Введение 3
Часть 1. Изменение климата полярных широт. Полярное усиление 5
Часть 2. Методы исследования и используемые данные 8
2.1. Анализ натурных данных и реанализа (HadCRUT, Era-Interim) 8
2.1.1. Анализ данных реанализа Era-Interim 8
2.1.2. Оценка полярного усиления по данным HadCRUT4.5 13
2.2. Оценки на основе контрольных экспериментов с моделями CMIP5 18
2.3. Численные эксперименты с моделью Alexeev-Jackson (2012) 26
2.4. Оценка связи полярного усиления с низкочастотной изменчивостью 30
Часть 3. Выводы 33
Заключение 35
Литература 36
Согласно данным метеорологических наблюдений и по результатам многих научных трудов (IASC, 2005; Serreze, Francis, 2006), климатическая система Северной полярной области (СПО) имеет специфические характеристики и свойства. Особенностью данной широтной области можно назвать явление полярного усиления (Polar/Arctic amplification), определение которого было дано в докладе Международного Арктического научного комитета (IASC - International Arctic Science Committee) «Оценка климатических воздействий в Арктике» (ACIA - Arctic Climate Impact Assessment), опубликованном в 2005 году. Термин «полярное усиление» обозначает интенсификацию изменений приземной температуры воздуха (SAT – Surface Air Temperature) в Арктическом регионе, по сравнению с изменениями SAT в Северном полушарии и на всей планете в целом.
В контексте современного глобального потепления, полярное усиление приводит к резкому снижению площади морских и континентальных льдов (Perovich & Richter-Menge, 2009). В свою очередь, вынос опреснённых вод из Северного Ледовитого океана, которые высвобождаются после таяния морских льдов, влияет на распространение ледяного покрова, на циркуляцию в северной части Атлантического океана, и, как следствие, на климат региона и всей планеты. С учетом такой чувствительности климатической системы СПО, представляет интерес моделирование явления полярного усиления и выявление его роли в формировании климата Северного полушария.
Актуальность работы характеризуется, в первую очередь, научными, а также политическими и экономическими интересами разных стран к Арктическому региону. К тому же, принимая во внимание тот факт, что полярное усиление является одним из механизмов, приводящих к изменению климата, возрастает интерес его исследования и возможного прогнозирования последствий его воздействия на климат Северного полушария и планеты в целом.
Целью данной научной работы является изучение механизмов формирования полярного усиления и выявление его связи с низкочастотной изменчивостью климатической системы СПО.
Для достижения данной цели был поставлен ряд задач:
1) Анализ климатических изменений Северной полярной области и изучение механизма полярного усиления;
2) Формирование временных рядов приземной температуры воздуха на основе метеорологических данных HadCRUT4 и данных реанализа Era-Interim, проведение статистических расчетов и оценка полярного усиления;
3) Формирование временных рядов по данным модельных расчетов по приземной температуре воздуха, сформированной в результате контрольных экспериментов ансамбля моделей CMIP5; проведение статистических расчетов и оценка полярного усиления;
4) Проведение ряда экспериментов с использованием энергобалансовой модели Алексеева-Джексона (2012) для оценки полярного усиления;
5) Определение характера связи полярного усиления с низкочастотной изменчивостью климатической системы СПО.
Структура работы. Работа состоит из пяти частей: введения, главы с климатологической характеристикой региона, главы с методикой статистической обработки временных рядов и главы с анализом полученных результатов оценок полярного усиления.
В представленной работе используются среднемесячные метеорологические данные HadCRUT4 по приземной температуре воздуха, взятые с английского сайта Climate Research Unit, а также данные по приземной температуре воздуха реанализа Era-Interim, полученные из базы данных European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. Помимо этого, в работе применяются данные, сформированные по результатам расчетов ансамбля моделей CMIP5, которые находятся в свободном доступе на голландском сайте Royal Netherlands Meteorological Institute.
Для численной обработки массивов данных были применены такие пакеты программ, как MATLAB, MS Excel, Geany (Fortran). Для графического отображения результатов использована программа Grapher 11.
В результате проведенного исследования, было изучен механизм полярного усиления, а также были проведены оценки полярного усиления по натурным данным, реанализу и результатам модельных экспериментов.
Было выявлено, что натурные данные и реанализ подтверждают наличие полярного усиления, а по результатам модельных экспериментов при разделении широтных зон по 30°с.ш. оно проявляется менее интенсивно, либо не проявляется вообще. При разделении по 60°с.ш. полярное усиление проявляется вполне четко, т.е. в контрольных экспериментах CMIP5 оно пространственно ограничено.
Низкочастотный диапазон спектра вносит наибольший вклад в спектральную плотность почти во всех экспериментах, за исключением ряда моделей CMIP5, в которых наблюдается вклад более высоких частот.
Полученные оценки подтверждают участие полярного усиления в формировании климата Северного полушария, а именно – интенсификацию изменений приземной температуры воздуха в Северной полярной области, по сравнению с изменениями SAT в Северном полушарии и на всей планете в целом.
