Оценка долгопериодных трендов общей облачности в Арктике
|
Введение 3
Глава 1. Особенности облачного покрова и солнечной радиации в Арктике 6
1.1 Дифференциация Арктики по климатическим зонам 6
1.2 Особенности распределения облачного покрова в Арктике 8
1.3 Радиационный режим Арктики 9
Глава 2. Материалы и методы 12
2.1 Характеристика используемых данных по общей облачности 12
2.2 Методы исследования пространственно-временной изменчивости общей облачности 14
Глава 3. Результаты и выводы 16
3.1 Тренды среднемесячной температуры воздуха в Арктике в 1985-2020 гг 16
3.2 Распределение повторяемости количества общей облачности в Арктике на станциях
Ню-Алесунд и Барроу 18
3.3 Долговременные тренды повторяемости пасмурного состояния неба в Арктике в 1985
2020 гг 22
3.4 Тренды потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации на станции
Барроу в 1992-2017 гг. и Ню-Алесунд в 1992-2020 гг 37
Заключение 42
Список литературы 43
Приложения 47
Глава 1. Особенности облачного покрова и солнечной радиации в Арктике 6
1.1 Дифференциация Арктики по климатическим зонам 6
1.2 Особенности распределения облачного покрова в Арктике 8
1.3 Радиационный режим Арктики 9
Глава 2. Материалы и методы 12
2.1 Характеристика используемых данных по общей облачности 12
2.2 Методы исследования пространственно-временной изменчивости общей облачности 14
Глава 3. Результаты и выводы 16
3.1 Тренды среднемесячной температуры воздуха в Арктике в 1985-2020 гг 16
3.2 Распределение повторяемости количества общей облачности в Арктике на станциях
Ню-Алесунд и Барроу 18
3.3 Долговременные тренды повторяемости пасмурного состояния неба в Арктике в 1985
2020 гг 22
3.4 Тренды потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации на станции
Барроу в 1992-2017 гг. и Ню-Алесунд в 1992-2020 гг 37
Заключение 42
Список литературы 43
Приложения 47
Климатическая система Арктики является чувствительной к внешним воздействиям, связанными с изменениями климата (Solomon and Co-authors, 2007). Наблюдения последних десятилетий показывают, что повышение приземной температуры воздуха в Арктике происходит почти в два раза быстрее чем в целом на планете (в более низких широтах) (Serreze and Francis, 2006; Serreze et al., 2009; Screen and Simmonds, 2010). Такой непропорциональный процесс потепления между высокими и низкими широтами получил название «Арктического усиления» («Arctic amplification») или «полярного усиления» («polar amplification») и был отмечен в работах многих авторов (Graversen et al., 2008; Bekryaev et al., 2010; Screen and Simmonds, 2010; Serreze and Barry, 2011; Wang et al. 2012). Таким образом, понимание механизмов, влияющих на увеличение температуры воздуха в Арктике, является одним из важных и актуальных направлений современных климатических исследований.
Повышение приземной температуры воздуха в Арктике, наблюдаемое в последние десятилетия начиная с 1980-ых годов, является результатом взаимодействия различных процессов, которые включают обмен энергией и массой между океаном, морским льдом и атмосферой (ACIA 2005). Однако, по мнению (Screen and Simmonds, 2010), основные причины, лежащие в основе «Арктического усиления», все еще остаются неясными. (Serreze and Barry, 2011) отмечают, что «Арктическое усиление» является внутренним явлением в глобальной климатической системе, которое связано с множеством причин, действующих в широком спектре пространственных и временных масштабов. Различные исследователи выделяют следующие причины «Арктического усиления»: увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере; сокращение площади морского льда (Screen and Simmonds, 2010); изменение альбедо поверхности снега и льда из-за загрязнения аэрозолями; изменения в атмосферной и океанической циркуляции (Schweiger, 2004).
Однако большое количество предыдущих исследований показывают, что повышение температуры воздуха в Арктике в зимний период за последние десятилетия могло произойти в результате изменения содержания водяного пара в атмосфере, а также количества облачности и связанных с ними изменений в потоках коротковолновой и в особенности длинноволновой солнечной радиации (Przybylak, 1999; Shupe and Intrieri, 2004; Serreze et al., 2009; Serreze and Barry, 2011; Taylor et al., 2013; Sviashchennikov and Drugorub, 2022). Было показано, что при повышении приземной температуры воздуха происходит увеличение потоков нисходящей длинноволновой радиации, в первую очередь из-за повышения содержания водяного пара в атмосфере, облачности и оптической толщины облаков (Francis and Hunter, 2007; Miller et al., 2007; Miller and Russell, 2002; Taylor et al., 2013). Также в последние годы возрос интерес многих исследователей к роли переносов тепла и водяного пара в межгодовой изменчивости приземной температуры воздуха в Арктике (Graversen, 2006; Graversen et al., 2008; Hwang and Frierson, 2010; Алексеев и др., 2016).
Основной целью данной работы является анализ трендов общей облачности в Арктике за период с 1985 по 2020 год по данным наземных наблюдений на фоне наблюдаемого изменения климата Арктики. Для этого также в данной работе был дополнительно проведен анализ трендов среднемесячной температуры воздуха в Арктике за период с 1985 по 2020 год и потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации на станциях Ню-Алесунд с 1992 по 2020 гг. и на станции Барроу с 1992 по 2017 гг.
Выбор периода с 1985 по 2020 гг. для оценки трендов количества общей облачности в Арктике был обусловлен тем, что в течение него наблюдаются значительные тренды повышения приповерхностной температуры воздуха в Арктике (Алексеев, 2015). В монографии (Моря российской Арктики в современных климатических условиях, 2021) для исследования климатических изменений в Арктике, связанных с «арктическим усилением», авторами был проанализирован период с 1986 года. По словам авторов, довольно сложно установить четкую временную границу, обозначающую переход к новым климатическим условиям в Арктике. Однако при анализе временных рядов, характеризующих состояние атмосферы, «перелом» можно отнести к середине 1980-х годов, для океана тенденции стали заметны начиная с 1990-х годов.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Провести литературный обзор особенностей распределения облачного покрова в Арктике и радиационного режима, связанного с ним.
2. Собрать наземные данные о количестве общей облачности в Арктике, создать архивы данных, провести критический контроль и обработку данных по количеству общей облачности.
3. Получить тренды среднемесячной температуры воздуха в Арктике за период 19852020 гг.
4. Получить распределение частоты повторяемости различных градаций количества общей облачности на станциях Ню-Алесунд и Барроу
5. Получить тренды количества общей облачности в Арктике за период 1985-2020 гг.
6. Получить тренды потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации на станциях Ню-Алесунд с 1992 по 2020 гг. и станции Барроу с 1992 по 2017 гг.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, в составе третьей главы четырех параграфов, заключения, списка литературы и иных информационных источников и приложений.
В данной работе были использованы некоторые методы статистической обработки, графические и табличные методы представления результатов, а также была проведена работа с картографическими изображениями.
Повышение приземной температуры воздуха в Арктике, наблюдаемое в последние десятилетия начиная с 1980-ых годов, является результатом взаимодействия различных процессов, которые включают обмен энергией и массой между океаном, морским льдом и атмосферой (ACIA 2005). Однако, по мнению (Screen and Simmonds, 2010), основные причины, лежащие в основе «Арктического усиления», все еще остаются неясными. (Serreze and Barry, 2011) отмечают, что «Арктическое усиление» является внутренним явлением в глобальной климатической системе, которое связано с множеством причин, действующих в широком спектре пространственных и временных масштабов. Различные исследователи выделяют следующие причины «Арктического усиления»: увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере; сокращение площади морского льда (Screen and Simmonds, 2010); изменение альбедо поверхности снега и льда из-за загрязнения аэрозолями; изменения в атмосферной и океанической циркуляции (Schweiger, 2004).
Однако большое количество предыдущих исследований показывают, что повышение температуры воздуха в Арктике в зимний период за последние десятилетия могло произойти в результате изменения содержания водяного пара в атмосфере, а также количества облачности и связанных с ними изменений в потоках коротковолновой и в особенности длинноволновой солнечной радиации (Przybylak, 1999; Shupe and Intrieri, 2004; Serreze et al., 2009; Serreze and Barry, 2011; Taylor et al., 2013; Sviashchennikov and Drugorub, 2022). Было показано, что при повышении приземной температуры воздуха происходит увеличение потоков нисходящей длинноволновой радиации, в первую очередь из-за повышения содержания водяного пара в атмосфере, облачности и оптической толщины облаков (Francis and Hunter, 2007; Miller et al., 2007; Miller and Russell, 2002; Taylor et al., 2013). Также в последние годы возрос интерес многих исследователей к роли переносов тепла и водяного пара в межгодовой изменчивости приземной температуры воздуха в Арктике (Graversen, 2006; Graversen et al., 2008; Hwang and Frierson, 2010; Алексеев и др., 2016).
Основной целью данной работы является анализ трендов общей облачности в Арктике за период с 1985 по 2020 год по данным наземных наблюдений на фоне наблюдаемого изменения климата Арктики. Для этого также в данной работе был дополнительно проведен анализ трендов среднемесячной температуры воздуха в Арктике за период с 1985 по 2020 год и потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации на станциях Ню-Алесунд с 1992 по 2020 гг. и на станции Барроу с 1992 по 2017 гг.
Выбор периода с 1985 по 2020 гг. для оценки трендов количества общей облачности в Арктике был обусловлен тем, что в течение него наблюдаются значительные тренды повышения приповерхностной температуры воздуха в Арктике (Алексеев, 2015). В монографии (Моря российской Арктики в современных климатических условиях, 2021) для исследования климатических изменений в Арктике, связанных с «арктическим усилением», авторами был проанализирован период с 1986 года. По словам авторов, довольно сложно установить четкую временную границу, обозначающую переход к новым климатическим условиям в Арктике. Однако при анализе временных рядов, характеризующих состояние атмосферы, «перелом» можно отнести к середине 1980-х годов, для океана тенденции стали заметны начиная с 1990-х годов.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Провести литературный обзор особенностей распределения облачного покрова в Арктике и радиационного режима, связанного с ним.
2. Собрать наземные данные о количестве общей облачности в Арктике, создать архивы данных, провести критический контроль и обработку данных по количеству общей облачности.
3. Получить тренды среднемесячной температуры воздуха в Арктике за период 19852020 гг.
4. Получить распределение частоты повторяемости различных градаций количества общей облачности на станциях Ню-Алесунд и Барроу
5. Получить тренды количества общей облачности в Арктике за период 1985-2020 гг.
6. Получить тренды потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации на станциях Ню-Алесунд с 1992 по 2020 гг. и станции Барроу с 1992 по 2017 гг.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, в составе третьей главы четырех параграфов, заключения, списка литературы и иных информационных источников и приложений.
В данной работе были использованы некоторые методы статистической обработки, графические и табличные методы представления результатов, а также была проведена работа с картографическими изображениями.
По результатам анализа трендов количества общей облачности, полученным в данной работе, повторяемость пасмурного состояния неба в Арктике в период с 1985 по 2020 гг. увеличивалась в целом в течение всего года над морями Северного Ледовитого океана (за исключением моря Лаптевых), с максимальными трендами в октябре и ноябре. Над континентальными частями Арктики в большей степени преобладает процесс уменьшения общей облачности.
В период 1985-2020 гг. с октября по апрель над территорией Арктики обнаружены две области положительных трендов повторяемости пасмурного состояния неба: одна в Северной Атлантике, которая простирается примерно с 20° з.д. до 90° в.д., и включает в себя акватории Гренландского, Баренцева и Карского моря. Другая область охватывает область от 150° в.д. до 150° з.д. и включает в себя акваторию Восточно-Сибирского, Чукотского моря и моря Бофорта. Вероятно, данные области положительных трендов образовались в результате усиления поступления более теплых и влажных воздушных масс из прилегающих районов Атлантического и Тихого океанов, назваными атлантическими и тихоокеанскими «воротами» для атмосферных притоков явного и скрытого тепла в Арктику. Также в течение всего года (за исключением октября и ноября) наблюдается довольно устойчивая область отрицательных трендов повторяемости пасмурного состояния неба в районе моря Лаптевых, на его побережье, и от него к югу в сторону континента, которая может являться следствием усиления переноса холодного, с меньшим содержанием водяного пара воздуха из Евразии через 80-150° в.д., а также расширения влияния действия Азиатского антициклона на север в зимний период.
По результатам анализа трендов потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации, на станциях Ню-Алесунд в 1992-2020 гг. и Барроу в 1992-2017 гг. в течение всего года наблюдаются положительные тренды потоков нисходящей длинноволновой радиации, а также в течение всего года (за исключением июля и августа для станции Ню-Алесунд) наблюдаются положительные тренды повторяемости пасмурного состояния неба. Было получено, что в общем случае увеличение повторяемости пасмурного неба (увеличение облачного покрова) способствует увеличению длинноволновых потоков радиации. В зимний период эта положительная связь проявляется сильнее, так как в период полярной ночи при отсутствии потоков коротковолновой радиации потоки нисходящей длинноволновой радиации являются единственным источником солнечной радиации в Арктике.
В период 1985-2020 гг. с октября по апрель над территорией Арктики обнаружены две области положительных трендов повторяемости пасмурного состояния неба: одна в Северной Атлантике, которая простирается примерно с 20° з.д. до 90° в.д., и включает в себя акватории Гренландского, Баренцева и Карского моря. Другая область охватывает область от 150° в.д. до 150° з.д. и включает в себя акваторию Восточно-Сибирского, Чукотского моря и моря Бофорта. Вероятно, данные области положительных трендов образовались в результате усиления поступления более теплых и влажных воздушных масс из прилегающих районов Атлантического и Тихого океанов, назваными атлантическими и тихоокеанскими «воротами» для атмосферных притоков явного и скрытого тепла в Арктику. Также в течение всего года (за исключением октября и ноября) наблюдается довольно устойчивая область отрицательных трендов повторяемости пасмурного состояния неба в районе моря Лаптевых, на его побережье, и от него к югу в сторону континента, которая может являться следствием усиления переноса холодного, с меньшим содержанием водяного пара воздуха из Евразии через 80-150° в.д., а также расширения влияния действия Азиатского антициклона на север в зимний период.
По результатам анализа трендов потоков суммарной и нисходящей длинноволновой радиации, на станциях Ню-Алесунд в 1992-2020 гг. и Барроу в 1992-2017 гг. в течение всего года наблюдаются положительные тренды потоков нисходящей длинноволновой радиации, а также в течение всего года (за исключением июля и августа для станции Ню-Алесунд) наблюдаются положительные тренды повторяемости пасмурного состояния неба. Было получено, что в общем случае увеличение повторяемости пасмурного неба (увеличение облачного покрова) способствует увеличению длинноволновых потоков радиации. В зимний период эта положительная связь проявляется сильнее, так как в период полярной ночи при отсутствии потоков коротковолновой радиации потоки нисходящей длинноволновой радиации являются единственным источником солнечной радиации в Арктике.
Подобные работы
- Оценка долгопериодных трендов общей облачности в Арктике
Бакалаврская работа, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4760 р. Год сдачи: 2023 - Особенности современных изменений ледовитости в Западном секторе Арктики
Бакалаврская работа, география. Язык работы: Русский. Цена: 4240 р. Год сдачи: 2021