Анализ циркуляционных характеристик атмосферных процессов над ЕТР в осенне-зимний период
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОСНОВНЫЕ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРЫ СЕВЕРНОГО
ПОЛУШАРИЯ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 5
1.1 Основные понятия 5
1.2. Закономерности общей циркуляции атмосферы 7
1.3. Циркуляция в стратосфере и мезосфере 8
1.4. Циркуляция в тропосфере 11
1.5. Типизация форм атмосферной циркуляции 15
1.5.1 Форма W 17
1.5.2. Форма Е 18
1.5.3 Форма С 19
1.6. Индексы циркуляции 21
1.7. Центры действия атмосферы 22
2. ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРЫ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ У ЗЕМЛИ И НА ВЫСОТАХ В ОСЕННЕ-ЗИМНИЙ ПЕРИОД ЗА 2019-2020 гг.
2.1. Основные особенности атмосферной циркуляции и погоды в северном полушарии в
сентябре - ноябре 2019 года 23
2.1.1 Атмосферная циркуляция на высотах 23
2.1.2. Атмосферная циркуляция и погода на уровне моря 25
2.2. Основные особенности атмосферной циркуляции и погоды в декабре 2019 г., в январе
и феврале 2020 гг 31
2.2.1 Анализ характеристик атмосферной циркуляции и погоды на высотах 31
2.2.2 Анализ характеристик атмосферной циркуляции и погоды на уровне моря 33
3. АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ ИНДЕКСОВ СЕВЕРО-АТЛАНТИЧЕСКОГО (САК) И
АРКТИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИЙ (АК) В ОСЕННЕ-ЗИНИЙ ПЕРИОД 2019-2020 ГГ. И ИХ СВЯЗЬ С ЦИРКУЛЯЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ АТМОСФЕРЫ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ И НАД ЕТР 44
3.1. Естественные колебания климата. Северо-атлантическое колебания (САК) и
Арктическое колебание (АК) 44
3.2. Анализ ежедневных изменений индексов САК и АК за осень и 2019 их связь с циркуляционными характеристиками 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
1. ОСНОВНЫЕ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРЫ СЕВЕРНОГО
ПОЛУШАРИЯ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 5
1.1 Основные понятия 5
1.2. Закономерности общей циркуляции атмосферы 7
1.3. Циркуляция в стратосфере и мезосфере 8
1.4. Циркуляция в тропосфере 11
1.5. Типизация форм атмосферной циркуляции 15
1.5.1 Форма W 17
1.5.2. Форма Е 18
1.5.3 Форма С 19
1.6. Индексы циркуляции 21
1.7. Центры действия атмосферы 22
2. ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРЫ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ У ЗЕМЛИ И НА ВЫСОТАХ В ОСЕННЕ-ЗИМНИЙ ПЕРИОД ЗА 2019-2020 гг.
2.1. Основные особенности атмосферной циркуляции и погоды в северном полушарии в
сентябре - ноябре 2019 года 23
2.1.1 Атмосферная циркуляция на высотах 23
2.1.2. Атмосферная циркуляция и погода на уровне моря 25
2.2. Основные особенности атмосферной циркуляции и погоды в декабре 2019 г., в январе
и феврале 2020 гг 31
2.2.1 Анализ характеристик атмосферной циркуляции и погоды на высотах 31
2.2.2 Анализ характеристик атмосферной циркуляции и погоды на уровне моря 33
3. АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ ИНДЕКСОВ СЕВЕРО-АТЛАНТИЧЕСКОГО (САК) И
АРКТИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИЙ (АК) В ОСЕННЕ-ЗИНИЙ ПЕРИОД 2019-2020 ГГ. И ИХ СВЯЗЬ С ЦИРКУЛЯЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ АТМОСФЕРЫ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ И НАД ЕТР 44
3.1. Естественные колебания климата. Северо-атлантическое колебания (САК) и
Арктическое колебание (АК) 44
3.2. Анализ ежедневных изменений индексов САК и АК за осень и 2019 их связь с циркуляционными характеристиками 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
Погода на нашей планете формируется под воздействием большого числа факторов. Одним из таких факторов является общая циркуляция атмосферы. Под термином общая циркуляция атмосферы понимается совокупность основных видов движений, благодаря которым осуществляется обмен больших масс воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях. Изучение общей циркуляции атмосферы всегда привлекало внимание исследователей и в настоящее время продолжает оставаться одной из наиболее важных и сложных проблем метеорологии. Это связано с проблемами глобального потепления, которое угрожает человечеству в очень большой степени. В связи с этим, тема выпускной квалификационной работы является весьма актуальной.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование основных циркуляционных характеристик атмосферных процессов над ЕТР в осенне-зимний период.
Работа состоит из трех глав: введения, заключения, списка использованных источников и приложения.
В первой главе на основании обзора литературных источников дается описание основных параметров циркуляции атмосферы северного полушария.
Вторая глава посвящена исследованию основных особенностей циркуляционных характеристик атмосферы всего северного полушария, и, частности, над Европейской частью России (ЕТР), у земли и на высотах в осенне-зимний период за 2019-2020 гг. В данной главе подробно рассмотрены такие параметры, как положение циркумполярного вихря, высотной фронтальной зоны и центров действия атмосферы. Кроме того, в ней приведены примеры синоптических ситуаций, связанных с мощными экстремальными циклонами, которые были особо опасны в данный период
времени. Кроме того, рассмотрены ситуации в блокирующими антициклонами.
В третьей глава представлен анализ колебаний индексов североатлантического колебания (САК) и арктического колебания (АК) в осенне-зимний период за осень 2019 года и зиму 2019 - 2020 годов. В данной главе исследуется их связь с циркуляционными характеристиками атмосферы над всем северным полушарием и над ЕТР. Кроме того, в этой главе приведен анализ некоторых синоптических ситуаций, связанных с определенной фазой САК и АК.
В заключении представлены основные выводы по работе.
Список использованных источников состоит из 22 наименований.
В Приложении представлены карты осредненных за месяц значений геопотенциала и аномалий геопотенциала АТ-500, а также карты осредненных за месяц значений давления и аномалий давления на уровне моря за осенне-зимний период 2019 - 2020 г.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование основных циркуляционных характеристик атмосферных процессов над ЕТР в осенне-зимний период.
Работа состоит из трех глав: введения, заключения, списка использованных источников и приложения.
В первой главе на основании обзора литературных источников дается описание основных параметров циркуляции атмосферы северного полушария.
Вторая глава посвящена исследованию основных особенностей циркуляционных характеристик атмосферы всего северного полушария, и, частности, над Европейской частью России (ЕТР), у земли и на высотах в осенне-зимний период за 2019-2020 гг. В данной главе подробно рассмотрены такие параметры, как положение циркумполярного вихря, высотной фронтальной зоны и центров действия атмосферы. Кроме того, в ней приведены примеры синоптических ситуаций, связанных с мощными экстремальными циклонами, которые были особо опасны в данный период
времени. Кроме того, рассмотрены ситуации в блокирующими антициклонами.
В третьей глава представлен анализ колебаний индексов североатлантического колебания (САК) и арктического колебания (АК) в осенне-зимний период за осень 2019 года и зиму 2019 - 2020 годов. В данной главе исследуется их связь с циркуляционными характеристиками атмосферы над всем северным полушарием и над ЕТР. Кроме того, в этой главе приведен анализ некоторых синоптических ситуаций, связанных с определенной фазой САК и АК.
В заключении представлены основные выводы по работе.
Список использованных источников состоит из 22 наименований.
В Приложении представлены карты осредненных за месяц значений геопотенциала и аномалий геопотенциала АТ-500, а также карты осредненных за месяц значений давления и аномалий давления на уровне моря за осенне-зимний период 2019 - 2020 г.
В заключение приведем основные выводы по выпускной квалификационной работе.
1. В верхней стратосфере на уровне 10 гПа наблюдалась самая длительная по времени перестройка циркуляции с осенней на зимнюю, которая завершилась к конце к конце февраля. Околополярный циклонический вихрь оставался очень глубоким на протяжении всей зимы. Значение геопотенциала в его центра оставалось ниже климатической нормы в декабре в среднем на 56 дам, в январе на 100 дам, а в феврале на 160 - 210 дам.
2. На уровне 500 гПа в канадском секторе Арктики завышение геопотенциала составляло 11 дам. В октябре данная тенденция продолжалась. Околополярный циклон был разделен два центра. Один центр циклона располагался в канадском секторе Арктики, в связанной с ним ложбине аномалии геопотенциала достигали 9 дам. Второй центр циклона находился на северной оконечности архипелага Новая Земля, а связанная с ним тропосферная ложбина постоянно занимала Британские острова, а также Скандинавию и север ЕТР.
3. В ноябре в осредненном за месяц поле геопотенциала самые большие отклонения циркуляции от нормы отмечались в Атлантико- европейском секторе. Интенсивный и весьма мощный блокирующий антициклон сформировался и господствовал над ЕТР, начиная середине ноября до конца месяца.
4. Положение планетарной высотной фронтальной зоны (ПВФЗ) в зимние месяцы практически полностью соответствовало ее климатическому положению, но в ней отмечались большие градиенты. В феврале месяце такое обострение достигла максимума. Над Европой и ЕТР ПВФЗ была в феврале смещена на юг по сравнению с климатической нормой в среднем на 3-4 градуса.
5. Из анализа приземных ноябрьских карт можно констатировать, что блокирующий антициклон сформировался 15 ноября и устойчиво держался на своем месте до конца ноября. В третьей декаде ноября он был наиболее интенсивен. В центре этого барического образования давление 20-21 ноября превышало 1050 гПа. Если проанализировать временной ход индекса САК за ноябрь месяц, то со второй половины ноября он перешел из положительной фазы в отрицательную. В это время наблюдалось существенное нарушение западно-восточного переноса из-за блокинга.
6. АК в течение всего ноября находилось в отрицательной фазе. Это можно объяснить тем, что при отрицательной фазе АК вихрь вокруг Арктики ослабевает, что позволяет холодному воздуху не только в центральные, но и в южные районы Европы. Постоянные северные адвекции в тыловой части ложбин стали причиной холодной погоды в Западной Европе и над ЕТР
7. В январе главной особенностью поля приземного давления стал аномально глубокий исландский минимум. В среднем за январь давление в центре этого ЦДА было ниже нормы на 14 гПа. Аномалии в районе Исландии достигали -20 гПа. Январь на всей территории Европы был очень тёплым. Под влиянием постоянных мощных южных адвекций наибольшие аномалии температуры сформировались в Скандинавии и в Восточной Европе. В Тверской и Вологодской областях, к примеру, их средние месячные значения превысили +10°С.
8. В феврале 2020 года отмечался феноменально глубокий Исландский минимум. Продолжалась мощная адвекция тепла на всю территорию Европы и ЕТР. Глубокая область низкого давления имела два центра. Давление в них в среднем за месяц оказалось на 20 гПа ниже нормы в районе Исландии и на 24 гПа ниже нормы на севере Скандинавии. Февраль стал самым теплым в метеорологической летописи России. Побит рекорд двадцатипятилетней давности.
9. Атлантические циклоны стали причиной почти постоянной штормовой погоды на севере Европы. Сильный ветер с осадками отмечался и в странах Центральной Европы. В целом за месяц на Британских островах, на юге и северо-востоке Скандинавии, на севере и в центре Европы, в Прибалтике количество осадков в несколько раз превысило норму.
10. Разрушительный циклон «Дэннис» образовался 15 февраля в результате слияния двух глубоких вихрей южнее Исландии. Давление в центре возникшего огромного циклона резко понизилось (по разным расчётам) до 920-923 гПа, что сопоставимо с глубиной мощных тропических ураганов. Понижение давления в центре вихря за сутки 14-15 февраля составило 50 гПа, т.е. его развитие было взрывным.
11. Циклон «Дэннис» повлиял и на погоду на ЕТР. В Санкт-Петербурге был побит рекорд максимальной температуры за 17 февраля. По сведениям Северо-западного УГМС в 11 часов в северной столице столбики термометров дотянулись до отметки +7,4°, предыдущий максимум этого дня +5,2° отмечался в 1925 году.
12. В Ленинградской области, в том числе и в Санкт-Петербурге наблюдался дождь, ветер 17-22 м/с, в прибрежных районах Санкт- Петербурга, на Ладожском озере и на востоке Финского залива порывы достигали 28 м/с. При таком порывистом ветре в некоторых прибрежных районах Финского залива высота волн может достигнуть 3,5 метров.
13. Индексы САК достигали своих максимальных значений и в декабре(1,7) и в январе (1,6) и в феврале (1,6). Эти данные хорошо согласуются с выводами второй главы - обострение ПВФЗ, очень глубокие циклоны и экстремально высокие зимние значения температуры воздуха.
14. Экстремальный циклон «Дэнис», который явно имел взрывной характер возникновения и развития, тоже приходился на положительную фазу САК.
15. В начале декабря, в январе и, особенно, в феврале АК находилось в положительной фазе. Более того, в начале третьей декады февраля был зафиксирован рекордное положительное значение индекса АК = 6.1. Отрицательная фаза АК в конце декабря свидетельствует о том, что в этот период именно холодный воздух Арктики простирается далеко на юг.
1. В верхней стратосфере на уровне 10 гПа наблюдалась самая длительная по времени перестройка циркуляции с осенней на зимнюю, которая завершилась к конце к конце февраля. Околополярный циклонический вихрь оставался очень глубоким на протяжении всей зимы. Значение геопотенциала в его центра оставалось ниже климатической нормы в декабре в среднем на 56 дам, в январе на 100 дам, а в феврале на 160 - 210 дам.
2. На уровне 500 гПа в канадском секторе Арктики завышение геопотенциала составляло 11 дам. В октябре данная тенденция продолжалась. Околополярный циклон был разделен два центра. Один центр циклона располагался в канадском секторе Арктики, в связанной с ним ложбине аномалии геопотенциала достигали 9 дам. Второй центр циклона находился на северной оконечности архипелага Новая Земля, а связанная с ним тропосферная ложбина постоянно занимала Британские острова, а также Скандинавию и север ЕТР.
3. В ноябре в осредненном за месяц поле геопотенциала самые большие отклонения циркуляции от нормы отмечались в Атлантико- европейском секторе. Интенсивный и весьма мощный блокирующий антициклон сформировался и господствовал над ЕТР, начиная середине ноября до конца месяца.
4. Положение планетарной высотной фронтальной зоны (ПВФЗ) в зимние месяцы практически полностью соответствовало ее климатическому положению, но в ней отмечались большие градиенты. В феврале месяце такое обострение достигла максимума. Над Европой и ЕТР ПВФЗ была в феврале смещена на юг по сравнению с климатической нормой в среднем на 3-4 градуса.
5. Из анализа приземных ноябрьских карт можно констатировать, что блокирующий антициклон сформировался 15 ноября и устойчиво держался на своем месте до конца ноября. В третьей декаде ноября он был наиболее интенсивен. В центре этого барического образования давление 20-21 ноября превышало 1050 гПа. Если проанализировать временной ход индекса САК за ноябрь месяц, то со второй половины ноября он перешел из положительной фазы в отрицательную. В это время наблюдалось существенное нарушение западно-восточного переноса из-за блокинга.
6. АК в течение всего ноября находилось в отрицательной фазе. Это можно объяснить тем, что при отрицательной фазе АК вихрь вокруг Арктики ослабевает, что позволяет холодному воздуху не только в центральные, но и в южные районы Европы. Постоянные северные адвекции в тыловой части ложбин стали причиной холодной погоды в Западной Европе и над ЕТР
7. В январе главной особенностью поля приземного давления стал аномально глубокий исландский минимум. В среднем за январь давление в центре этого ЦДА было ниже нормы на 14 гПа. Аномалии в районе Исландии достигали -20 гПа. Январь на всей территории Европы был очень тёплым. Под влиянием постоянных мощных южных адвекций наибольшие аномалии температуры сформировались в Скандинавии и в Восточной Европе. В Тверской и Вологодской областях, к примеру, их средние месячные значения превысили +10°С.
8. В феврале 2020 года отмечался феноменально глубокий Исландский минимум. Продолжалась мощная адвекция тепла на всю территорию Европы и ЕТР. Глубокая область низкого давления имела два центра. Давление в них в среднем за месяц оказалось на 20 гПа ниже нормы в районе Исландии и на 24 гПа ниже нормы на севере Скандинавии. Февраль стал самым теплым в метеорологической летописи России. Побит рекорд двадцатипятилетней давности.
9. Атлантические циклоны стали причиной почти постоянной штормовой погоды на севере Европы. Сильный ветер с осадками отмечался и в странах Центральной Европы. В целом за месяц на Британских островах, на юге и северо-востоке Скандинавии, на севере и в центре Европы, в Прибалтике количество осадков в несколько раз превысило норму.
10. Разрушительный циклон «Дэннис» образовался 15 февраля в результате слияния двух глубоких вихрей южнее Исландии. Давление в центре возникшего огромного циклона резко понизилось (по разным расчётам) до 920-923 гПа, что сопоставимо с глубиной мощных тропических ураганов. Понижение давления в центре вихря за сутки 14-15 февраля составило 50 гПа, т.е. его развитие было взрывным.
11. Циклон «Дэннис» повлиял и на погоду на ЕТР. В Санкт-Петербурге был побит рекорд максимальной температуры за 17 февраля. По сведениям Северо-западного УГМС в 11 часов в северной столице столбики термометров дотянулись до отметки +7,4°, предыдущий максимум этого дня +5,2° отмечался в 1925 году.
12. В Ленинградской области, в том числе и в Санкт-Петербурге наблюдался дождь, ветер 17-22 м/с, в прибрежных районах Санкт- Петербурга, на Ладожском озере и на востоке Финского залива порывы достигали 28 м/с. При таком порывистом ветре в некоторых прибрежных районах Финского залива высота волн может достигнуть 3,5 метров.
13. Индексы САК достигали своих максимальных значений и в декабре(1,7) и в январе (1,6) и в феврале (1,6). Эти данные хорошо согласуются с выводами второй главы - обострение ПВФЗ, очень глубокие циклоны и экстремально высокие зимние значения температуры воздуха.
14. Экстремальный циклон «Дэнис», который явно имел взрывной характер возникновения и развития, тоже приходился на положительную фазу САК.
15. В начале декабря, в январе и, особенно, в феврале АК находилось в положительной фазе. Более того, в начале третьей декады февраля был зафиксирован рекордное положительное значение индекса АК = 6.1. Отрицательная фаза АК в конце декабря свидетельствует о том, что в этот период именно холодный воздух Арктики простирается далеко на юг.