Введение 3
Глава 1. Характеристики тропопаузы 6
1.1 Стратосферно - тропосферный обмен 12
1.2 Факторы, влияющие на изменение высоты тропопаузы 14
1.3 Влияние парниковых газов на изменения высоты тропопаузы 15
1.4 Влияние вулканической деятельности на изменение высоты 17
тропопаузы
1.5 Влияние Эль - Ниньо на изменения высоты тропопаузы 19
1.6 Роль тропопаузы в авиаций 21
Глава 2. Анализ температуры и давления по данным реанализа 28
NCEP/NCAR
2.1 Анализ температуры на уровне тропопаузы 29
2.2 Анализ давления на уровне тропопаузы 41
Глава 3. Распределение температуры и высоты тропопаузы 54
Глава 4. Прогноз ансамбля моделей проекта CMIP6 (сценарий ssp245) 66
для Казахстана
Глава 5. Анализ данных зондирования Караганды 73
5.1 Распределение температуры и высоты тропопаузы по 74
месяцам за последние 10 лет по данным зондирования
5.2 Анализ динамики изменений температуры тропопаузы 75
5.3 Определение «экстремальных» состояний тропопаузы 80
5.4 Коэффициент вариаций температуры тропопаузы для 80
Караганды
Заключение 83
Список использованных источников 85
Приложение А 98
Приложение В 99
Начиная 1980 годов исследование изменения климата Земли становится все более актуальной задачей в современной метеорологии. С изменением климата меняется температурный режим Земли и погодные условия. Такие изменения отмечают межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC). Исследователи отслеживали высоту верхней границы тропосферы, называемой тропопаузой, начиная с 1980 по 2020 год. За последние 20 лет по обнаружению исследователей тропопауза поднималась в среднем на 50 - 60 метров за десятилетия, и резко контрастирует с периодом до 1960 года, когда высота тропопаузы была в целом стабильной. Исследования показали, что увеличение высоты тропопаузы за последние два десятилетия напрямую связано с увеличением выбросов парниковых газов и разрушением озонового слоя в стратосфере. То есть состояние тропопаузы является отражением изменений в глобальной климатической системе. Так как тропопауза является переходным слоем в атмосфере, своеобразной границей раздела между тропосферой и стратосферой, процессы и явления, происходящие вблизи тропопаузы, оказывают существенное воздействие на метеорологическиие процессы в атмосфере. В связи с этим последнее время есть очень много научных работ по исследованию тропопаузы. Несмотря на это актуальность изучения тропопаузы растет, так как растет возможность исследования с новыми различными подходами для определения понятия тропопаузы и ее нижней границы. Так, например, архив результатов радиозондирования университета Вайоминг. Данные легкодоступны и регистраций не требуют. Не смотря на такие возможности, работы по обновленным данным для тропопаузы над Казахстаном не проводились. В связи с этим в данной работе изучается изменчивость тропопаузы за последние 40 лет, а также составляется ее климатология за последние 30 лет и исследуются тенденции ее изменений за последние 10 лет. В качестве исходных данных привлекаются как данные реанализа NCEP NCAR (с 1981 по 2020 года), так и станционные данные (с 2001 по 2020 года)
Вопрос о том, что климатические изменения действительно происходят уже не имеет альтернативного ответа. Многочисленные исследования показывают, что это действительно так. Однако о причинах происходящих изменений научное сообщество до сих пор не консолидировано. Одни называют причиной солнечно-земные связи, изменение циркуляции, влияние океана, то есть сугубо естественные причины, другие же склоняются ко влиянию антропогенных условий, таких как например парниковые газы, третьи же говорят о комплексности этого вопросы и сложную связь влияния человека на естественные причины (например океан), которые в свою очередь могут влиять на циркуляцию. Так как, повторимся, современных работ для тропопаузы Казахстана не проводилось, то интересно было помотреть, есть ли динамика в изменении тропопаузы и ее характеристик в этом регионе. В этом и заключается актуальность работы. Ведь если следовать логике, то общее потепление должно приводить к повышению ее уровня.
Целью работы является исследование изменения характеристик тропопаузы над территорией Казахстана.
В данном исследовании ставились следующие задачи:
По данным реанализа сравнить характеристики высоты и температуры на уровне тропопаузы в период с 1981 по 2010 года с периодом с 1991 по 2020 года.
По данным последних 30 лет и данным реанализа получить и проанализировать климатические характеристики тропопаузы
Проанализировать реальные данные за последние 10 лет для Караганды. Для этого потребовалась сравнить 7300 сроков.
...
По данным реанализа NCEP:
1. Тропопауза над Казахстаном имеет сезонную изменчивость, в холодный период распределение температуры более однородно по сравнению с теплым периодом.
2. Зимой максимальное СКО для температуры наблюдается на северо- западе территории, в переходные периоды наблюдаются два максимума, в летние месяцы максимум постепенно перемещается в центральные и южные районы.
3. Можно заметить сезонность изменения разброса давления. Так, в зимний период максимальное значение наблюдается в северо-западных и северных регионах Казахстана. А минимальное значение прослеживается в юго-восточных регионах. От зимы к весне максимальное значение СКО смещается в северную и восточную часть, минимальное значение уже наблюдается в центральных регионах. К летнему сезону изменчивость тропопаузы растет в центральных регионах. К осени по рассматриваемой территорий разброс давления снижается. Это показывает минимальное значение СКО в этот период.
4. Все происходящие изменения давления и температуры на уровне тропопаузы находятся в пределах естественной изменчивости
5. Построены карты климатического распределения высоты и температуры тропопаузы для различных месяцев года. Отмечена сезонность этого распределения.
По данным зондирования:
1. За последние 10 лет перестройки в высоте и температуре тропопаузы над регионом не отмечено. Все тренды статистически не значимы
2. С помощью разбиения на процентили аргументируется разбивка на сезоны, которую, в свою очередь, в дальнейшем можно использовать для прогнозов экстремальных состояний тропопаузы
3. Коэффициент вариаций с течением времени существенно не меняется и составляет около 2%. В холодное время года максимальный коэффициент вариации наблюдается в переходное время года, в летние месяцы максимум относится к июлю. Физичесски это можно объяснить тем, что в это время происходит перестройка летних процессов на зимние и наоборот. В теплый период года максимальный коэффициент вариации свойственен для июля, что можно объяснить конвективными процессами и кучево-дождевыми облаками, которые нередко «пробивают» тропопаузу
По ансамблю моделей ssp245:
4. Вплоть до 2100 года сущестенных перестроек в высоте тропопаузы не прогнозируется. Отмечается некоторое ее повышение с 2040-2060 годов, но к 2100 году средняя высота возвращается к искомому.
Хочется отметить, что тема эта очень интересная и перспективная. В целом над Казахстаном значимых изменений не отмечается ни статистически, ни с точке зрения ансамблевых прогнозов, однако такой подход к самому вопросу изучения можно считать перспективным. Интересно было бы провести аналогичные исследования для районов не с таким континентальным климатом, особенно тех, что расположены в зоне арктического фронта. Предполагается, что там изменчивость будет прослеживаться отчетливее из-за изменения ВФЗ с течением времени.
1. Ulbrich, U. Changing Northern Hemisphere Storm Tracks in an Ensemble of IPCC Climate Change Simulations / Ulbrich U., Pinto J.G., Kupfer H., Leckebusch G.C., Spangehl T., Reyers M. // Journal of Climate, Vol. 21(8). - 2008. -P. 1669-1679. - DOI: 10.1175/2007JCLI 19921.
2. Козлова А.Ф., Стерин А.М. Исследование многолетней
изменчивости параметров тропопаузы над территорией РФ по радиозондовым данным URL: http: //meteo/ru/publications/126-trudy-
vniigmi/trudy-vniigmi-mtsd-vypusk-178-2014-g/529-issledovanie-mnogoletnej- izmenchivosti-parametrov-tropopauzy-nad-territoriej-rf-po-radiozondovym- dannym
3. Boothe A. C., Homeyer C. R., Global large-scale stratospheretroposphere exchange in modern reanalyses. Atmos. Chem. Phys. 17, 5537-5559 (2017).
4. Holton J. R., Haynes P. H., McIntyre M. E., Douglass A. R., Rood R. B., Pfister L., Stratosphere-troposphere exchange. Rev. Geophys. 33, 403-439 (1995).
5. Иванова А.Р. Динамика внетропической тропопаузы северного полушария //автореферат.-2011. С.6-9
6. М. Дамерис , Энциклопедия атмосферных наук , 2003 г.
7. Randel W. J., Seidel D. J., Pan L. L., Observational characteristics of double tropopauses. J. Geophys. Res. 112, D07309 (2007). 4
8. Plougonven, R., and C. Snyder, 2007: Inertia-gravity waves spontaneously generated by jets and fronts. Part I: Different baroclinic life cycles. J. Atmos. Sci., 64, 2502-2520.
9. Randel, W. J., Wu, F. & Gaffen, D. J. Interannual variability of the tropical tropopause derived from radiosonde data and NCEP reanalyses. J. Geophys. Res. 105, 15509-15523 (2000).
10. Электронный источник. Режим доступа: https://scied-ucar-edu. /learning- zone/airquality/ozonetroposphere?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=ru&_x_tr_p to=sc
11. Электронный источник. Режим доступа:
https://ru.thpanorama.com/articles/medio-ambiente/tropopausa-caractersticas- composicin-qumica-y-funciones.html
12. Sivakumar V., Bencherf H., Begue N., Thompson M.A., Tropopause Characteristics and Variabiilty from 11 yr of SHADOZ Observations in the Southern Tropcs and Subtropics / Journal of Appled meteorology and Clmatology// vol.50. - 2011. - 1403-1416.- DOI:2011JAMc2453.1
13. Schumann, U., 1994: On the effect of emmissions from aircraft engines on the state of the atmosphere. Ann. Geophys.,12, 365-384.
14. Hoinka, KP, 1998a: Ряды среднего глобального приземного давления, оцененные по данным повторного анализа ЕЦСИП. кв. Дж. Рой. Метеор. Соц., 124, 2291-2297.
15. Mote, P. W., K. H. Rosenlof, J. R. Holton, R. S. Harwood, and J. W. Waters, 1995: Seasonal variations of water vapor in the tropical lower stratosphere. Geophys. Res. Lett.,22, 1093-1096.
... всего 114 истчников