мирового океана: № 2014621864: заявл. 23.12.2014: опубл. 20.02.2015 / М П. Александрова, С.К. Гулев, А.В. Синицын; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук. -EDN JBSGFJ.

Патент на изобретение:

27. Патент № 2342685 C1 Российская Федерация, МПК G01W 1/12, G01J 5/00. способ определения приходящей суммарной солнечной радиации: № 2007118422/28: заявл. 17.05.2007: опубл. 27.12.2008 / М.П. Александрова, С.К. Гулев, А.В. Синицын; заявитель Институт

океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН) (государственное учреждение). - БЭК УОЬБ7У.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из 5 глав, введения, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 191 страницу с 74 рисунками и 5 таблицами. Список литературы включает 171 наименование.

Во введении обосновывается актуальность данной работы, формулируются цели и задачи, а так же содержится общая характеристика работы: положения, выносимые на защиту, научная новизна, достоверность, вклад автора, апробация.

В Главе 1 описываются основные источники данных о балле общей облачности над океанами. Основной акцент делается на массив данных ГСОАОБ, описывается предобработка данных этого массива и обосновывается выбор именно этого массива для решения поставленных в диссертационной работе задач.

В Главе 2 освещаются основные проблемы визуальных данных об общем балле облачности в первой половине ХХ века, и обосновывается, что причиной неоднородности данных является систематическая ошибка самих данных, а не естественные физические долгопериодные изменений.

В Главе 3 обосновывается необходимость создания аналитического выражения для описания распределения облачности по октам. Описывается разработка и свойства непрерывного и дискретного случаев трехпараметрического смешанного гамма-распределения облачности по октам. Обосновывается статистическая достоверность аппроксимации данных наблюдений разработанным трехпараметрическим гамма-распределением.

В Главе 4 трехпараметрическое смешанное гамма-распределение применяется для анализа характеристик поля облачности. Показано, что использование аналитического распределения позволяет решить проблему размера выборки в районах, плохо обеспеченных данными. Также частотный

анализ применяется для оценки различий распределения дневной и ночной облачности и характеристик поля нижней облачности.

В Главе 5 рассматриваются потенциальные причины ошибок данных визуальных наблюдений за облачностью в начале XX века, описана методика коррекции данных и представлены скорректированные долгопериодные ряды облачности над Мировым океаном с начала XX века.

В Главе 6 описываются схемы параметризации коротковолновой и длинноволновой радиации, метод расчета климатологий радиационных потоков с использованием мгновенных схем параметризации и индивидуальных наблюдений из архива ICOADS, метод адаптации расчетов коротковолновой и длинноволновой радиации к данным, представленным в виде гистограмм, а не индивидуальных наблюдений. Приводятся скорректированные долгопериодные временные ряды коротковолновой и длинноволновой радиации.

В Главе 7 показываются примеры применения полученных в ходе выполнения работы долгопериодных стандартизированных данных об облачности и радиационных потоках над Мировым океанами для решения задач метеорологии, океанологии и климатологии. В качестве примеров использования данных рассматриваются долгопериодные собственные изменения теплового баланса в Северной Атлантике, анализ долгопериодных линейных трендов облачности и радиационных потоков, особенности циркуляции атмосферы в регионе Эль-Ниньо.

В Заключении приводятся основные результаты и выводы диссертационной работы.

Благодарности. Автор искренне благодарит своего научного руководителя, член-корреспондента РАН, доктора физико-математических наук, профессора Гулева Сергея Константиновича за ценные советы и всестороннюю поддержку в процессе выполнения работы. Также автор выражает глубокую благодарность всему дружному коллективу ЛВОАМКИ за создание комфортной рабочей атмосферы и интересные научные дискуссии. Особенно отмечу поддержку и помощь Беляева К.П., Зюляевой Ю.А., Гаврикова А.В., Григорьевой В.Г.,

Тилининой Н.Д и Вереземской П.С. Отдельная благодарность Эрику Фриману и Скотту Вудруфу ^ОАЛ, США), Лиз Кент (N0^ Великобритания) и Акселю Андерсону (DWD, Германия) за помощь и участие в обсуждении результатов. Автор благодарит своих друзей и близких и отдельно Аверина П.В. за поддержку во время работы над диссертацией.

Особую благодарность и признательность автор выражает своей маме,

Александровой Людмиле Николаевне. Без ее поддержки, одобрения и веры в

меня этой работы не было бы.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МАССИВЫ ДАННЫХ ОБ ОБЛАЧНОСТИ НАД ОКЕАНАМИ И ОПИСАНИЕ ПРОЦЕДУР ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ МАССИВА

ТСОАБЭ

В настоящее время информация об облачности над океанами может быть получена из различных источников, среди которых визуальные наблюдения за облачностью, данные со спутников, информация из реанализов, результаты расчетов климатических моделей и моделей общей циркуляции атмосферы, а так же более редкие специализированные данные, среди которых информация, полученная с широкоугольных облачных камер, результаты зондирования атмосферы и другие специализированные научные эксперименты. Каждый из перечисленных выше источников информации обладает как своими преимуществами, так и недостатками, которые будут описаны ниже. Данная работа основывается на использовании данных визуальных наблюдений за облачностью, которые будут описаны подробно, а для обоснования использования в диссертационной работе именно этого массива данных в Главе 1 будет приведена краткая информация о других источниках информации об облачности.

1.1 Описание данных об облачности из архива данных ICOADS

Диссертационная работа основывается на данных судовых визуальных наблюдений за облачностью над океанами, которые наиболее полно представлены в архиве ICOADS (International Comprehensive Ocean Atmosphere Data Set -Международная полная база данных характеристик океана и атмосферы) [Woodruff et al., 2011; Freeman et al., 2017].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Александрова Марина Павловна, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александрова М.П.. Уточнение параметризации коротковолновой радиации на поверхности океана на основе прямых измерений в Атлантическом океане / Александрова М.П., Гулев С.К., Синицын А.В. // Метеорология и гидрология. - 2007. - № 4. - С. 45-54.

2. Александрова М.П.. Климатические закономерности коротковолновой солнечной радиации над океанами, на основе новой параметризации / Александрова М.П., Синицын А.В., Гулев С.К. // Океанология. - 2017. - V. 57. - № 2. - Р. 253-256.

3. Берлянд М.Е. Определение эффективного излучения земли с учетом влияния облачности / Берлянд М.Е., Берлянд Т.Г. // Серия «Географическая». Известия АН СССР. - 1952. - № 1. - С. 10-30.

4. Берлянд Т.Г. Методика климатологических расчетов суммарной радиации / Берлянд Т.Г. // Метеорология и гидрология. - 1960. - Т. 6. -С. 9-12.

5. Боровков А.А. Математическая статистика. Проверка гипотез. Оценка параметров / А.А. Боровков - М.: Наука, 1984. - 472 с.

6. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности / М.И. Будыко - Л.: Гидрометеоиздат, 1956. - 255 с.

7. Будыко М.И. Атлас теплового баланса земного шара / М.И. Будыко -М.: Изд. Междувед. геофиз. Комитета. - 1963. - 69 с.

8. Будыко М.И. Климат и жизнь / М.И. Будыко - М.: Гидрометеоиздат, 1971. - 470 с.

9. Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель - М.: "Юстиция", 2018. - С. 658.

10. Воейков А.И. Климаты земного шара, в особенности России / А.И. Воейков - СПб.: Издание картографического заведения А. Ильина, 1884. - 671 с.

11. Гавриков А.В. Высокоразрешающее климатическое моделирование атмосферы над Северной Атлантикой для задач исследования атмосферы и океана / Гавриков А.В., Гулев С.К. // Океанология. - 2020. - Т. 60. - № 6. - С. 831-834.

12. Гирдюк Г.В. Определение радиационного баланса поверхности океана: Справочное пособие / Гирдюк Г.В., Егоров В.Н., Малевский-Малевич С.П. - Л.: Гидрометеоиздат, 1992. - 148 с.

13. Егоров Б.Н. Прозрачность атмосферы над Северной Атлантикой / Егоров Б.Н. // Труды ГГО. - 1972. - Вып.282. - С. 220-229.

14. Матвеев Ю.Л. Глобальное поле облачности / Матвеев Ю.Л., Матвеев Л.Т., Солдатенко С.А. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 278 с.

15. Мохов И.И. Сравнение моделей общей циркуляции атмосферы: диагностика внутригодовой эволюции облачности / Мохов И.И., Галин В.Я., Дегтярев А.И. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. - 1994. -Т. 30. - № 4. - С. 527.

16. Синицын А.В. Оценка погрешностей прямых измерений приходящих радиационных потоков, связанных с колебаниями корабля / Синицын А.В., Александрова М.П. // Океанология. - 2009. - V. 49. - № 4. - P. 494-500.

17. Ackerman S.A. Cloud detection with MODIS. Part II: validation / Ackerman, S.A., Holz, R.E., Frey, R. et al. // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. - 2008. - V. 25. - № 7. - P. 1073-1086.

18. Akima H.A new method of interpolation and smooth curve fitting based on local procedures / Akima H.A. // Journal of the ACM (JACM). - 1970. - V. 17. - № 4. - P. 589-602.

19. Aleksandrova M. Probability distribution for the visually observed fractional cloud cover over the ocean / Aleksandrova M., Gulev S.K., Belyaev, K // Journal of Climate. - 2018. - V. 31. - № 8. - P. 3207-3232.

20. Aleksandrova M. Climatology and interannual variability in statistical characteristics of cloud cover over the North Atlantic during 1950-2017 /

Aleksandrova M., Belyaev K.// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2019. - V. 231. - № 1. - P. 012005.

21. Aleksandrova M. Minimizing heterogeneity of VOS observations for improving estimates of short-wave radiation over the oceans / Aleksandrova M. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2020. - V. 606. - № 1. - P. 012001.

22. Aleksandrova M. Cloudiness over the oceans at subarctic latitudes as a visible part of atmospheric moisture transport / Aleksandrova M. // Russian Journal of Earth Sciences. - 2021. - V. 21. - № 1. - P. ES1004 .

23. Allen C.W. Astrophysical quantities / C.W. Allen - London: Athlone Press, 1973. 322 pp.

24. Amjad M. et al. Improving the accuracy of solar radiation estimation from reanalysis datasets using surface measurements // Sustainable Energy Technologies and Assessments. - 2021. - V. 47. - P. 101485.

25. Asim M. Correcting solar radiation from reanalysis and analysis datasets with systematic and seasonal variations / Amjad M., Asim M., Azhar M. et al. // Case Studies in Thermal Engineering. - 2021. - V. 25. - P. 100933.

26. Bean S.J. Some new worldwide cloud-cover models / 26. Bean S.J., Somerville P.N. // Journal of Applied Meteorology and Climatology. - 1981. - V. 20. - № 3. - P. 223-228.

27. Bedacht E. Intercomparison of global cloud cover fields over oceans from the VOS observations and NCEP/NCAR reanalysis / Bedacht E., Gulev S.K., Macke A. // International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society. - 2007. - V. 27. - № 13. - P. 1707-1719.

28. Bellomo K. Observational and model estimates of cloud amount feedback over the Indian and Pacific Oceans / Bellomo K., Clement A.C., Norris J.R. et al. // Journal of Climate. - 2014. - V. 27. - № 2. - P. 925-940.

29. Bellomo K. Evidence for weakening of the Walker circulation from cloud observations / Bellomo K., Clement A.C. // Geophysical research letters. -2015. - V. 42. - № 18. - P. 7758-7766.

30. Bentamy A. Review and assessment of latent and sensible heat flux accuracy over the global oceans / Bentamy A., Piolle J.F., Grouazel A. et al. // Remote Sensing of Environment. - 2017. - V. 201. - P. 196-218.

31. Bergman J.W. Diurnal variations of cloud cover and their relationship to climatological conditions / Bergman J.W., Salby M.L. // Journal of climate. - 1996. - V. 9. - №. 11 - P. 2802-2820.

32. Berry D.I. A new air-sea interaction gridded dataset from ICOADS with uncertainty estimates / Berry D.I., Kent E.C. // Bulletin of the American Meteorological Society. - 2009. - V. 90. - № 5. - P. 645-656.

33. Betts A.K. Cloud radiative forcing of the diurnal cycle climate of the Canadian Prairies / Betts A.K., Desjardins R., Worth D. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2013. - V. 118. - № 16. - P. 89358953.

34. Bignami F. Longwave radiation budget in the Mediterranean Sea / Bignami F., Marullo S., Santoleri R. et al. // Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1995. - V. 100. - № C2. - P. 2501-2514.

35. Bjerknes J. Atlantic air-sea interaction / Bjerknes J. // Advances in geophysics. - Elsevier, 1964. - V. 10. - P. 1-82.

36. Bony S. On dynamic and thermodynamic components of cloud changes / Bony S., Dufresne J. L., Le Treut H. et al. // Climate dynamics. - 2004. - V. 22. - P. 71-86.

37. Bony S. et al. How well do we understand and evaluate climate change feedback processes? // Journal of Climate. - 2006. - V. 19. - № 15. - P. 3445-3482.

38. Bony S. Clouds, circulation and climate sensitivity / Bony S., Colman R., Kattsov V.M. et al. // Nature Geoscience. - 2015. - V. 8. - № 4. - P. 261268.

39. Booth B.B.B. Aerosols implicated as a prime driver of twentieth-century North Atlantic climate variability / Booth B.B., Dunstone N.J., Halloran, P R. et al. // Nature. - 2012. - V. 484. - № 7393. - P. 228-232.

40. Bumke K. Measured and parameterized energy fluxes estimated for Atlantic transects of R/V Polarstern / Bumke K., Schlundt M., Kalisch J. et al. // Journal of physical oceanography. - 2014. - V. 44. - № 2. - P. 482-491.

41. Bunker A.F. A note on the heat balance of the Mediterranean and Red Seas / Bunker A.F., Charnock H., Goldsmith R.A. // J. Mar. Res. - 1982. - V. 40. -P. 73-84.

42. Calbo J. Climatology and changes in cloud cover in the area of the Black, Caspian, and Aral seas (1991-2010): a comparison of surface observations with satellite and reanalysis products / Calbo J., Badosa J., González J.A. et al. // International Journal of Climatology. - 2016. - V. 36. - № 3. - P. 1428-1443.

43. Carella G. A probabilistic approach to ship voyage reconstruction in ICOADS / Carella G., Kent E.C., Berry D.I. // International Journal of Climatology. - 2017. - V. 37. - № 5. - P. 2233-2247.

44. Cayan D.R. Latent and sensible heat flux anomalies over the northern oceans: Driving the sea surface temperature / Cayan D.R. // Journal of Physical Oceanography. - 1992. - V. 22. - № 8. - P. 859-881.

45. Chernokulsky A. Climatology of total cloudiness in the Arctic: An intercomparison of observations and reanalyses / Chernokulsky A., Mokhov I.I. // Advances in Meteorology. - 2012. - Т. 2012.

46. Chernokulsky A.V. Climatology and interannual variability of cloudiness in the Atlantic Arctic from surface observations since the late nineteenth century / Chernokulsky A.V., Esau I., Bulygina O.N. // Journal of Climate. -2017. - V. 30. - № 6. - P. 2103-2120.

47. Chiacchio M. Influence of NAO and clouds on long-term seasonal variations of surface solar radiation in Europe / Chiacchio M., Wild M. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2010. - V. 115. - № D10.

48. Chiacchio M. Influence of climate shifts on decadal variations of surface solar radiation in Alaska / Chiacchio M., Ewen T., Wild M. et al. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2010. - V. 115. - № D10.

49. Clark N.E. Heat exchange between ocean and atmosphere in the eastern North Pacific for 1961-71 / N.E. Clark, L. Eber, R.M. Laurs et al. -Washington: NOAA Tech. Rep., 1974. - 108 pp.

50. Compo G.P. The twentieth century reanalysis project / Compo G.P., Whitaker J.S., Sardeshmukh P.D. et al. // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. - 2011. - V. 137. - № 654. - P. 1-28.

51. Cronin M F. Air-sea fluxes with a focus on heat and momentum / Cronin M.F., Gentemann C.L., Edson J. et al. // Frontiers in Marine Science. - 2019.

- V. 6. - P. 430.

52. Curry J.A. Overview of Arctic cloud and radiation characteristics / Curry J.A., Schramm J.L., Rossow W.B. et al/// Journal of Climate. - 1996. - V. 9.

- № 8. - P. 1731-1764.

53. Darnell W.L. Seasonal Variation of Surface Radiation Budget Derived From International Satellite Cloud Climatology Project C1 Data (Paper 92JD00675) / Darnell W.L., Staylor W.F., Gupta S.K. et al. // Journal of Geophysical research. - 1992. - V. 97. - P. 15,741-15,741.

54. da Silva A.M. Atlas of surface marine data 1994, volume 1: algorithms and procedures / da Silva A.M., Young C.C., Levitus S. - Washington: NOAA, 1994. - P. 83.

55. Dee D.P. The ERA-Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system / Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J. et al. // Quarterly Journal of the royal meteorological society. - 2011. - V. 137. - № 656. - P. 553-597.

56. Delworth T. Interdecadal variations of the thermohaline circulation in a coupled ocean-atmosphere model / Delworth T., Manabe S., Stouffer R.J. // Journal of Climate. - 1993. - V. 6. - № 11. - P. 1993-2011.

57. Deser C. Twentieth century tropical sea surface temperature trends revisited / Deser C., Phillips A.S., Alexander M.A. // Geophysical Research Letters. -2010. - V. 37. - № 10 - L10701.

58. Dey D. K. A Bayesian predictive approach to determining the number of components in a mixture distribution / Dey D. K., Kuo L., Sahu S.K. // Statistics and Computing. - 1995. - V. 5. - P. 297-305.

59. Dobson F.W. Bulk models of solar radiation at sea / Dobson F.W., Smith S.D. // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. - 1988. - V. 114. - № 479. - P. 165-182.

60. Dolinar E.K. Evaluation and intercomparison of clouds, precipitation, and radiation budgets in recent reanalyses using satellite-surface observations / Dolinar E.K., Dong X., Xi B. // Climate Dynamics. - 2016. - V. 46. - P. 2123-2144.

61. Dupont J.C. Observed instantaneous cirrus radiative effect on surface-level shortwave and longwave irradiances / Dupont J.C., Haeffelin M. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2008. - V. 113. - № D21.

62. Eastman R. Variations in cloud cover and cloud types over the ocean from surface observations, 1954-2008 / Eastman R., Warren S.G., Hahn C.J. // Journal of Climate. - 2011. - V. 24. - № 22. - P. 5914-5934.

63. Eastman R. Diurnal cycles of cumulus, cumulonimbus, stratus, stratocumulus, and fog from surface observations over land and ocean / Eastman R., Warren S.G. // Journal of climate. - 2014. - V. 27. - № 6. - P. 2386-2404.

64. Eden C. North Atlantic interdecadal variability: oceanic response to the North Atlantic Oscillation (1865-1997) / Eden C., Jung T. // Journal of Climate. - 2001. - V. 14. - № 5. - P. 676-691.

65. Ellingson R.G. Surface longwave fluxes from satellite observations: A critical review / Ellingson R.G. // Remote Sensing of Environment. - 1995. - V. 51. - № 1. - P. 89-97.

66. Elms J.D. Digitizing Historical Records for the Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set (COADS) / Elms J.D., Woodruff S.D., Worley S.J. et al. // Earth System Monitor. - 1993. V. 4. - № 2. - P. 4-10.

67. Enriquez-Alonso. Cloud cover climatologies in the Mediterranean obtained from satellites, surface observations, reanalyses, and CMIP5 simulations: validation and future scenarios / Enriquez-Alonso A., Sanchez-Lorenzo A., Calbo J. et al. // Climate Dynamics. - 2016. - V. 47. - P. 249-269.

68. Falls L.W. The beta distribution: A statistical model for world cloud cover / Falls L.W. // Journal of Geophysical Research. - 1974. - V. 79. - № 9. - P. 1261-1264.

69. Fairall C.W. Bulk parameterization of air-sea fluxes: Updates and verification for the COARE algorithm / Fairall C.W., Bradley E.F., Hare J.E. et al. // Journal of climate. - 2003. - V. 16. - № 4. - P. 571-591.

70. Fairall C.W. Observations of cloud, radiation, and surface forcing in the equatorial eastern Pacific / Fairall C.W., Uttal T., Hazen D. et al. // Journal of climate. - 2008. - V. 21. - № 4. - P. 655-673.

71. Fairall C.W. Implementation of the Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment flux algorithm with CO2, dimethyl sulfide, and O3 / Fairall C.W., Yang M., Bariteau L. et al. // Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2011. - V. 116. - № C00F09.

72. Fasullo J.T. A less cloudy future: The role of subtropical subsidence in climate sensitivity / Fasullo J.T., Trenberth K.E. // Science. - 2012. - V. 338. - № 6108. - P. 792-794.

73. Foster M.J. PATMOS-x: Results from a diurnally corrected 30-yr satellite cloud climatology / Foster M.J., Heidinger A. // Journal of Climate. - 2013. - V. 26. - № 2. - P. 414-425.

74. Free M. Comparison between total cloud cover in four reanalysis products and cloud measured by visual observations at US weather stations / Free M., Sun B., Yoo H.L. // Journal of Climate. - 2016. - V. 29. - № 6. - P. 20152021.

75. Freeman E. ICOADS Release 3.0: a major update to the historical marine climate record / Freeman, E., Woodruff, S. D., Worley, S. J. et al. // International Journal of Climatology. - 2017. - V. 37. - № 5. - P. 2211— 2232.

76. Frey R.A. Cloud detection with MODIS. Part I: Improvements in the MODIS cloud mask for collection 5 / Frey R.A., Ackerman S.A., Liu Y. et al. //Journal of atmospheric and oceanic technology. - 2008. - V. 25. - № 7. - P. 1057-1072.

77. Gastineau G. Cold-season atmospheric response to the natural variability of the Atlantic meridional overturning circulation / Gastineau G., Frankignoul C. // Climate Dynamics. - 2012. - V. 39. - P. 37-57.

78. Groisman P.Y. Changes in the probability of heavy precipitation: important indicators of climatic change / Groisman P.Y., Karl T.R., Easterling D.R. et al. // Weather and climate extremes: changes, variations and a perspective from the insurance industry. - 1999. - P. 243-283.

79. Gulev S.K. Long-term variability of sea—air heat transfer in the North Atlantic ocean / Gulev S.K. // International journal of climatology. - 1995. -V. 15. - № 8. - P. 825-852.

80. Gulev S.K. Assessment of the reliability of wave observations from voluntary observing ships: Insights from the validation of a global wind wave climatology based on voluntary observing ship data / Gulev S.K., Grigorieva V., Sterl A. et al. // Journal of Geophysical Research: Oceans. -2003. - V. 108. - № C7.

81. Gulev S.K. Water mass transformation in the North Atlantic and its impact on the meridional circulation: Insights from an ocean model forced by NCEP-NCAR reanalysis surface fluxes / Gulev S.K., Barnier B., Knochel H. et al. // Journal of climate. - 2003. - V. 16. - № 19. - P. 3085-3110.

82. Gulev S. Estimation of the impact of sampling errors in the VOS observations on air-sea fluxes. Part I: Uncertainties in climate means /

Gulev S., Jung T., Ruprecht E. // Journal of Climate. - 2007. - V. 20. - № 2. - P. 279-301.

83. Gulev S. Estimation of the impact of sampling errors in the VOS observations on air-sea fluxes. Part II: Impact on trends and interannual variability / Gulev S., Jung T., Ruprecht E. // Journal of Climate. - 2007. -V. 20. - № 2. - P. 302-315.

84. Gulev S. K. Probability distribution characteristics for surface air-sea turbulent heat fluxes over the global ocean / Gulev S. K., Belyaev K. // Journal of Climate. - 2012. - V. 25. - № 1. - P. 184-206.

85. Gulev S.K. North Atlantic Ocean control on surface heat flux on multidecadal timescales / Gulev S.K., Latif M., Keenlyside N. et al. // Nature. - 2013. - V. 499. - № 7459. - V. 464-467.

86. Gulev S.K. The origins of a climate oscillation/ Gulev S.K., Latif M. // Nature. - 2015. - V. 521. - № 7553. - P. 428-430.

87. Gulev S.K. Changing state of the climate system / Gulev S.K., Thorne P.W., Ahn J. et al. // Cambridge University Press. - 2021. - P. 287-422.

88. Gupta S.K. A climatology of surface radiation budget derived from satellite data / Gupta S.K., Ritchey N.A., Wilber A.C. et al. // Journal of climate. -1999. - V. 12. - № 8. - P. 2691-2710.

89. Hahn C.J., Warren S.G., London J. The effect of moonlight on observation of cloud cover at night, and application to cloud climatology / Hahn C.J., Warren S.G., London J. // Journal of Climate. - 1995. - V. 8. - № 5. - P. 1429-1446.

90. Hahn C.J., Warren S.G. Extended edited synoptic cloud reports from ships and land stations over the globe, 1952-1996. - Oak Ridge National Lab.(ORNL), Oak Ridge, TN (United States), 1999. - №. ORNL/CDIAC-123; NDP-026C.

91. Hahn C.J., Warren S.G. A gridded climatology of clouds over land (197196) and ocean (1954-97) from surface observations worldwide. - Oak Ridge,

TN : Oak Ridge National Laboratory, Carbon Dioxide Information Analysis Center, 2007.

92. Hanschmann T. Evaluation of the shortwave cloud radiative effect over the ocean by use of ship and satellite observations / Hanschmann T., Deneke H., Roebeling R. et al. // Atmospheric Chemistry and Physics. - 2012. - V. 12. -№ 24. - P. 12243-12253.

93. Hapke B.W. A theoretical photometric function for the lunar surface / Hapke B.W. // Journal of Geophysical Research. - 1963. - V. 68. - № 15. - P. 4571-4586.

94. Hapke B. Optical properties of the lunar surface / Hapke B. // Physics and Astronomy of the Moon. - 1971. - P. 155-211.

95. Heidinger A. Using the NASA EOS A-Train to Probe the Performance of the NOAA PATMOS-x Cloud Fraction CDR / Heidinger A., Foster M., Botambekov D. et al. // Remote Sensing. - 2016. - V. 8. - № 6. - P. 511.

96. Henderson-Sellers A. Surface type and its effect upon cloud cover: A climatological investigation / Henderson-Sellers A. // Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1978. - V. 83. - № C10. - P. 5057-5062.

97. Illingworth A.J. The EarthCARE satellite: The next step forward in global measurements of clouds, aerosols, precipitation, and radiation / Illingworth A.J., Barker H.W., Beljaars A. et al. // Bulletin of the American Meteorological Society. - 2015. - V. 96. - № 8. - P. 1311-1332.

98. Jones P.A. Cloud-cover distributions and correlations / Jones P.A. // Journal of Applied Meteorology and Climatology. - 1992. - V. 31. - № 7. - P. 732741.

99. Josey S.A., Kent E.C., Taylor P.K. New insights into the ocean heat budget closure problem from analysis of the SOC air-sea flux climatology / Josey S.A., Kent E.C., Taylor P.K. // Journal of Climate. - 1999. - V. 12. - № 9. -P. 2856-2880.

100. Josey S. A. A new formula for determining the atmospheric longwave flux at the ocean surface at mid-high latitudes / Josey S.A., Pascal R.W., Taylor

P.K. et al. // Journal of Geophysical Research: Oceans. - 2003. - V. 108. -№ C4. - ID 3108.

101. Kalisch J. Estimation of the total cloud cover with high temporal resolution and parametrization of short-term fluctuations of sea surface insolation / Kalisch J., Macke A. // Meteorologische Zeitschrift. - 2008. - P. 603-611.

102. Kalisch J. Radiative budget and cloud radiative effect over the Atlantic from ship-based observations / Kalisch J., Macke A. // Atmospheric Measurement Techniques. - 2012. - V. 5. - № 10. - P. 2391-2401.

103. Kalnay E. The ncep/ncar 40-year reanalysis project / Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R. et al. // B. Am. Meteorol. Soc. - 1996. - V. 77. - P. 437-471.

104. Karlsson K.G. CLARA-A1: the CM SAF cloud, albedo and radiation dataset from 28 yr of global AVHRR data / Karlsson K.G., Riihelä A., Müller R. Et al. // Atmospheric Chemistry & Physics Discussions. - 2013. - V. 13. - № 10. - P. 5351-5367.

105. Kawai H. Significant improvement of cloud representation in the global climate model MRI-ESM2 / Kawai H., Yukimoto S., Koshiro T. et al. // Geoscientific Model Development. - 2019. - V. 12. - № 7. - P. 2875-2897.

106. Kay J.E. Cloud influence on and response to seasonal Arctic sea ice loss / Kay J.E., Gettelman A. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. -2009. - V. 114. - № D18.

107. Kent E.C. A call for new approaches to quantifying biases in observations of sea surface temperature / Kent E.C., Kennedy J.J., Smith T.M. et al. // Bulletin of the American Meteorological Society. - 2017. - V. 98. - № 8. -P. 1601-1616.

108. Kistler R. The NCEP-NCAR 50-year reanalysis: monthly means CD-ROM and documentation / Kistler R., Kalnay E., Collins W. et al. // Bulletin of the American Meteorological society. - 2001. - V. 82. - № 2. - P. 247-268.

109. Knight J.R. A signature of persistent natural thermohaline circulation cycles in observed climate / Knight J.R., Allan, R.J., Folland C.K. et al. // Geophysical Research Letters. - 2005. - V. 32. - № 20. - ID L20708.

110. Kobayashi S. The JRA-55 reanalysis: General specifications and basic characteristics / Kobayashi S., Ota Y., Harada Y. et al. // Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II. - 2015. - V. 93. - № 1. - P. 5-48.

111. Krisciunas K., Schaefer B. E. A model of the brightness of moonlight / Krisciunas K., Schaefer B. E. // Publications of the Astronomical Society of the Pacific. - 1991. - V. 103. - № 667. - P. 1033.

112. Kushnir Y. Interdecadal variations in North Atlantic sea surface temperature and associated atmospheric conditions / Kushnir Y. // Journal of Climate. -1994. - V. 7. - № 1. - P. 141-157.

113. Latif M. Reconstructing, monitoring, and predicting multidecadal-scale changes in the North Atlantic thermohaline circulation with sea surface temperature / Latif M., Roeckner E., Botzet M. et al. // Journal of Climate. -2004. - V. 17. - № 7. - P. 1605-1614.

114. Latif M. A review of predictability studies of Atlantic sector climate on decadal time scales / Latif M., Collins M., Pohlmann H. et al. // Journal of Climate. - 2006. - V. 19. - № 23. - P. 5971-5987.

115. Letu H. A review of the estimation of downward surface shortwave radiation based on satellite data: Methods, progress and problems / Letu H., Shi J., Li M. et al. // Science China Earth Sciences. - 2020. - V. 63. - № 6. - P. 774789.

116. Li J., Mao J., Wang F. Comparative study of five current reanalyses in characterizing total cloud fraction and top-of-the-atmosphere cloud radiative effects over the Asian monsoon region / Li J., Mao J., Wang F. // International Journal of Climatology. - 2017. - V. 37. - № 15. - P. 50475067.

117. Lietzke C.E., Deser C., Haar T.H.V. Evolutionary structure of the eastern Pacific double ITCZ based on satellite moisture profile retrievals / Lietzke C.E., Deser C., Haar T.H.V. // Journal of Climate. - 2001. - V. 14. - № 5. -P. 743-751.

118. Lind R.J., Katsaros K. B., Gube M. Radiation budget components and their parametrization in JASIN / Lind R.J., Katsaros K. B., Gube M. // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. - 1984. - V. 110. - № 466. -P. 1061-1071.

119. Liu Y., Key J.R. Assessment of Arctic cloud cover anomalies in atmospheric reanalysis products using satellite data / Liu Y., Key J.R. // Journal of Climate. - 2016. - V. 29. - № 17. - P. 6065-6083.

120. Lohmann S. Long-term variability of solar direct and global radiation derived from ISCCP data and comparison with reanalysis data / Lohmann S., Schillings C., Mayer B. et al. // Solar energy. - 2006. - V. 80. - № 11. - P. 1390-1401.

121. Lumb F.E. The influence of cloud on hourly amounts of total solar radiation at the sea surface / Lumb F.E. // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. - 1964. - V. 90. - № 383. - P. 43-56.

122. Mann H.B. Nonparametric tests against trend / Mann H.B. // Econometrica: Journal of the econometric society. - 1945. - P. 245-259.

123. Maury M. F. Maritime Conference held at Brussels for devising a uniform system of meteorological observations at sea, August and September, 1853 / Maury M. F. // Explanations and Sailing Directions to Accompany the Wind and Current Charts. - 1854. - P. 54-96.

124. Mendoza V.M. Simulation of the PDO effect on the North America summer climate with emphasis on Mexico / Mendoza V.M., Oda B., Garduño R. et al. // Atmospheric research. - 2014. - V. 137. - P. 228-244.

125. Monahan A.H. The probability distribution of sea surface wind speeds. Part I: Theory and SeaWinds observations / Monahan A.H. // Journal of climate. - 2006. - V. 19. - № 4. - P. 497-520.

126. Monahan A.H. The probability distribution of sea surface wind speeds. Part II: Dataset intercomparison and seasonal variability / Monahan A.H. // Journal of Climate. - 2006. - V. 19. - № 4. - P. 521-534.

127. Msadek R., Frankignoul C., Li L.Z.X. Mechanisms of the atmospheric response to North Atlantic multidecadal variability: A model study / Msadek R., Frankignoul C., Li L.Z.X. // Climate dynamics. - 2011. - V. 36. - P. 1255-1276.

128. Norris J.R. Low cloud type over the ocean from surface observations. Part II: Geographical and seasonal variations / Norris J.R. // Journal of climate. -1998. - V. 11. - № 3. - P. 383-403.

129. Norris J. R. On trends and possible artifacts in global ocean cloud cover between 1952 and 1995 / Norris J. R. // Journal of Climate. - 1999. - V. 12.

- № 6. - P. 1864-1870.

130. Norris J.R. Multidecadal changes in near-global cloud cover and estimated cloud cover radiative forcing / Norris J.R. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2005. - V. 110. - № D8.

131. Ottera O.H. External forcing as a metronome for Atlantic multidecadal variability / Ottera O.H., Bentsen M., Drange H. et al. // Nature Geoscience.

- 2010. - V. 3. - № 10. - P. 688-694.

132. Parding K. Decadal variability of clouds, solar radiation and temperature at a high-latitude coastal site in Norway / Parding K., Olseth J.A., Dagestad K.F. et al. // Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. - 2014. - V. 66. - №

I. - P. 25897.

133. Pearson E. S. The distribution of the range / Pearson E.S., Hartley H.O. //Biometrika tables for statisticians. - 1976. - V. 1. - P. 43.

134. Poli P. ERA-20C: An atmospheric reanalysis of the twentieth century/ Poli P., Hersbach H., Dee D. P. et al. // Journal of Climate. - 2016. - V. 29. - №

II. - P. 4083-4097.

135. Previdi M., Veron D.E. North Atlantic cloud cover response to the North Atlantic oscillation and relationship to surface temperature changes / Previdi M., Veron D.E. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2007. -V. 112. - № D7.

136. Radley C., Fueglistaler S., Donner L. Cloud and radiative balance changes in response to ENSO in observations and models / Radley C., Fueglistaler S., Donner L. // Journal of climate. - 2014. - V. 27. - № 9. - P. 3100-3113.

137. Raschke E. Comparison of radiative energy flows in observational datasets and climate modeling / Raschke E., Kinne S., Rossow W.B. et al. // Journal of Applied Meteorology and Climatology. - 2016. - V. 55. - № 1. - P. 93117.

138. Reed R. K. On estimating insolation over the ocean / Reed R. K. // Journal of Physical Oceanography. - 1977. - V. 7. - № 3. - P. 482-485.

139. Rienecker M.M. MERRA: NASA's modern-era retrospective analysis for research and applications / Rienecker M.M., Suarez M.J., Gelaro R., et al.// Journal of climate. - 2011. - V. 24. - № 14. - P. 3624-3648.

140. Romanou A. Decorrelation scales of high-resolution turbulent fluxes at the ocean surface and a method to fill in gaps in satellite data products / Romanou A., Rossow W.B., Chou S.H. // Journal of climate. - 2006. - V. 19. - № 14. - P. 3378-3393.

141. Rossow W.B., Schiffer R.A. ISCCP cloud data products / Rossow W.B., Schiffer R.A. // Bulletin of the American Meteorological Society. - 1991. -V. 72. - № 1. - P. 2-20.

142. Rossow W.B. International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP), documentation of cloud data. WMO/TD-266 / Rossow W.B., L.C. Garder P.J. A.W. Walker et al. - Geneva: World Climate Research Programme (ICSU and WMO), 1991. - 76 pp.

143. Rossow W.B., Schiffer R.A. Advances in understanding clouds from ISCCP / Rossow W.B., Schiffer R.A. // Bulletin of the American Meteorological Society. - 1999. - V. 80. - № 11. - P. 2261-2288.

144. Saha S. The NCEP climate forecast system reanalysis / Saha S., Moorthi S., Pan H.L. et al. // Bulletin of the American Meteorological Society. - 2010. -V. 91. - № 8. - P. 1015-1058.

145. Saha S. The NCEP climate forecast system version 2 / Saha S., Moorthi S., Wu X. et al. // Journal of climate. - 2014. - V. 27. - № 6. - P. 2185-2208.

146. Schwartz R.E. North American west coast summer low cloudiness: Broadscale variability associated with sea surface temperature / Schwartz R.E., Gershunov A., Iacobellis S.F. et al. // Geophysical Research Letters. -2014. - V. 41. - № 9. - P. 3307-3314.

147. Semenov V.A. The impact of North Atlantic-Arctic multidecadal variability on Northern Hemisphere surface air temperature / Semenov V.A., Latif M., Dommenget D. et al. // Journal of Climate. - 2010. - V. 23. - № 21. - P. 5668-5677.

148. Slater A.G. Surface solar radiation in North America: A comparison of observations, reanalyses, satellite, and derived products / Slater A.G. // Journal of Hydrometeorology. - 2016. - V. 17. - № 1. - P. 401-420.

149. Slivinski L.C. An evaluation of the performance of the twentieth century reanalysis version 3 / Slivinski L.C., Compo G.P., Sardeshmukh P.D. et al. // Journal of Climate. - 2021. - V. 34. - № 4. - P. 1417-1438.

150. Smith S.D., Dobson F.W. The heat budget at ocean weather station Bravo / Smith S.D., Dobson F.W. // Atmosphere-Ocean. - 1984. - V. 22. - № 1. - P. 1-22.

151. Stöckli R. et al. CM SAF ClOud Fractional Cover dataset from METeosat First and Second Generation - Edition 1 (COMET Ed. 1) // Satellite Application Facility on Climate Monitoring. - 2017.

152. Stubenrauch C.J. Assessment of global cloud datasets from satellites: Project and database initiated by the GEWEX radiation panel / Stubenrauch C.J., Rossow W.B., Kinne S. et al. // Bulletin of the American Meteorological Society. - 2013. - V. 94. - № 7. - P. 1031-1049.

153. Taylor K.E., Stouffer R.J., Meehl G.A. An overview of CMIP5 and the experiment design / Taylor K.E., Stouffer R.J., Meehl G.A. // Bulletin of the American meteorological Society. - 2012. - V. 93. - № 4. - P. 485-498.

154. Taylor P.C. A decomposition of feedback contributions to polar warming amplification / Taylor P.C., Cai M., Hu A. et al.// Journal of Climate. -2013. - V. 26. - № 18. - P. 7023-7043.

155. Trenberth K.E., Solomon A. The global heat balance: Heat transports in the atmosphere and ocean / Trenberth K.E., Solomon A. // Climate Dynamics. -1994. - V. 10. - № 3. - P. 107-134.

156. Trenberth K.E. An imperative for climate change planning: tracking Earth's global energy / Trenberth K.E. // Current Opinion in Environmental Sustainability. - 2009. - V. 1. - № 1. - P. 19-27.

157. Trenberth K.E., Fasullo J.T., Balmaseda M.A. Earth's energy imbalance // Trenberth K.E., Fasullo J.T., Balmaseda M.A. / Journal of Climate. - 2014. - V. 27. - № 9. - P. 3129-3144.

158. Trenberth K.E., Fasullo J.A. New Estimate of Surface Fluxes and Implications, especially for Ocean Heat Transports / Trenberth K.E., Fasullo J.A. // AGU Fall Meeting Abstracts. - 2016. - V. 2016. - P. A23M-02.

159. Trenberth K.E., Cheng L. A perspective on climate change from Earth's energy imbalance / Trenberth K.E., Cheng L. // Environmental Research: Climate. - 2022. - V. 1. - № 1. - P. 013001.

160. Warren S.G. et al. Global distribution of total cloud cover and cloud type amounts over the ocean. - USDOE Office of Energy Research, Washington, DC (USA). Carbon Dioxide Research Div.; National Center for Atmospheric Research, Boulder, CO (USA), 1988. - №. D0E/ER-0406; NCAR/TN-317-STR.

161. Wilcoxon F. Wilcoxon ranking test for unpaired measurements / Wilcoxon F. // Biometrics Bull. - 1945. - V. 1. - P. 80-83.

162. Wiper M. Mixtures of gamma distributions with applications / Wiper M., Insua D.R., Ruggeri F. // Journal of computational and graphical statistics. -2001. - V. 10. - № 3. - P. 440-454.

163. WMO. Manual on Codes, Vol. I. International Codes. - 1974.

164. Woodruff S.D. ICOADS Release 2.5: extensions and enhancements to the surface marine meteorological archive / Woodruff S.D., Worley S.J., Lubker S. J. et al. // International Journal of Climatology. - 2011. - V. 31. - № 7. -P. 951-967.

165. Woollings T. Response of the North Atlantic storm track to climate change shaped by ocean-atmosphere coupling / Woollings T., Gregory J.M., Pinto J.G. et al. // Nature Geoscience. - 2012. - V. 5. - № 5. - P. 313-317.

166. You Q. Comparison of NCEP/NCAR and ERA-40 total cloud cover with surface observations over the Tibetan Plateau / You Q., Jiao Y., Lin H. et al. // International journal of climatology. - 2014. - V. 34. - № 8. - P. 25292537.

167. Yu B. Covariability of SST and surface heat fluxes in reanalyses and CMIP3 climate models / Yu B., Boer G.J., Zwiers F.W. et al. // Climate dynamics. -2011. - V. 36. - P. 589-605.

168. Zhang X. Analysis of surface incident shortwave radiation from four satellite products / Zhang X., Liang S., Wild M. et al. // Remote Sensing of Environment. - 2015. - V. 165. - P. 186-202.

169. Zhang X. Evaluation of the reanalysis surface incident shortwave radiation products from NCEP, ECMWF, GSFC, and JMA using satellite and surface observations / Zhang X., Liang S., Wang G. et al. // Remote Sensing. -2016. - V. 8. - № 3. - P. 225.

170. Zillman J.W. A study of some aspects of the radiation and heat budgets of the southern hemisphere oceans, meteorological study / Zillman J.W. // Canberra, Australia: Commonwealth Bureau of Meteorology. - 1972. - № 26 - P. 562.

171. Zolina O. Improving estimates of heavy and extreme precipitation using daily records from European rain gauges / Zolina O., Simmer C., Belyaev K. et al. // Journal of Hydrometeorology. - 2009. - V. 10. - № 3. - P. 701-716.