Помощь студентам в учебе
Изменчивость испарения Северной Атлантики и его влияние на режим осадков на европейской территории России
|
Сокращения 3
Введение 4
1. Испарение над океаном и методы его определения 7
2. Особенности влагообмена между океаном и атмосферой в Северной
Атлантике 15
2.1 Краткий обзор исследований испарения в Северной Атлантике 15
2.2 Исходные данные и статистические методы их анализа 19
2.3 Расчёты и анализ испарения в Северной Атлантике 20
3. Влияние влагообмена в Северной Атлантике на увлажнение
европейской территории России 29
Заключение 36
Список использованных источников 38
Приложения 43
Введение 4
1. Испарение над океаном и методы его определения 7
2. Особенности влагообмена между океаном и атмосферой в Северной
Атлантике 15
2.1 Краткий обзор исследований испарения в Северной Атлантике 15
2.2 Исходные данные и статистические методы их анализа 19
2.3 Расчёты и анализ испарения в Северной Атлантике 20
3. Влияние влагообмена в Северной Атлантике на увлажнение
европейской территории России 29
Заключение 36
Список использованных источников 38
Приложения 43
Вода - одно из важнейших веществ на Земле. Круговорот воды на планете или глобальный гидрологический цикл, то есть постоянно протекающий процесс перераспределения воды между различными оболочками планеты - гидросферой, атмосферой, криосферой и литосферой - играет очень важную роль в жизни нашей планеты и является определяющим фактором во множестве других процессов.
Глобальный гидрологический цикл может быть представлен в виде так называемой «Резервуарной модели» [1], где все оболочки Земли представлены в виде нескольких отдельных резервуаров обменивающихся между собой влагой. Из анализа этой схемы можно сделать вывод о чрезвычайно важной роли взаимодействия между океаном и атмосферой для функционирования всего глобального гидрологического цикла. Атмосфера - главный источник пресной воды на планете, (через испарение) и, как наиболее подвижный элемент системы, является основным источником её пополнения и перераспределения (посредством выпадения осадков) как между разными элементами-резервуарами, так и между частями одного резервуара. При этом, скорость переноса влаги в атмосфере в десятки раз выше характерной скорости движения вод по суше, а, по сравнению со скоростью океанских течений, - в сотни. Кроме того, атмосфера - единственная оболочка Земли, содержащая воду во всех трёх агрегатных состояниях, причём, в газообразном состоянии (в виде водяного пара), важнейшем для осуществления гидрологического цикла, вода не содержится более ни в одной другой оболочке планеты. В атмосфере постоянно осуществляются фазовые переходы воды из одного агрегатного состояния в другое, при этом самым значимым из них является процесс конденсации, который сопровождается выделением огромного количества тепла, что, в свою очередь, оказывает значительное влияние на поддержание общей циркуляции атмосферы.
Таким образом, понятно, что атмосфера играет центральную роль в осуществлении гидрологического цикла. При этом, океан имеет не менее важное значение. Океан - основной резервуар воды на планете, основной поставщик влаги и энергии в атмосферу. Благодаря превышению испарения над осадками, океан определяет само существование материкового водного стока, т.е. рек, а, также ледникового стока Антарктиды и Гренландии, т.е. существование всего круговорота влаги на планете.
Очевидно, что океан и атмосфера являются ключевыми элементами глобального гидрологического цикла. Задача изучения их взаимодействия между собой является крайне важной, поскольку познание закономерностей, по которым протекает это взаимодействие позволяет делать выводы и прогнозы о развитии многих других процессов как, например, изменение уровня океана, количества осадков, полноводности рек, количестве льдов, многих других процессах, и, даже, об изменении климата на планете в целом.
В настоящее время в условиях современных изменений климата, сопровождающихся разбалансировкой климатической системы, происходит резкий рост аномальных условий абсолютного увлажнения поверхности суши и прежде всего засух и переувлажнения (наводнений). При этом засухи и наводнения вносят большой вклад в быстрый рост опасных гидрометеорологических явлений, которые приводят к значительному экономическому ущербу [33]. Так, для территории России только за период в 17 лет (1996-2012 гг.) рост опасных гидрометеорологических явлений происходил со скоростью 188/10 лет, в результате чего их число увеличилось более чем в два раза [3]. Поэтому выявление генезиса межгодовой изменчивости и, особенно, построение моделей долгосрочного прогноза характеристик увлажнения и речного стока в условиях современных изменений климата представляет собой не только фундаментальную научную проблему, но и имеет важное экономическое значение.
Для европейской территории России ключевое значение имеет влагообмен между океаном и атмосферой в Северной Атлантике. Испарение в СА является основным источником влаги для ЕТР и оказывает решающее воздействие на увлажнение европейской территории России.
Целью первой части данной работы является изучение особенностей влагообмена между океаном и атмосферой в Северной Атлантике, а именно: изменчивости испарения в Северной Атлантике. Вторая часть работы посвящена изучению влияния его на режим осадков на европейской части России.
Исходя из поставленной цели, решались следующие задачи:
1) особенности климатологического распределения испарения в СА;
2) выявление закономерностей межгодовой изменчивости испарения в Северной Атлантике;
3) оценка межгодовой изменчивости параметров увлажнения на ЕТР;
4) районирование осадков на европейской территории России с помощью кластерного анализа.
По результатам решения поставленных задач на защиту выносятся положения:
1) Климатологическая оценка испарения в Северной Атлантике;
2) Анализ трендов в испарении Северной Атлантики;
3) Районирование осадков на ЕТР;
4) Оценка влияния влагообмена между океаном и атмосферой в СА на межгодовую изменчивость осадков на ЕТР.
Глобальный гидрологический цикл может быть представлен в виде так называемой «Резервуарной модели» [1], где все оболочки Земли представлены в виде нескольких отдельных резервуаров обменивающихся между собой влагой. Из анализа этой схемы можно сделать вывод о чрезвычайно важной роли взаимодействия между океаном и атмосферой для функционирования всего глобального гидрологического цикла. Атмосфера - главный источник пресной воды на планете, (через испарение) и, как наиболее подвижный элемент системы, является основным источником её пополнения и перераспределения (посредством выпадения осадков) как между разными элементами-резервуарами, так и между частями одного резервуара. При этом, скорость переноса влаги в атмосфере в десятки раз выше характерной скорости движения вод по суше, а, по сравнению со скоростью океанских течений, - в сотни. Кроме того, атмосфера - единственная оболочка Земли, содержащая воду во всех трёх агрегатных состояниях, причём, в газообразном состоянии (в виде водяного пара), важнейшем для осуществления гидрологического цикла, вода не содержится более ни в одной другой оболочке планеты. В атмосфере постоянно осуществляются фазовые переходы воды из одного агрегатного состояния в другое, при этом самым значимым из них является процесс конденсации, который сопровождается выделением огромного количества тепла, что, в свою очередь, оказывает значительное влияние на поддержание общей циркуляции атмосферы.
Таким образом, понятно, что атмосфера играет центральную роль в осуществлении гидрологического цикла. При этом, океан имеет не менее важное значение. Океан - основной резервуар воды на планете, основной поставщик влаги и энергии в атмосферу. Благодаря превышению испарения над осадками, океан определяет само существование материкового водного стока, т.е. рек, а, также ледникового стока Антарктиды и Гренландии, т.е. существование всего круговорота влаги на планете.
Очевидно, что океан и атмосфера являются ключевыми элементами глобального гидрологического цикла. Задача изучения их взаимодействия между собой является крайне важной, поскольку познание закономерностей, по которым протекает это взаимодействие позволяет делать выводы и прогнозы о развитии многих других процессов как, например, изменение уровня океана, количества осадков, полноводности рек, количестве льдов, многих других процессах, и, даже, об изменении климата на планете в целом.
В настоящее время в условиях современных изменений климата, сопровождающихся разбалансировкой климатической системы, происходит резкий рост аномальных условий абсолютного увлажнения поверхности суши и прежде всего засух и переувлажнения (наводнений). При этом засухи и наводнения вносят большой вклад в быстрый рост опасных гидрометеорологических явлений, которые приводят к значительному экономическому ущербу [33]. Так, для территории России только за период в 17 лет (1996-2012 гг.) рост опасных гидрометеорологических явлений происходил со скоростью 188/10 лет, в результате чего их число увеличилось более чем в два раза [3]. Поэтому выявление генезиса межгодовой изменчивости и, особенно, построение моделей долгосрочного прогноза характеристик увлажнения и речного стока в условиях современных изменений климата представляет собой не только фундаментальную научную проблему, но и имеет важное экономическое значение.
Для европейской территории России ключевое значение имеет влагообмен между океаном и атмосферой в Северной Атлантике. Испарение в СА является основным источником влаги для ЕТР и оказывает решающее воздействие на увлажнение европейской территории России.
Целью первой части данной работы является изучение особенностей влагообмена между океаном и атмосферой в Северной Атлантике, а именно: изменчивости испарения в Северной Атлантике. Вторая часть работы посвящена изучению влияния его на режим осадков на европейской части России.
Исходя из поставленной цели, решались следующие задачи:
1) особенности климатологического распределения испарения в СА;
2) выявление закономерностей межгодовой изменчивости испарения в Северной Атлантике;
3) оценка межгодовой изменчивости параметров увлажнения на ЕТР;
4) районирование осадков на европейской территории России с помощью кластерного анализа.
По результатам решения поставленных задач на защиту выносятся положения:
1) Климатологическая оценка испарения в Северной Атлантике;
2) Анализ трендов в испарении Северной Атлантики;
3) Районирование осадков на ЕТР;
4) Оценка влияния влагообмена между океаном и атмосферой в СА на межгодовую изменчивость осадков на ЕТР.
В результате выполненных расчётов можно сделать следующие основные выводы:
- До настоящего времени вертикальный влагообмен океана с атмосферой остается наиболее трудно определяемым звеном гидрологического цикла, поскольку оценки компонентов влагообмена большинства архивов ре-анализа не отвечают элементарным физическим критериям точности. Показано, что наиболее разумные оценки компонент влагообмена могут быть получены на основании архива Reanalysis-2. Произведённая климатологическая оценка испарения в СА на основе данных этого архива показывает, что наиболее интенсивное испарение происходит в тропических и субтропических широтах, его максимум приходится на югозападную часть региона - зону Гольфстрима и Нью-Фаундлендскую энергоактивную зону. Далее, к северу, в силу снижения потока солнечной радиации, испарение постепенно уменьшается, хотя, в центральной и северо - восточной части региона, в умеренных широтах, оно продолжает быть достаточно интенсивным и составляет около 100 мм/мес, что обусловлено продолжением Гольфстрима - тёплым Северо-Атлантическим течением. Наиболее резкое снижение испарения происходит по направлению к северо - западу, что вызвано, видимо, движением с севера холодных вод Лабрадорского течения.
Анализ трендов межгодовой изменчивости испарения с поверхности Северной Атлантики за исследуемый период показал наличие положительной динамики практически по всей акватории СА, за исключением зоны 50° - 60° с.ш., что обусловлено, по-видимому, постепенным потеплением климата на протяжении периода измерений.
Выполненная территориальная классификация суммарных осадков за холодное полугодие позволяет разделить европейскую территорию России на 4 района по степени межгодовой связности поля суммарных за холодное полугодие осадков. Районы вытянуты в широтном направлении и характеризуются уменьшением степени увлажнения в направлении с севера на юг ЕТР. При этом, южная граница зоны избыточного увлажнения на западе ЕТР значительно снижается практически до 50° с.ш.
Для уточнения влияния испарения в СА на межгодовые колебания зимних осадков на ЕТР были построены пошаговые регрессионные модели для каждого из 4-х квазиоднородных районов ЕТР. Анализ переменных в моделях показал, что основное влияние на межгодовую изменчивость осадков на ЕТР оказывает испарение в зоне Норвежского моря, у берегов Европы, а также испарение в энергоактивных зонах Гольфстрима.
- До настоящего времени вертикальный влагообмен океана с атмосферой остается наиболее трудно определяемым звеном гидрологического цикла, поскольку оценки компонентов влагообмена большинства архивов ре-анализа не отвечают элементарным физическим критериям точности. Показано, что наиболее разумные оценки компонент влагообмена могут быть получены на основании архива Reanalysis-2. Произведённая климатологическая оценка испарения в СА на основе данных этого архива показывает, что наиболее интенсивное испарение происходит в тропических и субтропических широтах, его максимум приходится на югозападную часть региона - зону Гольфстрима и Нью-Фаундлендскую энергоактивную зону. Далее, к северу, в силу снижения потока солнечной радиации, испарение постепенно уменьшается, хотя, в центральной и северо - восточной части региона, в умеренных широтах, оно продолжает быть достаточно интенсивным и составляет около 100 мм/мес, что обусловлено продолжением Гольфстрима - тёплым Северо-Атлантическим течением. Наиболее резкое снижение испарения происходит по направлению к северо - западу, что вызвано, видимо, движением с севера холодных вод Лабрадорского течения.
Анализ трендов межгодовой изменчивости испарения с поверхности Северной Атлантики за исследуемый период показал наличие положительной динамики практически по всей акватории СА, за исключением зоны 50° - 60° с.ш., что обусловлено, по-видимому, постепенным потеплением климата на протяжении периода измерений.
Выполненная территориальная классификация суммарных осадков за холодное полугодие позволяет разделить европейскую территорию России на 4 района по степени межгодовой связности поля суммарных за холодное полугодие осадков. Районы вытянуты в широтном направлении и характеризуются уменьшением степени увлажнения в направлении с севера на юг ЕТР. При этом, южная граница зоны избыточного увлажнения на западе ЕТР значительно снижается практически до 50° с.ш.
Для уточнения влияния испарения в СА на межгодовые колебания зимних осадков на ЕТР были построены пошаговые регрессионные модели для каждого из 4-х квазиоднородных районов ЕТР. Анализ переменных в моделях показал, что основное влияние на межгодовую изменчивость осадков на ЕТР оказывает испарение в зоне Норвежского моря, у берегов Европы, а также испарение в энергоактивных зонах Гольфстрима.
