Исследование изменчивости осадков и испарения над акваторией Северной Атлантики
|
Сокращения 3
Введение 4
1. Физико-географическое описание Северной части Атлантического
океана 8
1.1. Особенности расположения акватории 9
1.2. Геоморфология берегов 11
1.3. Гидрологические и гидрохимические особенности океана 11
1.4. Климат 14
1.5. Особенности формирования влагообмена над акваторией
северной части Атлантического океана 15
2. Исходные данные и методы исследования 29
2.1. Создание архива исходных данных и их обработка 29
2.2. Методы статической обработки данных влагообмена 32
3. Изменчивость характеристик влагообмена в Атлантическом океана 40
3.1. Испарение 40
3.2. Осадки 49
Заключение 57
Список использованных источников 59
Введение 4
1. Физико-географическое описание Северной части Атлантического
океана 8
1.1. Особенности расположения акватории 9
1.2. Геоморфология берегов 11
1.3. Гидрологические и гидрохимические особенности океана 11
1.4. Климат 14
1.5. Особенности формирования влагообмена над акваторией
северной части Атлантического океана 15
2. Исходные данные и методы исследования 29
2.1. Создание архива исходных данных и их обработка 29
2.2. Методы статической обработки данных влагообмена 32
3. Изменчивость характеристик влагообмена в Атлантическом океана 40
3.1. Испарение 40
3.2. Осадки 49
Заключение 57
Список использованных источников 59
Крупномасштабный влагообмен недостаточно изучен и в настоящее время. Для земного шара характерно наличие системы планетарных (глобальных) круговоротов энергии и различных веществ (воды, газов, солей), приводимых в движение, прежде всего солнечной радиацией. Важное место в этой системе занимает круговорот воды, или, другими словами, глобальный гидрологический цикл (ГГЦ), представляющий непрерывный процесс циркуляции и перераспределения всех природных вод между отдельными оболочками Земли и устанавливающий определенные соотношения между ними при различных масштабах осреднения.
Объектом исследования можно выделить именно глобальный гидрологический цикл. Однако он является частным вопросом метеорологии, океанологии или гидрологии, а представляет собой сложную геофизическую проблему. При этом геофизическое понимание глобального водного баланса предполагает определение не только всех видов вод и гидрологических объектов, но и всех потоков влаги в, пределах гидросферы, атмосферы, литосферы и между ними, а также разного масштаба процессов в пространственном и временном разрезах и их сложные, нелинейного характера взаимодействия друг с другом. Такое понимание ГГЦ сформулировано Сатклиффом еще в 1970 г. на открытии международного симпозиума по мировому водному балансу, оно не только не устарело, но, напротив, приобретает все более актуальное звучание. Несмотря на внешнюю простоту схемы круговорота влаги в природе, наши знания о физических процессах еще явно недостаточны. Более того, с уменьшением пространственно-временных масштабов осреднения гидрологические процессы настолько усложняются, что иногда не представляется возможным количественно оценить члены уравнения водного баланса. Весьма низка также точность измерений и расчетов составляющих гидрологического цикла (ГЦ). Достаточно сказать, что даже глобальные оценки потоков влаги между отдельными оболочками Земли, полученные разными авторами в последние годы, значительно отличаются друг от друга. Особенно плохо обстоит дело с оценкой количества осадков, выпадающих на поверхность Мирового океана, точность определения, которых практически не поддается учету. Атмосфера является центральным и наиболее изменчивым компонентом климатической системы океан-атмосфера- криосфера-биосфера, то вполне определенно можно утверждать, что атмосферное звено играет центральную роль в ГГЦ и, стало быть, требует к себе самого пристального внимания.
Предмет исследования - влагообмен, который представляет из себя непрерывный процесс перемещения воды под действием солнечной радиации и силы тяжести. Благодаря влагообмену в атмосфере возникают облака и выпадают осадки. Выделяют малый, большой и внутриматериковый влагообмен. Малый влагообмен наблюдается над океаном, здесь взаимодействуют атмосфера, гидросфера, в процессе участвует живое вещество. Благодаря испарению в атмосферу поступает водяной пар, образуются облака и осадки выпадают на океан.
В большом влагообмене взаимодействуют атмосфера, литосфера, гидросфера, живое вещество. Испарение и транспирация в поверхности океана и с суши обеспечивают поступление водяного пара в атмосферу. Облака, попадая в потоки ОЦА, переносятся на значительные расстояния и осадки могут выпадать в любой точке на поверхности Земли.
Внутриматериковый влагообмен характерен для областей внутреннего стока. Глобальный влагообмен Земли находит свое выражение в водном балансе Земли. За год количество испарившейся на всей Земле воды равно выпавшим осадкам, в годовой влагообмен включено 525,1 тыс. км3воды. В течение года с каждого км2Земли в среднем испаряется 1030 мм воды. Уровень Мирового океана является важнейшей характеристикой, определяющей как гидродинамические процессы в самом океане, так и характер взаимодействия океана и атмосферы. [1]
Межгодовая изменчивость осадков и испарения до сих пор не достаточно изучена, не смотря на большое количество данных, не малую часть которых, конечно же, составляют спутниковые измерения (естественно доверие к ним существует и в настоящее время). А так же тесную связь с изменениями уровня Мирового океана и в целом большого влияния на формирование климата планеты. Поэтому в настоящее время подобные исследования являются актуальными и востребованными.
В различных работах Малинина В.Н. и Шевчука О.И.[2] была исследована изменчивость осадков и испарения, причем за разные промежутки времени. Из последних и сопоставимых исследований это изменчивость параметров влагообмена, вычисленная по данным CDAS-1 (ClimateDataAssimilationSystem). В данный момент уже имеется новый гидрометеорологический архив CDAS-2, поэтому и возникает большой интерес в исследовании данных находящихся в новом архиве.
Целью данной работы является выявление различных долгопериодных тенденций изменчивости характеристик водного баланса над акваторией северной части Атлантического океана за последние десятилетия.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Создание архива временных рядов осадков и испарения над акваторией северной части Атлантического океана в пространственной сетке 5х5° на основании данных архива CDAS-2 (ClimateDataAssimilationSystem);
2. Построение карт климатических значений составляющих влагообмена (осадки и испарение) над всей акваторией северной части Атлантического океана
3. Построение графиков зонального распределения осредненных осадков и испарения над акваторией северной части Атлантического океана
4. Выделение и анализ трендов в межгодовом ходе
составляющих влагообмена над акваторией Атлантического океана.
Объектом исследования можно выделить именно глобальный гидрологический цикл. Однако он является частным вопросом метеорологии, океанологии или гидрологии, а представляет собой сложную геофизическую проблему. При этом геофизическое понимание глобального водного баланса предполагает определение не только всех видов вод и гидрологических объектов, но и всех потоков влаги в, пределах гидросферы, атмосферы, литосферы и между ними, а также разного масштаба процессов в пространственном и временном разрезах и их сложные, нелинейного характера взаимодействия друг с другом. Такое понимание ГГЦ сформулировано Сатклиффом еще в 1970 г. на открытии международного симпозиума по мировому водному балансу, оно не только не устарело, но, напротив, приобретает все более актуальное звучание. Несмотря на внешнюю простоту схемы круговорота влаги в природе, наши знания о физических процессах еще явно недостаточны. Более того, с уменьшением пространственно-временных масштабов осреднения гидрологические процессы настолько усложняются, что иногда не представляется возможным количественно оценить члены уравнения водного баланса. Весьма низка также точность измерений и расчетов составляющих гидрологического цикла (ГЦ). Достаточно сказать, что даже глобальные оценки потоков влаги между отдельными оболочками Земли, полученные разными авторами в последние годы, значительно отличаются друг от друга. Особенно плохо обстоит дело с оценкой количества осадков, выпадающих на поверхность Мирового океана, точность определения, которых практически не поддается учету. Атмосфера является центральным и наиболее изменчивым компонентом климатической системы океан-атмосфера- криосфера-биосфера, то вполне определенно можно утверждать, что атмосферное звено играет центральную роль в ГГЦ и, стало быть, требует к себе самого пристального внимания.
Предмет исследования - влагообмен, который представляет из себя непрерывный процесс перемещения воды под действием солнечной радиации и силы тяжести. Благодаря влагообмену в атмосфере возникают облака и выпадают осадки. Выделяют малый, большой и внутриматериковый влагообмен. Малый влагообмен наблюдается над океаном, здесь взаимодействуют атмосфера, гидросфера, в процессе участвует живое вещество. Благодаря испарению в атмосферу поступает водяной пар, образуются облака и осадки выпадают на океан.
В большом влагообмене взаимодействуют атмосфера, литосфера, гидросфера, живое вещество. Испарение и транспирация в поверхности океана и с суши обеспечивают поступление водяного пара в атмосферу. Облака, попадая в потоки ОЦА, переносятся на значительные расстояния и осадки могут выпадать в любой точке на поверхности Земли.
Внутриматериковый влагообмен характерен для областей внутреннего стока. Глобальный влагообмен Земли находит свое выражение в водном балансе Земли. За год количество испарившейся на всей Земле воды равно выпавшим осадкам, в годовой влагообмен включено 525,1 тыс. км3воды. В течение года с каждого км2Земли в среднем испаряется 1030 мм воды. Уровень Мирового океана является важнейшей характеристикой, определяющей как гидродинамические процессы в самом океане, так и характер взаимодействия океана и атмосферы. [1]
Межгодовая изменчивость осадков и испарения до сих пор не достаточно изучена, не смотря на большое количество данных, не малую часть которых, конечно же, составляют спутниковые измерения (естественно доверие к ним существует и в настоящее время). А так же тесную связь с изменениями уровня Мирового океана и в целом большого влияния на формирование климата планеты. Поэтому в настоящее время подобные исследования являются актуальными и востребованными.
В различных работах Малинина В.Н. и Шевчука О.И.[2] была исследована изменчивость осадков и испарения, причем за разные промежутки времени. Из последних и сопоставимых исследований это изменчивость параметров влагообмена, вычисленная по данным CDAS-1 (ClimateDataAssimilationSystem). В данный момент уже имеется новый гидрометеорологический архив CDAS-2, поэтому и возникает большой интерес в исследовании данных находящихся в новом архиве.
Целью данной работы является выявление различных долгопериодных тенденций изменчивости характеристик водного баланса над акваторией северной части Атлантического океана за последние десятилетия.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Создание архива временных рядов осадков и испарения над акваторией северной части Атлантического океана в пространственной сетке 5х5° на основании данных архива CDAS-2 (ClimateDataAssimilationSystem);
2. Построение карт климатических значений составляющих влагообмена (осадки и испарение) над всей акваторией северной части Атлантического океана
3. Построение графиков зонального распределения осредненных осадков и испарения над акваторией северной части Атлантического океана
4. Выделение и анализ трендов в межгодовом ходе
составляющих влагообмена над акваторией Атлантического океана.
На основе архива NOAA NCEP-DOE Reanalysis-26HH создан собственный архив данных по значениям осадков и испарений в пространственной сетке 5х5°
Построены карты климатических значений, составляющих влагообмена, которые показали, что данные используемого архива вполне сопоставимы с климатическими картами других авторов. Максимальные значения испарения расположены у берегов Южной и Северной Америки от 10° с.ш. - 40° с.ш. и находятся в пределах от 200 до 270 см/мес. Эти значения представлены в виде трех очагов, расположенных у побережья США (38° с.ш. - 65° з.д.), (33° с.ш. - 78° з.д.) и Венесуэлы (12° с.ш. - 50°
з.д.). Севернее 40° с.ш. испарение составляет 160 и менее см/мес. В западной части исследуемого района градиент изменения осадков больше, чем у восточных берегов Атлантического океана, однако пределы практически одинаковые. В испарении имеются наблюдаются яркие очаги с низким количеством выпавших осадков. Самый крупный находятся у побережья Африки (20° с.ш.). Во всех остальных областях годовое количество осадков колеблется в пределах 60-120 см/год. Самое большое количество осадков наблюдается на экваторе вблизи северо¬восточной части Южной Америки у побережья Венесуэлы и распространяется в направлении экватора до побережья Африки. В этом районе океана количество выпавших осадков достигает 200-220 см/год. Также большие количества осадков выпадают у побережья Северной Америки в районе 35° с.ш. - 45° з.д., где они составляют 180-200 см/год.
Полученные зональные распределения испарения и осадков, адекватно отражают изменение характеристик с широтой.
По полученным данным осадков и испарения были проанализированных тренды в межгодовом ходе, составляющие влагообмена. Можно сделать вывод, что изменения межгодового хода испарения и осадков в северной части Атлантического океана носят нелинейный характер. Испарение С 1980 по 1996 гг. наблюдается положительная тенденция роста испарения со средней скоростью 0,47 см/год, а в период с 1997 по 2014 гг. тренд вообще не значим и можно сделать вывод об отсутствии какого либо тренда на данном участке. Изменения межгодового хода осадков в северной части Атлантического океана до 2007 года наблюдался планомерный рост количество осадков со скоростью 1,55 см/год, а после 2007 года спад, так как наблюдается отрицательный тренд, но значимость его не велика, поэтому скорее всего пока можно утверждать, то в период с 2007 по 2014 год появляется некоторая стационарность в изменчивости осадков.
Построены карты климатических значений, составляющих влагообмена, которые показали, что данные используемого архива вполне сопоставимы с климатическими картами других авторов. Максимальные значения испарения расположены у берегов Южной и Северной Америки от 10° с.ш. - 40° с.ш. и находятся в пределах от 200 до 270 см/мес. Эти значения представлены в виде трех очагов, расположенных у побережья США (38° с.ш. - 65° з.д.), (33° с.ш. - 78° з.д.) и Венесуэлы (12° с.ш. - 50°
з.д.). Севернее 40° с.ш. испарение составляет 160 и менее см/мес. В западной части исследуемого района градиент изменения осадков больше, чем у восточных берегов Атлантического океана, однако пределы практически одинаковые. В испарении имеются наблюдаются яркие очаги с низким количеством выпавших осадков. Самый крупный находятся у побережья Африки (20° с.ш.). Во всех остальных областях годовое количество осадков колеблется в пределах 60-120 см/год. Самое большое количество осадков наблюдается на экваторе вблизи северо¬восточной части Южной Америки у побережья Венесуэлы и распространяется в направлении экватора до побережья Африки. В этом районе океана количество выпавших осадков достигает 200-220 см/год. Также большие количества осадков выпадают у побережья Северной Америки в районе 35° с.ш. - 45° з.д., где они составляют 180-200 см/год.
Полученные зональные распределения испарения и осадков, адекватно отражают изменение характеристик с широтой.
По полученным данным осадков и испарения были проанализированных тренды в межгодовом ходе, составляющие влагообмена. Можно сделать вывод, что изменения межгодового хода испарения и осадков в северной части Атлантического океана носят нелинейный характер. Испарение С 1980 по 1996 гг. наблюдается положительная тенденция роста испарения со средней скоростью 0,47 см/год, а в период с 1997 по 2014 гг. тренд вообще не значим и можно сделать вывод об отсутствии какого либо тренда на данном участке. Изменения межгодового хода осадков в северной части Атлантического океана до 2007 года наблюдался планомерный рост количество осадков со скоростью 1,55 см/год, а после 2007 года спад, так как наблюдается отрицательный тренд, но значимость его не велика, поэтому скорее всего пока можно утверждать, то в период с 2007 по 2014 год появляется некоторая стационарность в изменчивости осадков.