Гольфстрим и климат Европы
|
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 Описание района исследования 4
1.1 Физико-географическое описание Гольфстрима 4
1.2 Характеристики системы течений Гольфстрим 6
1.3 Вывод по главе 9
Глава 2 Исходные данные и методы их статистического анализа 10
2.1 Исходные данные 10
2.2 Анализ тренда 10
2.3 Автокорреляционный анализ 11
2.4 Гармонический анализ 12
2.5 Вывод по главе 14
Глава 3 Изменчивость характеристик Северной Атлантики 15
3.1 Анализ среднемесячной и среднегодовой изменчивости Индекса
Гольфстрима 15
3.1.1 Выделение и анализ тренда 15
3.1.2 Автокорреляционный анализ 16
3.1.3 Гармонический анализ 21
3.2 Анализ среднегодовой изменчивости расхода воды Флоридского течения . 24
3.2.1 Выделение и анализ тренда 24
3.2.2 Автокорреляционный анализ 25
3.2.3 Гармонический анализ 25
3.4 Анализ среднегодовой изменчивости индекса Северо-Атлантического колебания 27
3.4.1 Выделение и анализ тренда 27
3.4.2 Автокорреляционный анализ 27
3.4.3 Гармонический анализ 28
3.4.4 Изменчивость теплоотдачи между океаном и атмосферой в Бермудской
энергоактивной зоне океана (ЭАЗО) 30
3.5 Вывод по главе 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Глава 1 Описание района исследования 4
1.1 Физико-географическое описание Гольфстрима 4
1.2 Характеристики системы течений Гольфстрим 6
1.3 Вывод по главе 9
Глава 2 Исходные данные и методы их статистического анализа 10
2.1 Исходные данные 10
2.2 Анализ тренда 10
2.3 Автокорреляционный анализ 11
2.4 Гармонический анализ 12
2.5 Вывод по главе 14
Глава 3 Изменчивость характеристик Северной Атлантики 15
3.1 Анализ среднемесячной и среднегодовой изменчивости Индекса
Гольфстрима 15
3.1.1 Выделение и анализ тренда 15
3.1.2 Автокорреляционный анализ 16
3.1.3 Гармонический анализ 21
3.2 Анализ среднегодовой изменчивости расхода воды Флоридского течения . 24
3.2.1 Выделение и анализ тренда 24
3.2.2 Автокорреляционный анализ 25
3.2.3 Гармонический анализ 25
3.4 Анализ среднегодовой изменчивости индекса Северо-Атлантического колебания 27
3.4.1 Выделение и анализ тренда 27
3.4.2 Автокорреляционный анализ 27
3.4.3 Гармонический анализ 28
3.4.4 Изменчивость теплоотдачи между океаном и атмосферой в Бермудской
энергоактивной зоне океана (ЭАЗО) 30
3.5 Вывод по главе 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Течение Гольфстрим одно из самых мощных и теплых течений в Северной Атлантике, оказывающее значительное влияние на климат. Благодаря его теплым потокам в Европе наблюдается мягкий благоприятный климат. Во многих странах на изменение климата может повлиять то, что активность данного течения значительно снизиться в ближайшие десятилетия.
Актуальность данной работы состоит в том, что к процессам циркуляции в Северной Атлантике возрастает огромный интерес. Происходят обсуждения о том, что похолодание в Европе может произойти в ближайшее время, а глобальное потепление нарушает равновесие в Гольфстриме. Течение Гольфстрим приносит значительное количество тепла в Европу. Сильное климатическое воздействие оказывает его изменчивость. На протяжении многих десятилетий исследуется положение Гольфстрима. Это и представляет интерес для мониторинга и изучения причин его изменчивости.
Целью работы является исследование процессов, происходящих как в самом Гольфстриме, так и в Северной Атлантике. Данное исследование необходимо для определения того, каким образом данные процессы оказывают влияние климатические условия в Европе, и какое взаимодействие между собой оказывают атмосфера и океан.
Задачи данной работы заключаются следующие:
- дать физико-географическое описание о системе течений Гольфстрим и его характеристиках;
- описать методы статистического анализа;
- провести статистический анализ изменчивости индекса Гольфстрима и индекса Северо-Атлантического колебания;
- описать характеристики распределения расходов воды Флоридского течения;
- оценить влияние Гольфстрима на климат Европы.
Актуальность данной работы состоит в том, что к процессам циркуляции в Северной Атлантике возрастает огромный интерес. Происходят обсуждения о том, что похолодание в Европе может произойти в ближайшее время, а глобальное потепление нарушает равновесие в Гольфстриме. Течение Гольфстрим приносит значительное количество тепла в Европу. Сильное климатическое воздействие оказывает его изменчивость. На протяжении многих десятилетий исследуется положение Гольфстрима. Это и представляет интерес для мониторинга и изучения причин его изменчивости.
Целью работы является исследование процессов, происходящих как в самом Гольфстриме, так и в Северной Атлантике. Данное исследование необходимо для определения того, каким образом данные процессы оказывают влияние климатические условия в Европе, и какое взаимодействие между собой оказывают атмосфера и океан.
Задачи данной работы заключаются следующие:
- дать физико-географическое описание о системе течений Гольфстрим и его характеристиках;
- описать методы статистического анализа;
- провести статистический анализ изменчивости индекса Гольфстрима и индекса Северо-Атлантического колебания;
- описать характеристики распределения расходов воды Флоридского течения;
- оценить влияние Гольфстрима на климат Европы.
Процессам циркуляции в Северной Атлантике в настоящее время уделяют повышенное внимание как в научной среде, так и в средствах массовой информации. Ослабление интенсивности Гольфстрима - главная обсуждаемая тема. Исходя из этого, в представленной работе выполнена оценка интенсивности вод Гольфстрима и их влияние на климат Европы.
Для решения поставленных задач проведен статистический анализ индекса Гольфстрима «Северная стена» (GSNW) за период с 1966 по 2021 гг. Положительные значимые тренды наблюдаются в рядах среднемесячных и среднегодовых значений, что говорит об увеличении индекса GSNW. В среднемесячных значениях величина тренда составляет 0,002 в месяц, вклад - 6,3 %, а в среднегодовых - 0,02 в год и вклад 20,6 %. Исходя из этого, можно сделать вывод, что при отрицательных значениях индекса GSNW течение Гольфстрим продвигается в южном направлении, а при положительных значениях Гольфстрим движется по направлению на север. За исследуемый период севернее всего Гольфстрим находился в 2002 г., южнее - в 2011 г. Соответственно, ослабления течения Гольфстрим не происходило, т. к. северная граница Гольфстрима перемещалась к северу.
Автокорреляционный анализ в ряде среднемесячных значений индекса GSNW показывает, что процесс является смешанным, наблюдаются циклические колебания с периодичностью 2-4 месяца, а также высокую инерционность и радиус корреляции 65 месяцев, что соответствует красному шуму. Вклад тренда в дисперсию составляет 7 %. По гармоническому анализу видно, что все гармоники значимые. Подтверждение этому наличие циклических колебаний на АКФ. Для среднегодовых значений наблюдается процесс простой цепи Маркова и является малоинерционным, радиус корреляции - 2 года. Вклад тренда в дисперсию равен 22%. Гармонический анализ показал, что все выделенные гармоники значимые, других периодичностей в рядах интенсивности течения не проявляется. Все выделенные гармоники оказались значимыми.
Оценка изменчивости расходов воды Флоридского течения был получена в результате статистического анализа за период с 1982 по 2021 гг. средняя интенсивность течения за исследуемы период составила 32,29 Св, минимальная - 29,30 Св, а максимальная - 35,47 Св. Для среднегодовых значений оказался значимым только нелинейный тренд, величина тренда равна 0,003 Св в год, его вклад в дисперсию исходного ряда составил 16 %.
Автокорреляционный анализ ряда среднегодовых значений расходов воды Флоридского течения показывает абсолютно случайный процесс. Периодичность отсутствует, на АКФ отчетливо наблюдается белый шум, радиус корреляции составляет 1 год. При гармоническом анализе все гармоники значимые, но периодичности в распределении расхода не наблюдается.
Косвенная оценка интенсивности Северо-Атлантического колебания, полученная в результате анализа индекса САК. За исследуемый период с 1993 по 2019 гг. в рядах среднегодовых значений отсутствуют тренды. Это подтверждает то, что не происходило кардинальных изменений в интенсивности. Положительные значения индекса после 2010 г. показывают, что теплые воды Гольфстрима продолжают поступать к берегам Европы. Автокорреляционный анализ показал, что отсутствует периодичность, процесс является абсолютно случайным. Наблюдается белый шум с радиусом корреляции 1 год. Все гармоники оказались значимыми при проведении гармонического анализа, общий вклад гармоник -11 %.
Основными факторами, которые формируют перенос влаги в Европу, являются циркуляция атмосферы и испарение с акватории океана. Индекс Северо-Атлантического колебания - важная характеристика в формировании циркуляции атмосферы в северном полушарии, влияющая на формирование климата в Европе. Циклоны и антициклоны образуются под действием западного переноса воздушных масс. При положительном индексе САК происходит увеличение циклонов, западный перенос приносит в Европу мягкую теплую зиму с большим количеством осадков и холодное лето. Теплые воды Гольфстрима и Северо-Атлантического течения поступают на север. Тем временем из Арктики прибывает небольшое количество льда, которое в последствии тает в Северной Атлантике. При отрицательном индексе САК наблюдается уменьшение циклонической деятельности, происходит ослабление западных ветров. В Европу приходит сухая холодная зима с небольшим количеством осадков и теплое лето. Течение Гольфстрим ослабевает и переносит на север более холодные воды. Медленно сокращается количество льда, поступающего из Арктики.
Энергоактивные зоны (Бермудская, Ньюфаундлендская и Норвежская), связанные с теплым течением Гольфстрим, формируют изменчивость индекса САК, который определяет перенос водяного пара в Европу. Индекс Северо-Атлантического колебания в теплый период года выражен слабо, поэтому его влияние на перенос влаги уменьшается. А в холодный период года индекс САК имеет более сильную выраженность, поэтому влияние на перенос влаги максимально. Водяной пар влияет на изменчивость осадков не только в Европе, но и в бассейне Волги и увеличивает уровень Каспийского моря. Испарение возрастает при усилении индекса САК, поэтому происходит перенос большого количества влаги на континент. Соответственно, количество осадков, выпадающих в бассейне Волги увеличивается, что приводит к повышению стока реки и увеличению уровня моря. При ослаблении индекса САК наблюдается уменьшение испарения, которое сопровождается сокращением количества осадков, что приводит к уменьшению стока и понижению уровня моря. Известно, что в холодный период года атмосферный перенос водяного пара выступает в качестве единственного источника выпадения осадков в бассейне Волги, который обусловлен испарением с акватории Северной Атлантики, а в теплый период года является основным источником.
Главным выводом в результате данного исследования является то, что в последние десятилетия в циркуляции вод Северной Атлантики существенные изменения не наблюдаются. Интенсивность течения Гольфстрим находится в норме. Гольфстрим продолжает продвигаться в северном направлении, осуществляя перенос тепла в Европу. Северо-Атлантическое колебание также оказывает влияние на климатические условия на европейский континент и европейскую территорию России. Индекс САК изменяется в пределах нормы, поэтому говорить о глобальном потеплении в крупных масштабах не имеет смысла. Таким образом, говорить о том, что глобальное потепление нарушает равновесие течения Гольфстрим и Европа «замерзнет» нецелесообразно.
Для решения поставленных задач проведен статистический анализ индекса Гольфстрима «Северная стена» (GSNW) за период с 1966 по 2021 гг. Положительные значимые тренды наблюдаются в рядах среднемесячных и среднегодовых значений, что говорит об увеличении индекса GSNW. В среднемесячных значениях величина тренда составляет 0,002 в месяц, вклад - 6,3 %, а в среднегодовых - 0,02 в год и вклад 20,6 %. Исходя из этого, можно сделать вывод, что при отрицательных значениях индекса GSNW течение Гольфстрим продвигается в южном направлении, а при положительных значениях Гольфстрим движется по направлению на север. За исследуемый период севернее всего Гольфстрим находился в 2002 г., южнее - в 2011 г. Соответственно, ослабления течения Гольфстрим не происходило, т. к. северная граница Гольфстрима перемещалась к северу.
Автокорреляционный анализ в ряде среднемесячных значений индекса GSNW показывает, что процесс является смешанным, наблюдаются циклические колебания с периодичностью 2-4 месяца, а также высокую инерционность и радиус корреляции 65 месяцев, что соответствует красному шуму. Вклад тренда в дисперсию составляет 7 %. По гармоническому анализу видно, что все гармоники значимые. Подтверждение этому наличие циклических колебаний на АКФ. Для среднегодовых значений наблюдается процесс простой цепи Маркова и является малоинерционным, радиус корреляции - 2 года. Вклад тренда в дисперсию равен 22%. Гармонический анализ показал, что все выделенные гармоники значимые, других периодичностей в рядах интенсивности течения не проявляется. Все выделенные гармоники оказались значимыми.
Оценка изменчивости расходов воды Флоридского течения был получена в результате статистического анализа за период с 1982 по 2021 гг. средняя интенсивность течения за исследуемы период составила 32,29 Св, минимальная - 29,30 Св, а максимальная - 35,47 Св. Для среднегодовых значений оказался значимым только нелинейный тренд, величина тренда равна 0,003 Св в год, его вклад в дисперсию исходного ряда составил 16 %.
Автокорреляционный анализ ряда среднегодовых значений расходов воды Флоридского течения показывает абсолютно случайный процесс. Периодичность отсутствует, на АКФ отчетливо наблюдается белый шум, радиус корреляции составляет 1 год. При гармоническом анализе все гармоники значимые, но периодичности в распределении расхода не наблюдается.
Косвенная оценка интенсивности Северо-Атлантического колебания, полученная в результате анализа индекса САК. За исследуемый период с 1993 по 2019 гг. в рядах среднегодовых значений отсутствуют тренды. Это подтверждает то, что не происходило кардинальных изменений в интенсивности. Положительные значения индекса после 2010 г. показывают, что теплые воды Гольфстрима продолжают поступать к берегам Европы. Автокорреляционный анализ показал, что отсутствует периодичность, процесс является абсолютно случайным. Наблюдается белый шум с радиусом корреляции 1 год. Все гармоники оказались значимыми при проведении гармонического анализа, общий вклад гармоник -11 %.
Основными факторами, которые формируют перенос влаги в Европу, являются циркуляция атмосферы и испарение с акватории океана. Индекс Северо-Атлантического колебания - важная характеристика в формировании циркуляции атмосферы в северном полушарии, влияющая на формирование климата в Европе. Циклоны и антициклоны образуются под действием западного переноса воздушных масс. При положительном индексе САК происходит увеличение циклонов, западный перенос приносит в Европу мягкую теплую зиму с большим количеством осадков и холодное лето. Теплые воды Гольфстрима и Северо-Атлантического течения поступают на север. Тем временем из Арктики прибывает небольшое количество льда, которое в последствии тает в Северной Атлантике. При отрицательном индексе САК наблюдается уменьшение циклонической деятельности, происходит ослабление западных ветров. В Европу приходит сухая холодная зима с небольшим количеством осадков и теплое лето. Течение Гольфстрим ослабевает и переносит на север более холодные воды. Медленно сокращается количество льда, поступающего из Арктики.
Энергоактивные зоны (Бермудская, Ньюфаундлендская и Норвежская), связанные с теплым течением Гольфстрим, формируют изменчивость индекса САК, который определяет перенос водяного пара в Европу. Индекс Северо-Атлантического колебания в теплый период года выражен слабо, поэтому его влияние на перенос влаги уменьшается. А в холодный период года индекс САК имеет более сильную выраженность, поэтому влияние на перенос влаги максимально. Водяной пар влияет на изменчивость осадков не только в Европе, но и в бассейне Волги и увеличивает уровень Каспийского моря. Испарение возрастает при усилении индекса САК, поэтому происходит перенос большого количества влаги на континент. Соответственно, количество осадков, выпадающих в бассейне Волги увеличивается, что приводит к повышению стока реки и увеличению уровня моря. При ослаблении индекса САК наблюдается уменьшение испарения, которое сопровождается сокращением количества осадков, что приводит к уменьшению стока и понижению уровня моря. Известно, что в холодный период года атмосферный перенос водяного пара выступает в качестве единственного источника выпадения осадков в бассейне Волги, который обусловлен испарением с акватории Северной Атлантики, а в теплый период года является основным источником.
Главным выводом в результате данного исследования является то, что в последние десятилетия в циркуляции вод Северной Атлантики существенные изменения не наблюдаются. Интенсивность течения Гольфстрим находится в норме. Гольфстрим продолжает продвигаться в северном направлении, осуществляя перенос тепла в Европу. Северо-Атлантическое колебание также оказывает влияние на климатические условия на европейский континент и европейскую территорию России. Индекс САК изменяется в пределах нормы, поэтому говорить о глобальном потеплении в крупных масштабах не имеет смысла. Таким образом, говорить о том, что глобальное потепление нарушает равновесие течения Гольфстрим и Европа «замерзнет» нецелесообразно.