Северо-Атлантические центры действия атмосферы и их влияние на режим осадков по европейской территории
|
Сокращения 4
Введение 5
1. Характерные черты климата европейской территории России 7
1.1. Термический режим европейской территории России 7
1.2. Распределение осадков по ЕТР 10
1.3. Специфика атмосферной циркуляции европейской территории
России 13
2. Характер изменения режима осадков на Европейской территории
России 17
2.1. Анализ статистических характеристик режима осадков по
европейской территории России 17
2.2. Временные изменения режима осадков по европейской территории
России 26
3. Изменения режима осадков на Европейской территории России при
колебаниях центров действия атмосферы 33
3.1. Северо-Атлантические центры действия атмосферы и их
параметры 33
3.2. Характер влияния центров действия атмосферы на режим осадков
по европейской территории России 53
3.3. Оценка прогностического потенциала характеристик Северо -
Атлантических ЦДА для долгосрочного прогноза осадков на ЕТР 68
Заключение 74
Список использованных источников 78
Приложение А. Список станций по осадкам по зонам ЕТР 80
Приложение Б. База пространственно-осредненных по территории ЕТР
месячных и годовых сумм осадков (мм) 85
Приложение В. Градации месячных сумм осадков ЕТР 95
Приложение Г. Значения характеристик Северо-Атлантических ЦДА для 10 самых сухих и 10 самых влажных лет по ЕТР 120
Введение 5
1. Характерные черты климата европейской территории России 7
1.1. Термический режим европейской территории России 7
1.2. Распределение осадков по ЕТР 10
1.3. Специфика атмосферной циркуляции европейской территории
России 13
2. Характер изменения режима осадков на Европейской территории
России 17
2.1. Анализ статистических характеристик режима осадков по
европейской территории России 17
2.2. Временные изменения режима осадков по европейской территории
России 26
3. Изменения режима осадков на Европейской территории России при
колебаниях центров действия атмосферы 33
3.1. Северо-Атлантические центры действия атмосферы и их
параметры 33
3.2. Характер влияния центров действия атмосферы на режим осадков
по европейской территории России 53
3.3. Оценка прогностического потенциала характеристик Северо -
Атлантических ЦДА для долгосрочного прогноза осадков на ЕТР 68
Заключение 74
Список использованных источников 78
Приложение А. Список станций по осадкам по зонам ЕТР 80
Приложение Б. База пространственно-осредненных по территории ЕТР
месячных и годовых сумм осадков (мм) 85
Приложение В. Градации месячных сумм осадков ЕТР 95
Приложение Г. Значения характеристик Северо-Атлантических ЦДА для 10 самых сухих и 10 самых влажных лет по ЕТР 120
Важнейшей характеристикой погоды являются атмосферные осадки. Месячные, сезонные и годовые суммы осадков в средних и высоких широтах зависят не только от близости источника влаги, а и от того, какая циркуляция преобладает — циклоническая или антициклоническая. С циклонами обычно связана пасмурная и дождливая погода, а с антициклонами — погода без осадков.
Поступающая солнечная радиация, которая распределяется неравномерно, является главной причиной образования циклонов и антициклонов связанных с атмосферной циркуляцией. Атмосферная циркуляция - это один из важнейших процессов образования климата, благодаря которому происходит перенос тепла и влаги от региона к региону.
Самая актуальная проблема мировой метеорологии - это прогноз осадков. Статистический метод прогнозирования - это основной метод долгосрочного прогнозирования осадков, используя физическую взаимосвязь между предиктором и предиктантом. Главная и самая сложная задача данного метода - долгосрочный режим осадков.
Целью данной работы является:
• оценка влияния характеристик Северо-Атлантических центров действия атмосферы (ЦДА) на режим осадков европейской территории России.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1. Создание базы пространственно-осредненных месячных сумм осадков по зонам ЕТР;
2. анализ статистических характеристик режима осадков по зонам ЕТР;
3. характер временных изменений режима осадков по зонам ЕТР;
4. климатические характеристики северо-атлантических центров действия атмосферы;
5. специфика временных изменений характеристик Азорского и Исландского ЦДА;
6. оценка влияния характеристик Северо-атлантических ЦДА на режим осадков по зонам ЕТР.
7. оценка прогностического потенциала характеристик Северо-Атлантических ЦДА для долгосрочного прогноза осадков на ЕТР.
Практическая ценность данной работы:
• Повышение эффективности долгосрочного прогноза осадков по зонам ЕТР за счет выявления дополнительных предикторов
Актуальность данного исследования заключается в следующем:
- прогноз осадков в связи с наблюдающимся глобальным потеплением, осадки наряду с температурой являются главнейшими компонентами долгосрочного прогноза;
- при совершенствовании долгосрочного прогнозирования в некоторых регионах позволяет расширить повышения эффективности и перспективы развития методов долгосрочного прогноза;
- благодаря выявлению новых предикторов и их учет в схемах долгосрочного метеорологического прогноза повышается уровень знаний в этой области метеорологии.
Структура и объем работы
Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения, списка использованных источников, содержащего 12 наименований. Общий объем работы составляет 133 страницы, 71 рисунок, 12 таблиц.
Поступающая солнечная радиация, которая распределяется неравномерно, является главной причиной образования циклонов и антициклонов связанных с атмосферной циркуляцией. Атмосферная циркуляция - это один из важнейших процессов образования климата, благодаря которому происходит перенос тепла и влаги от региона к региону.
Самая актуальная проблема мировой метеорологии - это прогноз осадков. Статистический метод прогнозирования - это основной метод долгосрочного прогнозирования осадков, используя физическую взаимосвязь между предиктором и предиктантом. Главная и самая сложная задача данного метода - долгосрочный режим осадков.
Целью данной работы является:
• оценка влияния характеристик Северо-Атлантических центров действия атмосферы (ЦДА) на режим осадков европейской территории России.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1. Создание базы пространственно-осредненных месячных сумм осадков по зонам ЕТР;
2. анализ статистических характеристик режима осадков по зонам ЕТР;
3. характер временных изменений режима осадков по зонам ЕТР;
4. климатические характеристики северо-атлантических центров действия атмосферы;
5. специфика временных изменений характеристик Азорского и Исландского ЦДА;
6. оценка влияния характеристик Северо-атлантических ЦДА на режим осадков по зонам ЕТР.
7. оценка прогностического потенциала характеристик Северо-Атлантических ЦДА для долгосрочного прогноза осадков на ЕТР.
Практическая ценность данной работы:
• Повышение эффективности долгосрочного прогноза осадков по зонам ЕТР за счет выявления дополнительных предикторов
Актуальность данного исследования заключается в следующем:
- прогноз осадков в связи с наблюдающимся глобальным потеплением, осадки наряду с температурой являются главнейшими компонентами долгосрочного прогноза;
- при совершенствовании долгосрочного прогнозирования в некоторых регионах позволяет расширить повышения эффективности и перспективы развития методов долгосрочного прогноза;
- благодаря выявлению новых предикторов и их учет в схемах долгосрочного метеорологического прогноза повышается уровень знаний в этой области метеорологии.
Структура и объем работы
Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения, списка использованных источников, содержащего 12 наименований. Общий объем работы составляет 133 страницы, 71 рисунок, 12 таблиц.
Для детального анализа территория ЕТР была разделена на 3 части:
- северная часть ЕТР (от 70 ° с.ш до 60° с.ш.);
- центральная часть ЕТР (от 50° с.ш до 60 ° с.ш);
- южная часть ЕТР (от 40° с.ш до 50 ° с.ш).
Была создана база пространственно-осредненных месячных и годовых сумм осадков для анализа режима увлажнения ЕТР. Она охватывает период наблюдений с 1896 по 2016 гг.
Проведен статистический анализ режима осадков ЕТР. Среднегодовое количество осадков составляет: в северной части - 514 мм; в центральной - 522 мм; в южной - 502 мм. Среднегодовое количество осадков ЕТР иже среднеширотного 690 мм/год.
Установлено, что максимальное количество осадков приходится на летние месяцы в северной части - август (67.1 мм), в центральной - июль (68.3 мм), на юге - июнь(62.9 мм)), а минимальное зимой в феврале (до 30 мм).
Построены и проанализированы тренды изменения осадков по ЕТР в период «до начала глобального потепления» и в период «продолжающегося глобального потепления».
Отмечено, что в северной части в период до глобального потепления наблюдается рост осадков (0.58 мм/мес за 10 лет), который сохраняется и во второй период, но снижается скорость роста осадков (0.09 мм/мес за 10 лет); в центральной части отмечается аналогичная ситуация, но скорость роста осадков во второй период становится выше (0.06 мм/мес за 10 лет); в южной части в первый период режим осадков совпадает с режимом осадков в остальных частях (0.011 мм/мес за 10 лет), а во второй период рост осадков сменяется явной убылью (-0.82 мм/мес за 10 лет). По последним данным Росгидромета за 2019 г. [1] аналогичная ситуация сохраняется по всем 3 -м зонам: осадки выше нормы в северной и центральной зонах и ниже нормы в южной.
В качестве потенциальных предикторов для долгосрочного прогноза осадков на ЕТР выбраны центры действия атмосферы в Северо - Атлантическом секторе: Азорский антициклон и Исландская депрессия.
Рассмотрен характер изменения трех основных характеристик Северо - Атлантических ЦДА: давления, долготы и широты, которые были осреднены по каждому месяцу за период с 1873 по 2016 гг. Установлено, что Исландский минимум усиливается в холодный период времени, достигая наибольшей интенсивности, в теплый период ЦДА ослабевает. Когда Исландский циклон ослаблен он смещается на юго-запад, при усилении - на северо-восток.
В Азорском антициклоне полностью преобладает полугодовая вариация давления с максимумами летом и зимой, минимумами весной и осенью. При наибольшей интенсивности Азорский ЦДА смещается на запад в теплый период времени, а при ослаблении - на восток.
Проанализированы тренды характеристик Северо -Атлантических ЦДА для двух периодов: до начала глобального потепления и в период продолжающегося глобального потепления.
В период до глобального потепления Северо-Атлантические ЦДА усиливались и смещались на северо-восток.
В период глобального потепления Исландский ЦДА усиливается, а Азорский ЦДА ослабевает. Азорский максимум смещается на северо -запад, а Исландский минимум на северо-восток.
Средняя скорость изменения интенсивности ЦДА в период глобального потепления:
1) 0,28 гПа/год за 10 лет - Исландский циклон (падение);
2) 0,18 гПа/год за 10 лет - Азорский антициклон (рост).
Средняя скорость смещения по широте в период глобального потепления:
1) 0,06о/год за 10лет - Исландский циклон (на север);
2) 0,036о/год за 10 лет -Азорский антициклон (на север).
Средняя скорость смещения по долготе в период глобального потепления:
1) 0,42о/год за 10 лет - Исландский циклон (на восток)
2) 0,35о/год за 10 лет - Азорский антициклон (на запад).
В период глобального потепления интенсивность Исландского ЦДА выросла в 3.5 раза, уменьшилась интенсивность Азорского ЦДА в 3 раза.
Была произведена оценка прогностического потенциала Северо - Атлантических ЦДА для долгосрочного прогноза осадков по регионам ЕТР ( по критерию Г.Я.Вангенгейма):
• по характеристикам Исландского ЦДА:
1) для северной части ЕТР выявлено 8 статистических связей характеристик Исландского ЦДА с осадками. Существенное влияние на режим увлажнения оказывает меридиональное расположение Исландского ЦДА, найдено 4 статистических связей с осадками;
2) для центральной части ЕТР установлено 10 статистических связей с осадками, основное влияние на режим увлажнения оказывает меридиональное расположение Исландского ЦДА;
3) для южной части ЕТР получено 5 статистических связей с осадками, главное влияние на режим увлажнения оказывает интенсивность Исландского ЦДА, найдено 3 статистические связи с осадками;
• по характеристикам Азорского антициклона:
1) для северной части ЕТР выявлено 10 статистических связей с осадками, существенное влияние на режим увлажнения оказывает интенсивность Азорского ЦДА, найдено 5 статистических связей с осадками;
2) для центральной части ЕТР установлено 13 статистических связей с осадками, основное влияние на режим увлажнения оказывает интенсивность Азорского максимума, найдено 7 статистических связей с осадками;
3) для южной части ЕТР получено 6 статистических связей с осадками, интенсивность Азорского антициклона оказывает наибольшее влияние на режим увлажнения, найдено 3 статистических связи с осадками.
В итоге по характеристикам Северо-Атлантических ЦДА получено 52 потенциальных предикторов для долгосрочного прогноза осадков:
для северной части ЕТР- 18 предикторов;
для центральной части ЕТР - 23 предиктора;
для южной части ЕТР - 11 предикторов,
которые можно рекомендовать для внедрения в оперативную практику в целях повышения эффективности долгосрочного прогноза осадков на ЕТР.
- северная часть ЕТР (от 70 ° с.ш до 60° с.ш.);
- центральная часть ЕТР (от 50° с.ш до 60 ° с.ш);
- южная часть ЕТР (от 40° с.ш до 50 ° с.ш).
Была создана база пространственно-осредненных месячных и годовых сумм осадков для анализа режима увлажнения ЕТР. Она охватывает период наблюдений с 1896 по 2016 гг.
Проведен статистический анализ режима осадков ЕТР. Среднегодовое количество осадков составляет: в северной части - 514 мм; в центральной - 522 мм; в южной - 502 мм. Среднегодовое количество осадков ЕТР иже среднеширотного 690 мм/год.
Установлено, что максимальное количество осадков приходится на летние месяцы в северной части - август (67.1 мм), в центральной - июль (68.3 мм), на юге - июнь(62.9 мм)), а минимальное зимой в феврале (до 30 мм).
Построены и проанализированы тренды изменения осадков по ЕТР в период «до начала глобального потепления» и в период «продолжающегося глобального потепления».
Отмечено, что в северной части в период до глобального потепления наблюдается рост осадков (0.58 мм/мес за 10 лет), который сохраняется и во второй период, но снижается скорость роста осадков (0.09 мм/мес за 10 лет); в центральной части отмечается аналогичная ситуация, но скорость роста осадков во второй период становится выше (0.06 мм/мес за 10 лет); в южной части в первый период режим осадков совпадает с режимом осадков в остальных частях (0.011 мм/мес за 10 лет), а во второй период рост осадков сменяется явной убылью (-0.82 мм/мес за 10 лет). По последним данным Росгидромета за 2019 г. [1] аналогичная ситуация сохраняется по всем 3 -м зонам: осадки выше нормы в северной и центральной зонах и ниже нормы в южной.
В качестве потенциальных предикторов для долгосрочного прогноза осадков на ЕТР выбраны центры действия атмосферы в Северо - Атлантическом секторе: Азорский антициклон и Исландская депрессия.
Рассмотрен характер изменения трех основных характеристик Северо - Атлантических ЦДА: давления, долготы и широты, которые были осреднены по каждому месяцу за период с 1873 по 2016 гг. Установлено, что Исландский минимум усиливается в холодный период времени, достигая наибольшей интенсивности, в теплый период ЦДА ослабевает. Когда Исландский циклон ослаблен он смещается на юго-запад, при усилении - на северо-восток.
В Азорском антициклоне полностью преобладает полугодовая вариация давления с максимумами летом и зимой, минимумами весной и осенью. При наибольшей интенсивности Азорский ЦДА смещается на запад в теплый период времени, а при ослаблении - на восток.
Проанализированы тренды характеристик Северо -Атлантических ЦДА для двух периодов: до начала глобального потепления и в период продолжающегося глобального потепления.
В период до глобального потепления Северо-Атлантические ЦДА усиливались и смещались на северо-восток.
В период глобального потепления Исландский ЦДА усиливается, а Азорский ЦДА ослабевает. Азорский максимум смещается на северо -запад, а Исландский минимум на северо-восток.
Средняя скорость изменения интенсивности ЦДА в период глобального потепления:
1) 0,28 гПа/год за 10 лет - Исландский циклон (падение);
2) 0,18 гПа/год за 10 лет - Азорский антициклон (рост).
Средняя скорость смещения по широте в период глобального потепления:
1) 0,06о/год за 10лет - Исландский циклон (на север);
2) 0,036о/год за 10 лет -Азорский антициклон (на север).
Средняя скорость смещения по долготе в период глобального потепления:
1) 0,42о/год за 10 лет - Исландский циклон (на восток)
2) 0,35о/год за 10 лет - Азорский антициклон (на запад).
В период глобального потепления интенсивность Исландского ЦДА выросла в 3.5 раза, уменьшилась интенсивность Азорского ЦДА в 3 раза.
Была произведена оценка прогностического потенциала Северо - Атлантических ЦДА для долгосрочного прогноза осадков по регионам ЕТР ( по критерию Г.Я.Вангенгейма):
• по характеристикам Исландского ЦДА:
1) для северной части ЕТР выявлено 8 статистических связей характеристик Исландского ЦДА с осадками. Существенное влияние на режим увлажнения оказывает меридиональное расположение Исландского ЦДА, найдено 4 статистических связей с осадками;
2) для центральной части ЕТР установлено 10 статистических связей с осадками, основное влияние на режим увлажнения оказывает меридиональное расположение Исландского ЦДА;
3) для южной части ЕТР получено 5 статистических связей с осадками, главное влияние на режим увлажнения оказывает интенсивность Исландского ЦДА, найдено 3 статистические связи с осадками;
• по характеристикам Азорского антициклона:
1) для северной части ЕТР выявлено 10 статистических связей с осадками, существенное влияние на режим увлажнения оказывает интенсивность Азорского ЦДА, найдено 5 статистических связей с осадками;
2) для центральной части ЕТР установлено 13 статистических связей с осадками, основное влияние на режим увлажнения оказывает интенсивность Азорского максимума, найдено 7 статистических связей с осадками;
3) для южной части ЕТР получено 6 статистических связей с осадками, интенсивность Азорского антициклона оказывает наибольшее влияние на режим увлажнения, найдено 3 статистических связи с осадками.
В итоге по характеристикам Северо-Атлантических ЦДА получено 52 потенциальных предикторов для долгосрочного прогноза осадков:
для северной части ЕТР- 18 предикторов;
для центральной части ЕТР - 23 предиктора;
для южной части ЕТР - 11 предикторов,
которые можно рекомендовать для внедрения в оперативную практику в целях повышения эффективности долгосрочного прогноза осадков на ЕТР.