авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Оглы анализ современных режимов внетропических циклонов в тропосфере северного полушария и тенденций их изменения по данным реанализа и модельным расчетам

На правах рукописи

Акперов Мирсеид Габиль оглы

Анализ современных режимов внетропических циклонов в

тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по

данным реанализа и модельным расчетам

Специальность 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Научный руководитель:

член-корр. РАН, доктор физико-математических наук Мохов Игорь Иванович

Официальные оппоненты:

член-корр. РАН, доктор физико-математических наук Гулев Сергей Константинович доктор физико-математических наук Курганский Михаил Васильевич

Ведущая организация:

Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН

Защита диссертации состоится "16" февраля 2012 г. в 14:00 на заседании Диссертационного совета Д 002.096.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук (119017, Москва, Пыжевский пер., д.3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН.

Автореферат разослан " " января 2012 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 002.096. кандидат географических наук Краснокутская Л.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В земной атмосфере наблюдается большое разнообразие волновых и вихревых движений. Особый интерес представляют вихри синоптического масштаба, циклоны и антициклоны, в атмосфере внетропических широт. Внетропические циклоны и антициклоны играют важную роль в формировании регионального климата и его изменений.

В последние десятилетия (IPCC, 2007) отмечены значительные изменения глобальной приповерхностной температуры, с которыми связаны изменения режимов циклонических вихрей синоптического масштаба, в том числе их количества, времени жизни, интенсивности и размеров.

Работ, посвященных исследованию циклонической активности и ее изменений в атмосфере внетропических широт много, с широким спектром полученных результатов. При этом актуален анализ общих закономерностей в связи с глобальными климатическими изменениями с оценкой роли различных механизмов и обратных связей в формировании тенденций изменения режимов внетропических циклонов.

Целью данной работы является разносторонний анализ изменений параметров внетропических циклонов в атмосфере Северного полушария (СП) при изменении температурного режима - с использованием разных данных реанализа и модельных расчетов разной степени детальности, со сравнением различных методов детектирования циклонов.

Для достижения поставленной цели в диссертации ставились следующие задачи:

1. Провести сравнение характеристик внетропических циклонов СП с использованием разных методов идентификации и разных данных реанализа с различным пространственным разрешением (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA INTERIM).

2. Количественно оценить параметры чувствительности характеристик внетропических циклонов к изменению температурного режима СП на основе данных реанализа и модельных расчетов.

3. Получить оценки роли различных факторов в формировании изменений характеристик внетропических циклонов при изменении температурного режима СП на основе данных реанализа и модельных расчетов.

4. Провести разносторонний анализ изменений различных характеристик внетропических циклонов при возможных изменениях климата в XXI в. с учетом антропогенных воздействий.

Научная новизна и основные результаты работы:

1. На основе проведенного сравнительного анализа при общем соответствии характеристик внетропических циклонов СП, полученных с использованием разных методов и данных с различным временным и пространственным разрешением, отмечены количественные различия в зависимости от минимальной интенсивности детектируемых вихрей.

2. На основе современных данных и модельных расчетов получены количественные оценки параметров чувствительности количества, размеров и плотности упаковки на сфере внетропических циклонов СП к изменению температурного режима в атмосфере СП.

3. Количественно оценены изменения различных характеристик внетропических циклонов СП, в том числе их количества, интенсивности, длительности, размеров, степени их упаковки на сфере и общего действия, по расчетам с климатическими моделями при возможных изменениях климата в XXI в. с учетом антропогенных воздействий.

Научная и практическая значимость результатов:

1. Результаты могут быть использованы для диагностики тенденций региональных и глобальных климатических изменений.

2. Результаты могут быть использованы при валидации глобальных климатических моделей.

Личный вклад автора:

Автор принимал участие во всех этапах работы, в том числе в формулировке задач и интерпретации полученных результатов. Основные результаты диссертационной работы получены автором лично. Автором были проведены все расчеты, связанные с анализом используемых данных наблюдений и модельных результатов.



Апробация работы и публикации:

Результаты диссертации были представлены на семинарах Лаборатории теории климата и Отдела климатических исследований ИФА им. А.М. Обухова РАН, Лаборатории метеорологической метеорологии НЦНИ (Париж, Франция, 2008, 2009), Департамента почвы, окружающей среды и атмосферных наук Университета Миссури (Колумбия, США, 2009, 2010), на Международной конференции по проблемам гидрометеорологической безопасности (Москва, 2007), в отчетном годовом докладе Президента РАН (Москва, 2007), на ежегодных Всероссийских конференциях молодых ученых “Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы” (Звенигород, Нижний Новгород, Борок, 2006-2010 гг.), на Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (Вена, Австрия, 2010, 2011), на Европейской конференции IMILAST (Интерлакен, Швейцария, 2011).

Результаты диссертации опубликованы в 17 работах, в том числе в 8 – входящих в список Высшей аттестационной комиссии.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

Рукопись содержит 109 страниц, 33 рисунка, 8 таблиц, список литературы из названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, перечислены основные этапы исследования и результаты.

Глава 1 посвящена сравнению характеристик внетропических циклонов СП с использованием разных методов идентификации циклонов и разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM). Проведено сравнение различных характеристик внетропических циклонов, полученных на основе трех методов идентификации для Северного полушария (20-80o с.ш.) по 60-летним данным реанализа для полей приповерхностного атмосферного давления. В том числе, проведен анализ количества циклонов, их интенсивности, размеров и времени жизни. Сделаны оценки влияния орографических эффектов при идентификации циклонов и их траекторий. Сопоставлены характеристики внетропических циклонов при использовании разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM) с различным пространственным разрешением (табл. 1.1).

Данные Период Временное Пространственное реанализа (месяц/год) разрешение (часы) разрешение 2.50 x 2. NCEP/NCAR 01/1948-06/2009 2.50 x 2. ERA-40 09/1957-08/2002 1.50 x 1. ERA-INTERIM 01/1989-04/2009 Таблица 1.1. Характеристики используемых данных.





В разделе 1.1 описываются методы идентификации внетропических циклонов, а также используемые реанализы (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM) для полей приповерхностного атмосферного давления с различным пространственным и спектральным разрешением.

Используются следующие методы идентификации циклонов:

Метод I (далее I) описан в (Бардин и Полонский, 2005;

Акперов и др., 2007).

Этот метод, как и большинство методов, основан на стандартном выделении циклона, как области пониженного давления, ограниченной замкнутыми изобарами. В данной работе использовалась модифицированная версия метода I (Акперов и Мохов, 2010).

Алгоритм метода II идентификации циклонов и их траекторий описан в (Gulev et al., 2001). Рассматриваются лишь те циклоны, значения давления в центре которых не более 1015 гПа и время жизни не менее 24 ч. В траекторию объединялись два ближайших циклона в последовательные моменты времени (при шаге по времени 6 часов) с расстоянием между их центрами менее 10о.

Метод III описан в (Serreze et al., 1997). Каждый циклон идентифицируется как область пониженного давления с замкнутыми изобарами с шагом 1 гПа.

Траектории определялись при условии, что максимальное расстояние, на которое может переместиться циклон за 6 часов (шаг по времени) не может превышать км (при максимальной скорости циклона 133 км/ч) и изменение давления в центре при этом не должно превышать 20 гПа.

В разделе 1.2 проводится сравнение характеристик внетропических циклонов для разных регионов (внетропические широты, Евро-Атлантический и Тихоокеанский сектор СП), полученных различными методами идентификации циклонов с использованием данных реанализа для полей приповерхностного атмосферного давления.

1.1 Евро-Атлантический сектор а год N/N 1. I II III 0. 1. 1950 1960 1970 1980 1990 б Тихоокеанский сектор I годы год II III 1. N/N 1. 0. 1. 1950 1960 1970 1980 1990 СП (20-800 СП) в годы год N/N 1. I II III 0. 1950 1960 1970 1980 1990 годы Рис. 1.1. Межгодовые вариации общего количества внетропических циклонов N (нормированные на среднее значение N для периода 1948-2007 гг.) по данным NCEP/NCAR реанализа для Евро-Атлантического (а) и Тихоокеанского (б) секторов и в целом для СП (в), полученные с использованием различных методов (I, II, III) идентификации циклонов.

Отмечено общее согласие анализировавшихся методов за исключением количества циклонов, полученных на основе метода III (рис. 1.1). Это связано с дискретным шагом по давлению при идентификации циклонов этим методом.

Отмечено также, что с учетом областей с существенным влиянием орографических эффектов идентифицируется на 6% больше циклонов, чем без их учета.

В разделе 1.3 проводится сравнение характеристик внетропических циклонов, определенных по трем разным данным реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA INTERIM), с использованием метода I.

Количество циклонов, идентифицированных на основе разных данных реанализа, различается. Наибольшее количество циклонов отмечено с использованием ERA-INTERIM реанализа с более детальным пространственным разрешением, наименьшее – по данным NCEP/NCAR реанализа (табл. 1.2).

Период Реанализ СП (1989-1998) СП (1999-2008) Зима NCEP/NCAR 593 (±13) 600 (±19) ERA-40 570 (±26) ERA-INTERIM 696 (±18) 792 (±34) Лето NCEP/NCAR 621 (±18) 637 (±11) ERA-40 696 (±30) ERA-INTERIM 719 (±10) 810 (±37) Год NCEP/NCAR 2383 (±35) 2417 (±30) ERA-40 2434 (±82) ERA-INTERIM 2814 (±45) 3209 (±77) Таблица 1.2 Количество внетропических циклонов СП в среднем за год и для различных сезонов по данным реанализа NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM для периода 1989-2008 гг., определенное с использованием метода I. В скобках приведены среднеквадратические отклонения (СКО) для межгодовой изменчивости.

По данным с более грубым пространственным разрешением (NCEP/NCAR, ERA-40) отмечено меньшее количество мелких циклонов. Это связано с невозможностью идентификации циклонов с размерами меньше пространственного разрешения используемых данных. По более детальным данным ERA-INTERIM реанализа выявляются и наиболее глубокие циклоны.

Циклоны ИВМ (A2)(2001-2050) ИВМ (A2)(2050-2100) а 5 ИВМ (XX)(1952-2000) NCEP(1952-2000) LgNcum 0 100 200 300 400 500 600 700 2 (p), (гПа) Антициклоны ИВМ(A2)(2000-2050) ИВМ(A2)(2050-2100) б ИВМ(XX)(1952-2000) 4 NCEP(1952-2000) LgNcum 0 100 200 2 (p), (гПа) Рис. 1.2. Кумулятивные распределения числа внетропических атмосферных вихрей в зависимости от величины (p)2, характеризующей энергию вихря, по данным реанализа и расчетам с КМОЦ ИВМ РАН для периода 1952-2100 гг. (при сценарии SRES-A2 для XXI века, а) для циклонов, б) для антициклонов.

В разделе 1.4 проводится анализ функций распределения числа синоптических вихрей в зависимости от их интенсивности (энергии) и площади (Акперов и др., 2007;

Голицын и др., 2007). Отмечено, что кумулятивные распределения количества внетропических циклонов СП в зависимости от их интенсивности и площади имеют экспоненциальный характер как по данным реанализа, так и по модельным расчетам (рис. 1.2). При этом для экстремальных циклонов их повторяемость уменьшается быстрее экспоненты, а для экстремальных антициклонов – наоборот - медленнее экспоненты. Дефицит экстремальных циклонов уменьшает риск их неблагоприятных последствий, тогда как повышенная вероятность экстремальных антициклонов увеличивает риск таких неблагоприятных последствий как засухи летом и экстремальные морозы зимой.

В разделе 1.5 проводится обсуждение результатов главы 1.

Глава 2 посвящена исследованию чувствительности параметров циклонической активности в атмосфере внетропических широт СП с температурным режимом на основе эмпирических данных, а также с использованием сравнительно простой модели, описывающей взаимосвязь внетропических циклонов с температурным режимом.

В разделе 2.1 проведен анализ связи вертикальной температурной стратификации тропосферы СП с приповерхностной температурой.

Средние значения для тропосферы определялись на основе линейной регрессии (Мохов и Акперов, 2006) T ( z ) T ( 0 ) z по температурным среднемесячным и среднегодовым данным на стандартных уровнях в атмосфере (1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150 и гПа) от поверхности до уровня тропопаузы. Уровень тропопаузы изменялся от гПа в полярных широтах до 100 гПа - в тропических.

Величина вертикального градиента температуры в тропосфере СП в целом близка к 6.1 К/км, над сушей около 6.2 К/км, а над океаном около 6.1 К/км. При этом величина уменьшается от 6.5 К/км в низких широтах до 4.5 К/км в приполярных.

По изменениям величины во времени (годовом ходе, межгодовой изменчивости) на основе линейных регрессий a0 a1Ts оценивались значения d/dТs - параметра чувствительности к изменениям приповерхностной температуры Тs (коэффициент линейной регрессии a1).

Значения d/dTs - параметра чувствительности к изменению Тs, для СП в годовом ходе получены около 0.9.10-2 км-1 над океаном, 3.9.10-2 км-1 над континентами и 2.3.10-2 км-1 для полушария в целом. Соответствующие величины по данным в межгодовой изменчивости получены около 4.1.10-2 км-1 для СП в целом, 4.2.10-2 км-1 над океанами и 3.8.10-2 км -1 над континентами.

Полученные положительные значения d/dTs в целом характеризуют положительную климатическую обратную связь через вертикальный градиент температуры и свидетельствуют об уменьшении статической устойчивости тропосферы в целом при глобальном потеплении. Наряду с общей тенденцией увеличения с ростом Тs отмечены режимы с обратной тенденцией – главным образом над океаническими областями.

В разделе 2.2 проведен анализ чувствительности параметров внетропических циклонов к климатическим изменениям с помощью модели циклонической и антициклонической активности в атмосфере внетропических широт, связанной с характеристиками температурной стратификации атмосферы (далее ММПХ модель) (Мохов и др., 1992) в сопоставлении с данными на основе 60-летних данных (1948-2007 гг.) NCEP/NCAR реанализа. (При построении ММПХ-модели в качестве основного механизма генерации синоптических возмущений в атмосфере средних и высоких широт принималась бароклинная неустойчивость квазизонального потока.) Чувствительность количества циклонов (N) к изменению приповерхностной температуры Ts оценивалась на основе ММПХ-модели 3 (dTep / dTs ) 1 d ( e ) / dTs 1 dN ( e ) N dTs 2Ts Tэп или в случае сухой (безоблачной) атмосферы 3 (dTep / dTs ) 1 d ( a ) / dTs 1 dN.

( a ) 2Ts N dTs Ts Здесь Tep – перепад температуры между экватором и полюсом, e a ( a ва ), где a– сухоадиабатическое значение вертикального градиента температуры в тропосфере, ва – влажно-адиабатический градиент, - доля объема тропосферы, занятая облачностью (в простейшем случае вклад облачности учитывается долей покрытого облаками небосвода n), в ММПХ-модели. При =0 в сухой атмосфере e a.

(1/N)(dN/dTs), 1/K Широты СП, ММПХ-модель град реанализ 1948-2007 гг. c учетом сухая атмосфера влажности 20-80о -0.027(±0.012) -0.047 -0. Таблица 2.1. Оценки параметра чувствительности (1/N)(dN/dTs) для внетропических широт (20-80о) СП в целом по данным реанализа и на основе ММПХ-модели для сухой атмосферы и с учетом влажности.

В табл. 2.1 представлены модельные оценки параметра чувствительности (1/N)(dN/dTs) для внетропических широт СП в целом, полученные по данным реанализа и в рамках ММПХ-модели. Оценка параметра чувствительности для внетропических широт СП в целом для ММПХ-модели с учетом влажности близка к оценке по данным реанализа и соответствует уменьшению N в среднем за год примерно на 3% при увеличении приповерхностной температуры СП на 1 К. Для модели сухой (безоблачной) атмосферы этот параметр чувствительности для полушария в целом по абсолютной величине почти вдвое больше, чем по данным реанализа (но всего на одну пятую больше верхней границы интервала неопределенности на уровне СКО).

Соответствующие модельные и эмпирические оценки были сделаны и для других характеристик внетропических циклонов, в том числе для их характерных размеров L и плотности упаковки на сфере.

Чувствительность размеров внетропических циклонов к изменению температурного режима можно оценить, используя в качестве характерного масштаба циклона радиус деформации Россби LR. Оценка для параметра d чувствительности L1dLR / dTs /( a ) в сухой атмосфере указывает, что 2 T dT R возможны режимы и с dLR/dTs 0, и dLR/dTs 0 в зависимости от тенденций изменения характеристик статической устойчивости атмосферы ( и частоты Брента – Вяйсяля N).

При общей положительной корреляции вертикального градиента температуры в тропосфере для полушария в целом с приповерхностной температурой Ts, над океаническими областями проявляется также отрицательная корреляция и в годовом ходе и в межгодовой изменчивости. Подобная тенденция характерна и для бароклинной атмосферы с неизменной статической устойчивостью или со слабой тенденцией ее уменьшения при потеплении (с малыми по сравнению с (a - )/Ts величинами d/dTs). При достаточно сильной тенденции ослабления статической устойчивости при d/dTs 0 значения LR уменьшаются при увеличении Ts.

Эмпирические оценки параметра чувствительности dL/dTs размеров внетропических циклонов L к изменению температуры Ts были получены с использованием данных реанализа на основе линейной регрессии L на Ts.

В табл. 2.2 представлены оценки параметра чувствительности (1/L)(dL/dTs) K- для разных широтных зон СП по данным реанализа и на основе модельных расчетов для сухой атмосферы и с учетом влажности. Согласно табл. 2. проявляются тенденции уменьшения характерных размеров внетропических циклонов с ростом приповерхностной температуры по 60-летним данным реанализа, но эти тенденции статистически незначимые. При этом оценки параметра чувствительности (1/L)(dL/dTs) по данным реанализа находятся в диапазоне модельных оценок для сухой атмосферы и с учетом влажности. В целом для внетропических широт СП модельные оценки (1/L)(dL/dTs) находятся в диапазоне от -0.002 К-1 для сухой атмосферы до -0.019 К-1 с учетом влажности.

(1/L)(dL/dTs), 1/K Широты СП, ММПХ-модель реанализ град 1948-2007 гг. сухая атмосфера с учетом влажности 20-40 -0.0008(±0.0131) -0.0001 -0. 40-60 -0.0016(±0.0096) -0.0013 -0. 60-80 -0.0046(±0.0061) -0.0049 -0. Таблица 2.2. Оценки параметра чувствительности (1/L)(dL/dTs) K-1 для разных широтных зон СП по данным реанализа и на основе модельных расчетов для сухой атмосферы и с учетом влажности.

Оцененная по 60-летним данным NCEP/NCAR реанализа (для 1948-2007 гг.) среднегодовая плотность упаковки внетропических циклонов для СП (доля площади земной поверхности, покрытой циклонами (или антициклонами)) =0.08(±0.01), а для холодного и теплого сезонов – 0.09(±0.01) и 0.07(±0.01), соответственно. В скобках приведены стандартные отклонения соответствующих оценок. Эти оценки соответствуют свободной упаковке циклонов на сфере в ММПХ-модели, в которой бароклинные вихри с характерным размером порядка масштаба Россби LR находятся друг от друга на расстоянии порядка радиуса затухания взаимодействия бароклинных вихрей LO (масштаба Обухова).

При этом по модельным оценкам среднегодовая величина в сухой атмосфере для современного климата равна 0.11. В случае влажно-насыщенной атмосферы в ММПХ-модели =0.05. В целом оценки степени упаковки внетропических циклонов в реальной атмосфере находятся в диапазоне модельных оценок для предельных случаев сухой и влажно-насыщенной атмосферы.

Сделаны оценки чувствительности плотности упаковки внетропических циклонов к изменению приповерхностной температуры согласно 1 d ( NS ) (dN / dTs ) (dS / dTs ), NS dTs N S (dN / dTs ) где – параметр чувствительности количества циклонов N к изменению N (dS / dTs ) приповерхностной температуры Ts, а - параметр чувствительности S площади внетропических циклонов S к изменению температуры Ts.

Полученная с использованием 60-летних данных NCEP/NCAR реанализа 1 d ( NS ) = -0.025(±0.013) К-1 для СП в целом соответствует (1948-2007 гг.) оценка NS dT уменьшению плотности упаковки внетропических циклонов на полусфере на 2.5% при увеличении приповерхностной температуры на 1К. Эта тенденция связана с (dN / dT ) общим уменьшением числа внетропических циклонов СП: = N К- 0.027(±0.012) без существенных изменений характерных размеров (dS / dT ) внетропических циклонов. Параметр чувствительности для СП в целом по S данным реанализа оценен незначимым (значение соответствующего коэффициента регрессии S на T на порядок меньше СКО).

Оценено влияние меридионального и вертикального градиента температуры в тропосфере на изменение количества и размеров внетропических циклонов по данным NCEP/NCAR реанализа. Получено, что для разных широтных зон меняется относительное влияние вертикального градиента температуры и меридионального градиента температуры.

В разделе 2.3 проводится обсуждение результатов главы 2.

Глава 3 посвящена анализу возможных изменений характеристик внетропических циклонов СП при изменениях климата. Проведен анализ характеристик внетропических циклонов по данным NCEP/NCAR реанализа и по расчетам с климатическими моделями общей циркуляции (КМОЦ) ИВМ РАН и IPSL CM4 для XX и XXI веков.

В разделе 3.1 проведен анализ изменчивости параметров циклонов на основе модельных расчетов (КМОЦ ИВМ РАН и IPSL CM4) для XX века для внетропических широт в целом и Евро-Атлантического сектора в сопоставлении с данными NCEP/NCAR реанализа. Анализировались параметры внетропических циклонов в зависимости от их минимального времени жизни.

В разделе 3.2 проведен анализ изменений параметров циклонов внетропических широт СП в целом и Евро-Атлантического сектора в XX и XXI веках по расчетам с КМОЦ ИВМ РАН и IPSL CM4 с учетом возможных антропогенных воздействий, в частности при сценарии SRES-A2 для XXI века.

Для XXI века на основе модельных расчетов наряду со значимым уменьшением среднегодового количества внетропических циклонов для СП в целом, а также для теплого и холодного сезонов (табл. 3.1) отмечено увеличение количества зимних интенсивных циклонов, в частности над Евро-Атлантическим сектором.

Для Евро-Атлантического сектора при статистически значимом уменьшении в XXI веке количества сравнительно слабых внетропических циклонов отмечено значимое увеличение количества циклонов с интенсивностью в диапазоне от 15 до 30 гПа.

Отмечено значимое уменьшение количества мелких циклонов, а также увеличение крупных циклонов для СП в целом. Для Евро-Атлантического сектора в целом, а также для сезонов статистически значимое уменьшение количества циклонов отмечено для диапазона размеров до 1000 км и статистически незначимое увеличение количества крупных (с характерным радиусом более км) внетропических циклонов.

сезон период Евро-Атлантический СП сектор Зима I -0.8 -2. II -8.9 -6. Лето I -9.2 -5. II -13.7 -9. Год I -5.3 -3. II -11.8 -8. Таблица 3.1. Изменение (%) количества внетропических циклонов СП, а также для Евро-Атлантического сектора в среднем за год и для различных сезонов по модельным расчетам (КМОЦ IPSL CM4) к середине (I) и к концу (II) XXI века относительно конца XX века: I – (2041-2060 гг.) – (1981-2000 гг.), II – (2081- гг.) – 1981-2000 гг. Выделены значимые изменения (на уровне 95%).

В разделе 3.3 проводится обсуждение результатов главы 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе проведенного анализа получены следующие основные результаты:

1. Проведено сравнение различных параметров внетропических циклонов с использованием разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM) и методов идентификации синоптических вихрей. Выявлены количественные различия характеристик внетропических циклонов Северного полушария – их числа, размеров, интенсивности и времени жизни, связанные с временным и пространственным разрешением анализируемых данных и методами идентификации, а также с орографическими эффектами.

2. Получено, что кумулятивные распределения количества циклонов и антициклонов в зависимости от их интенсивности и площади имеют экспоненциальный вид как по данным реанализа, так и по модельным расчетам.

При этом для экстремальных циклонов их повторяемость уменьшается быстрее экспоненты, а для экстремальных антициклонов – наоборот – медленнее экспоненты.

3. Сделаны оценки чувствительности количества, размеров, интенсивности и плотности упаковки внетропических циклонов к изменению температурного режима на основе 60-летних данных реанализа. В целом для внетропических широт СП по данным реанализа отмечено уменьшение общего количества внетропических циклонов и плотности их упаковки с ростом приповерхностной температуры.

4. На основе сравнительно простой модели сделаны оценки чувствительности количества, размеров и плотности упаковки внетропических циклонов к изменению температурного режима в тропосфере в сопоставлении с данными реанализа. Отмечено общее согласие модельных оценок с полученными на основе данных реанализа.

Оценено влияние меридионального и вертикального градиента температуры в 5.

тропосфере на изменение количества и размеров внетропических циклонов по 60 летним данным реанализа в сопоставлении с оценками на основе сравнительно простой модели. Получено, что относительное влияние вертикального градиента температуры в тропосфере и меридионального градиента температуры различается для разных широтных зон СП.

6. Наряду со значимым уменьшением количества внетропических циклонов при возможных антропогенных изменениях в XXI веке анализ функций распределения количества циклонов в зависимости от их интенсивности по расчетам с климатическими моделями общей циркуляции выявил увеличение количества экстремальных циклонов, в частности зимой над Евро-Атлантическим регионом.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Акперов М.Г., Мохов И.И. Оценки чувствительности циклонической активности в тропосфере внетропических широт к изменению температурного режима // Изв. РАН. ФАО. 2012. Т.48. (в печати).

2. Akperov M.G., Mokhov I.I. Estimation of tendencies of change for different characteristics of extratropical cyclones and anticyclones in the Northern Hemisphere // EGU General Assembly, Vienna, Austria. 2011. Geoph. Res. Abstracts. V. 13.

EGU2011-1688.

3. Mokhov I.I., Akperov M.G., Vetrova A.A. Russian heat wave and blockings activity changes // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J.

Cote. WMO/TD-No. 1578. 2011. P.7-13.

4. Akperov M.G., Mokhov I.I. Comparison of extratropical cyclones characteristics obtained from different reanalyses by three methods // EGU General Assembly, Vienna, Austria. 2010. Geoph. Res. Abstracts. V. 12. EGU2010-1722.

5. Акперов М.Г., Мохов И.И. Сравнительный анализ методов идентификации внетропических циклонов // Изв. РАН. ФАО. 2010. Т.46. № 5. C.620-637.

6. Мохов И.И., Чернокульский А.В., Акперов М.Г., Дюфрен Ж.-Л., Ле Трет Э.

Изменения характеристик циклонической активности и облачности в атмосфере внетропических широт северного полушария по модельным расчетам в сопоставлении с данными реанализа и спутниковыми данными // ДАН. 2009. Т.424.

№ 3. C.393-397.

7. Mokhov I.I., Akperov M.G., Dufresne J.-L., Le Treut H. Cyclonic activity and its total action over extratropical latitudes in Northern Hemisphere from model simulations // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD No. 2009. P.07.9-07.10.

8. Акперов М.Г. Особенности изменчивости глобальных полей давления по данным NCEP/NCAR реанализа // XII междунар. конф. молодых ученых. “Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы”. Борок. 2008.

С.17.

9. Акперов М.Г., Бардин М.Ю., Володин Е.М., Голицын Г.С., Мохов И.И.

Функции распределения вероятностей циклонов и антициклонов по данным реанализа и модели климата ИВМ РАН // Изв. РАН. ФАО. 2007. T.43. № 6. С.764 772.

10. Голицын Г.С., Мохов И.И., Акперов М.Г., Бардин М.Ю. Функции распределения вероятности для циклонов и антициклонов в период 1952-2000 гг.:

инструмент для определения изменений глобального климата // ДАН. 2007. Т.413.

№ 2. C.254-256.

11. Голицын Г.С., Мохов И.И., Акперов М.Г., Бардин М.Ю., Володин Е.М.

Оценки гидрометеорологических рисков и функций распределения вероятности атмосферных вихрей по данным реанализа и моделям климата // Проблемы анализа риска. 2007. Т.4. № 1. С.27-37.

12. Akperov M.G. Tropospheric lapse rate and its relation to surface temperature for warm and cold seasons from reanalysis data // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No. 1397. 2007. P.02.01-02.02.

13. Мохов И.И., Акперов М.Г., Лагун В.Е., Луценко Э.И. Интенсивные арктические мезоциклоны // Изв. РАН. ФАО. 2007. Т.43. № 3. C.291-297.

14. Mokhov I.I., Akperov M.G., Chernokulsky A.V., Dufresne J.-L., Le Treut H.

Comparison of cloudiness and cyclonic activity changes over extratropical latitudes in Northern Hemisphere from model simulations and from satellite and reanalysis data // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD No.1397. 2007. P.07.15-07.16.

15. Мохов И.И., Акперов М.Г. Вертикальный температурный градиент в тропосфере и его связь с приповерхностной температурой по данным реанализа // Изв. РАН. ФАО. 2006. Т.42. № 4. C.467-475.

16. Мохов И.И., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Хон В.Ч., Акперов М.Г., Аржанов М.М., Карпенко А.А., Тихонов В.А., Чернокульский А.В., Сигаева Е.В..

Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА РАН // ДАН. 2005. Т.402. № 2. С 243-247.

17. Mokhov I.I., Akperov M.G. Intense Arctic and Antarctic mesocyclones (polar lows) and their variability // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling.

Ed. by J. Cote. WMO/TD-No.1161. 2003. P.02.09-02.10.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.