ЭФФЕКТЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ В ДИНАМИКЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕНТРОВ ДЕЙСТВИЯ АТМОСФЕРЫ В СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Солнечная активность как фактор погодно-климатических изменений 5
1.1. Понятие и виды солнечной активности. Индексы солнечной активности 5
1.2. Цикличность солнечной активности, возможные причины 13
1.3. Возможные механизмы эффектов солнечной активности в погоде и климате 15
2. Центры действия атмосферы Северной Атлантики в климатической системе Земли 20
2.1. Центры действия атмосферы в Северной Атлантике, их погодно - и
климатообразующее значение 20
2.2. Динамика изменения поля давления над Северной Атлантикой во второй половине
XX - начале XXI вв 23
2.3. Барический отклик атмосферы на изменения солнечной активности 25
3. Материалы и методы исследования 29
3.1. Физико-географическое положение региона исследования 29
3.2. Материалы исследования 30
3.3. Глобальные моды циркуляции Северной Атлантики 31
3.4. Методы исследования 33
4. Исследования барического отклика атмосферы в Северной Атлантике на изменения
солнечной активности 36
4.1. Изменения солнечной активности во второй половине XX - начале XXI вв 36
4.2. Динамика давления в Исландском минимуме и Азорском максимуме во второй
половине XX - начале XXI вв 38
4.3. Индекс NAO как показатель согласованных изменений центров действия
атмосферы в Северной Атлантики 42
4.4. Состояние барического поля Северной Атлантики в разные стадии циклов
солнечной активности 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 59
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Солнечная активность как фактор погодно-климатических изменений 5
1.1. Понятие и виды солнечной активности. Индексы солнечной активности 5
1.2. Цикличность солнечной активности, возможные причины 13
1.3. Возможные механизмы эффектов солнечной активности в погоде и климате 15
2. Центры действия атмосферы Северной Атлантики в климатической системе Земли 20
2.1. Центры действия атмосферы в Северной Атлантике, их погодно - и
климатообразующее значение 20
2.2. Динамика изменения поля давления над Северной Атлантикой во второй половине
XX - начале XXI вв 23
2.3. Барический отклик атмосферы на изменения солнечной активности 25
3. Материалы и методы исследования 29
3.1. Физико-географическое положение региона исследования 29
3.2. Материалы исследования 30
3.3. Глобальные моды циркуляции Северной Атлантики 31
3.4. Методы исследования 33
4. Исследования барического отклика атмосферы в Северной Атлантике на изменения
солнечной активности 36
4.1. Изменения солнечной активности во второй половине XX - начале XXI вв 36
4.2. Динамика давления в Исландском минимуме и Азорском максимуме во второй
половине XX - начале XXI вв 38
4.3. Индекс NAO как показатель согласованных изменений центров действия
атмосферы в Северной Атлантики 42
4.4. Состояние барического поля Северной Атлантики в разные стадии циклов
солнечной активности 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 59
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
Влиянию солнечной активности на климат Земли посвящено огромное количество работ. Несмотря на это, доказательства существования такого влияния убеждают не всех исследователей и многие считают, что оно является малосущественным. В докладах МГЭИК [72] утверждается определяющая роль в современном потеплении климата - антропогенная. Тем не менее, климат всегда менялся, будет меняться, и в эти процессы вносят свой вклад, также, естественные факторы. Одним из определяющих является изменение потока солнечной энергии к Земле ввиду различных причин, одной из которых является изменение солнечной активности.
Изменение климата - сложный и комплексный процесс, климат меняется не только из-за разницы в поступлении энергии от Солнца, на это влияет и характер распределения этой энергии по поверхности Земли, и изменение общей циркуляции атмосферы и океана, и изменение температурно-влажностных свойств воздушных масс. Сложность этого процесса требует подробных «частных» исследований, которые способствуют формированию как можно более комплексной картины факторов и механизмов климаторегулирования. Эта задача не теряет актуальности в связи с проблемой долгосрочного прогноза погоды и климата.
Атмосферное давление является важнейшим фактором погодообразования, а общая циркуляция атмосферы - важнейшим внутренним механизмом в климатической системе, передающим внешние возмущения состоянию приземной атмосферы, поэтому исследование их связи с солнечной активностью является очень важным и актуальным.
Данное исследование расширяет предыдущие результаты [66, 68, 69],
рассматривает более подробно зимний сезон. Сопоставление с солнечной активностью проводилось более подробно для каждого экстремума солнечной активности, центров действия атмосферы Северной Атлантики и индекса NAO. Впервые выделены различия уровня среднего и амплитуды давления в центрах действия атмосферы Северной Атлантики и индекса NAO в четных и нечетных циклах солнечной активности за период исследования. Также, настоящее исследование рассматривает более современный период (до 2021 года), охватывающий всю ветвь спада векового цикла солнечной активности.
Объектом исследования являются центры действия атмосферы Северной Атлантики - Исландский минимум и Азорский максимум.
Предметом исследования является изменение характеристик центров действия атмосферы Северной Атлантики в связи с изменениями солнечной активности.
Целью настоящей работы является исследование барического отклика в центрах действия атмосферы Северной Атлантики на изменения солнечной активности за период 1954-2021 гг.
Определены следующие задачи:
- анализ погодно-климатического значения и временных масштабов изменений характеристик центров действия атмосферы в Северной Атлантике во второй половине XX - начале XXI вв.;
- анализ барического отклика нижней атмосферы в зоне Исландского минимума и Азорского максимума на изменения солнечной активности в 11-летнем цикле, оценка сезонных особенностей отклика.
Материалом для исследования послужили данные по числам Вольфа [77], данные атмосферного давления для центров действия атмосферы в Северной Атлантике: Исландского минимума и Азорского максимума [80, 46], данные индекса NAO [80].
Для решения поставленных задач использовались методы математической статистики и экспертный.
Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе при преподавании дисциплин «Метеорология» и «Теория общей циркуляции атмосферы». Также, выявленные закономерности могут учитываться при построении моделей климата.
Изменение климата - сложный и комплексный процесс, климат меняется не только из-за разницы в поступлении энергии от Солнца, на это влияет и характер распределения этой энергии по поверхности Земли, и изменение общей циркуляции атмосферы и океана, и изменение температурно-влажностных свойств воздушных масс. Сложность этого процесса требует подробных «частных» исследований, которые способствуют формированию как можно более комплексной картины факторов и механизмов климаторегулирования. Эта задача не теряет актуальности в связи с проблемой долгосрочного прогноза погоды и климата.
Атмосферное давление является важнейшим фактором погодообразования, а общая циркуляция атмосферы - важнейшим внутренним механизмом в климатической системе, передающим внешние возмущения состоянию приземной атмосферы, поэтому исследование их связи с солнечной активностью является очень важным и актуальным.
Данное исследование расширяет предыдущие результаты [66, 68, 69],
рассматривает более подробно зимний сезон. Сопоставление с солнечной активностью проводилось более подробно для каждого экстремума солнечной активности, центров действия атмосферы Северной Атлантики и индекса NAO. Впервые выделены различия уровня среднего и амплитуды давления в центрах действия атмосферы Северной Атлантики и индекса NAO в четных и нечетных циклах солнечной активности за период исследования. Также, настоящее исследование рассматривает более современный период (до 2021 года), охватывающий всю ветвь спада векового цикла солнечной активности.
Объектом исследования являются центры действия атмосферы Северной Атлантики - Исландский минимум и Азорский максимум.
Предметом исследования является изменение характеристик центров действия атмосферы Северной Атлантики в связи с изменениями солнечной активности.
Целью настоящей работы является исследование барического отклика в центрах действия атмосферы Северной Атлантики на изменения солнечной активности за период 1954-2021 гг.
Определены следующие задачи:
- анализ погодно-климатического значения и временных масштабов изменений характеристик центров действия атмосферы в Северной Атлантике во второй половине XX - начале XXI вв.;
- анализ барического отклика нижней атмосферы в зоне Исландского минимума и Азорского максимума на изменения солнечной активности в 11-летнем цикле, оценка сезонных особенностей отклика.
Материалом для исследования послужили данные по числам Вольфа [77], данные атмосферного давления для центров действия атмосферы в Северной Атлантике: Исландского минимума и Азорского максимума [80, 46], данные индекса NAO [80].
Для решения поставленных задач использовались методы математической статистики и экспертный.
Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе при преподавании дисциплин «Метеорология» и «Теория общей циркуляции атмосферы». Также, выявленные закономерности могут учитываться при построении моделей климата.
Солнечно-земные связи, действительно, имеют очень сложный и неоднозначный характер. Несмотря на огромное количество работ, исследующих такие связи, вопрос влияния солнечной активности на климат Земли остается нерешенным, природа многих явлений до конца не изучена.
Из анализа полученных результатов можно сделать следующие основные выводы:
1. На ветви спада векового цикла солнечной активности в среднем за 11-летние циклы Исландский циклон усиливался в четные циклы солнечной активности, а в нечетные - он был более слаб.
2. В Исландском минимуме средняя амплитуда давления за холодное полугодие и за зиму, а также среднее за зиму давление рассмотренный интервал лет больше в нечетных циклах солнечной активности, чем в четных.
3. В 21-24 циклы солнечной активности Азорский антициклон был более силен в нечетные циклы, а Исландский минимум - в четные.
4. На ветви спада современного векового цикла СА экстремально слабыми оба центра действия атмосферы Северной Атлантики были в 2010 году, что могло быть следствием уменьшения продолжительности выходов южных циклонов и усиления меридиональных блокирующих процессов, а также 35-летней периодичности смены холодных влажных лет на теплые и сухие.
5. Экстремумы давления в центрах действия атмосферы Северной Атлантики за рассмотренный период лет отмечаются не в сами годы экстремумов солнечной активности, а сдвигаются. Исландский минимум был усилен, чаще всего, в зоне максимума солнечной активности, а ослаблен в годы сниженной солнечной активности. Азорский антициклон, также, ослаблен в зоне минимума солнечной активности, а усиливался он ближе к максимуму.
6. В большей степени динамика индекса NAO определяется изменениями интенсивности Исландского минимума, коэффициент связи равен 0,81.
7. За период 1954-2021 гг. получено, что большая часть минимальных значений NAO наблюдались в годы минимума солнечной активности и вблизи него: спустя 1-2 года после минимума и в завершении ветви спада 11 -летнего цикла. Повышенный индекс NAO отмечался чаще всего в годы повышенной солнечной активности.
8. Значение индекса NAO за зиму и за холодное полугодие больше в четных циклах солнечной активности, чем в нечетных.
9. Набор ведущих гармоник в рядах данных сходен для всех рассмотренных характеристик, различия проявляются в степени влияния той или иной периодичности на амплитуду колебаний соответствующего показателя.
10. Исландский минимум и индекс NAO в зимний период с наибольшей амплитудой изменяются в циклах с периодами около 8-9 и 20-22 лет, а индекс NAO и в 11-летнем цикле.
11. В четном солнечном цикле 2009-2019 гг., наиболее слабом из всех рассмотренных, проявились наибольшие отклонения от среднего в зимний период в барическом диполе Северной Атлантики. Это продолжило и усилило тенденцию роста экстремальности погодных условий на Евразийском континенте.
Из анализа полученных результатов можно сделать следующие основные выводы:
1. На ветви спада векового цикла солнечной активности в среднем за 11-летние циклы Исландский циклон усиливался в четные циклы солнечной активности, а в нечетные - он был более слаб.
2. В Исландском минимуме средняя амплитуда давления за холодное полугодие и за зиму, а также среднее за зиму давление рассмотренный интервал лет больше в нечетных циклах солнечной активности, чем в четных.
3. В 21-24 циклы солнечной активности Азорский антициклон был более силен в нечетные циклы, а Исландский минимум - в четные.
4. На ветви спада современного векового цикла СА экстремально слабыми оба центра действия атмосферы Северной Атлантики были в 2010 году, что могло быть следствием уменьшения продолжительности выходов южных циклонов и усиления меридиональных блокирующих процессов, а также 35-летней периодичности смены холодных влажных лет на теплые и сухие.
5. Экстремумы давления в центрах действия атмосферы Северной Атлантики за рассмотренный период лет отмечаются не в сами годы экстремумов солнечной активности, а сдвигаются. Исландский минимум был усилен, чаще всего, в зоне максимума солнечной активности, а ослаблен в годы сниженной солнечной активности. Азорский антициклон, также, ослаблен в зоне минимума солнечной активности, а усиливался он ближе к максимуму.
6. В большей степени динамика индекса NAO определяется изменениями интенсивности Исландского минимума, коэффициент связи равен 0,81.
7. За период 1954-2021 гг. получено, что большая часть минимальных значений NAO наблюдались в годы минимума солнечной активности и вблизи него: спустя 1-2 года после минимума и в завершении ветви спада 11 -летнего цикла. Повышенный индекс NAO отмечался чаще всего в годы повышенной солнечной активности.
8. Значение индекса NAO за зиму и за холодное полугодие больше в четных циклах солнечной активности, чем в нечетных.
9. Набор ведущих гармоник в рядах данных сходен для всех рассмотренных характеристик, различия проявляются в степени влияния той или иной периодичности на амплитуду колебаний соответствующего показателя.
10. Исландский минимум и индекс NAO в зимний период с наибольшей амплитудой изменяются в циклах с периодами около 8-9 и 20-22 лет, а индекс NAO и в 11-летнем цикле.
11. В четном солнечном цикле 2009-2019 гг., наиболее слабом из всех рассмотренных, проявились наибольшие отклонения от среднего в зимний период в барическом диполе Северной Атлантики. Это продолжило и усилило тенденцию роста экстремальности погодных условий на Евразийском континенте.
