CC BY
13УДК 911.
ЭКСТРЕМАЛЬНО НИЗКИЕ ЗИМНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ И АТЛАНТИЧЕСКАЯ МУЛЬТИДЕКАДНАЯ ОСЦИЛЛЯЦИЯ.
Холопцев А. В.
Севастопольское отделение ФГБУ «ГОИН им. Н. Н. Зубова»
Аннотация. Оценено влияние арктических блокингов, происходящих в зимние месяцы в Атлантическом, Европейском и Сибирском секторе, на формирование в Европейских регионах России метеоусловий, при которых температуры воздуха в них являются экстремально низкими. Выявленные особенности влияния на них вариаций состояния Атлантической мультидекадной осцилляции использованы при разработке прогнозов на ближайшие десятилетия, которые целесообразно учитывать при проектировании объектов строительства.
Ключевые слова: Европейская территория России, зима, арктические блокинги, экстремально низкие температуры, Атлантическая мультидекадная осцилляция.
Введение
Экстремально низкие зимние температуры воздуха, которые в ближайшие десятилетия могут наблюдаться во многих регионах мира, способны существенно влиять на комфортность температурного режима в любых расположенных на их территориях зданиях, жилых и производственных помещениях. Поэтому совершенствование методик прогнозирования указанных характеристик местного климата, является актуальной проблемой не только климатологии, но также архитектуры и строительства.
Наибольший интерес при этом представляет выявление устойчивых и значимых связей изменений рассматриваемых процессов, с природными факторами, состояния которых изменяются с периодами, сопоставимыми с продолжительностью нормативных периодов эксплуатации проектируемых сооружений. Одним из таких процессов является Атлантическая мультидекадная осцилляция (АМО) -крупномасштабный процесс в климатической системе нашей планеты, который был впервые описан М. Е. Шлезингером в 1994 г. [1].
Анализ основных исследований публикаций
Упомянутый процесс проявляется в изменениях средней поверхностной температуры Северной Атлантики, которые происходят квазициклически, с периодом порядка 50-100 лет[2, 3]. Он оказывает существенное влияние на изменения глобальных и региональных температур воздуха [4,5], а также интенсивности атмосферных осадков[6], во многих регионах Северного Умеренного климатического пояса, а также происходящие в них изменения уровня поверхности многих водных объектов [7].
Вследствие рассматриваемого процесса изменяются потоки тепла, доставляемого океаническими течениями в Арктику[8,9], что служит одной из основных причин вариаций ледовитости акваторий ее Европейского сектора.
Атлантические воды отличаются от арктических не только своей повышенной температурой, но и большей соленостью. В результате их охлаждения в Европейском секторе Арктики, их плотность возрастает, что приводит к их погружению в глубину. За пределы Европейского сектора Арктики охладившиеся, но столь же соленые атлантические воды уходят в толще ее вод. Достигнув шельфа Чукотки и Аляски, эти воды вновь частично поднимаются в поверхностный слой Северного Ледовитого океана, так как в зимние месяцы здесь активизируется конвекция. Поскольку поднимающиеся воды являются более солеными, при повышении интенсивности этого процесса соленость поверхностного слоя вод соответствующих районов Арктики также увеличивается, что влечет за собой некоторое снижение их ледовитости. Далее поднявшиеся воды увлекаются Трансарктическим течением, которое переносит их в западном направлении и частично возвращает в Северную Атлантику [10].
Поэтому вариации расхода, температуры и солености атлантических вод, проникающих в Европейский сектор Арктики способны с тем или иным запаздыванием влиять на изменения солености поверхностного слоя вод, ледовитости, а значит и поверхностной температуры многих арктических районов. Таким образом, вариации АМО способны влиять и на атмосферное давление в различных секторах Арктики, над которыми в зимние месяцы располагается Арктический антициклон.
Б. Л. Дзердзеевским и учеными его школы[11, 12] установлено, что при смещениях этого антициклона в сторону некоторого сектора Северного полушария, в нем возрастает продолжительность действия арктических блокингов. При этих процессах очень холодный зимний арктический воздух устремляется на юг, вызывая экстремальные похолодания на всем пути своего следования.
Если на пути распространения этого воздуха встречаются антициклоны, он их обтекает по изобарам, отклоняясь к западу и к востоку. В
результате, в регионы Европейского сектора арктический воздух способен поступать при блокингах, которые развиваются не только в этом секторе. На изменения метеоусловий в них способны влиять также блокинги в Сибирском секторе, которые взаимодействуют зимой с Сибирским антициклоном, а также в Атлантическом секторе, где они взаимодействуют с Азорским максимумом.
Последнее позволяет предположить, что значимым фактором изменчивости экстремально низких температур воздуха в зимние месяцы во многих регионах Европейской территории России могут быть арктические блокинги, которые развиваются в Атлантическом, Европейском и Сибирском секторе Северного полушария, под влиянием изменений состояний Арктического антициклона, первопричиной которых служат опережающие их по времени вариации состояния АМО.
Выдвинутая гипотеза не является тривиальной, поскольку известно, что в зимние месяцы холодный воздух на Европейскую территорию России может поступать и в холодных секторах приходящих сюда циклонов.
Поскольку вариации АМО способны опережать изучаемые процессы по времени на месяцы- годы, подтверждение адекватности данной гипотезы позволило бы использовать результаты мониторинга индекса АМО, представленные в [13], при сверхдолгосрочном прогнозировании изменений экстремальных температур воздуха на Европейской территории России в зимние месяцы. Поэтому проверка данной гипотезы, а также выявление условий, при которых она является адекватной, представляет немалый теоретический и практический интерес.
Постановка проблемы
Учитывая изложенное, объектом исследования выбраны изменения экстремальных температур воздуха на Европейской территории России в зимние месяцы.
Предметом исследования в ней служат связи изменений экстремальных температур зимних месяцев на Европейской территории России с вариациями состояния Атлантической
мультидекадной осцилляции.
Целью работы является проверка адекватности выдвинутой гипотезы, а также
значимо влияют на изменения экстремальных температур зимних месяцев на Европейской территории России.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи:
1. Оценены значимости влияния арктических блокингов в Атлантическом, Европейском и Сибирском секторе Северного полушария на возникновение метеоусловий в регионах Европейской территории России, при которых в них зимой наблюдаются экстремально низкие температуры воздуха.
2. Оценены значения временных сдвигов, при которых статистические связи между вариациями индекса АМО, а также запаздывающими по отношению к ним суммарными продолжительностями арктических блокингов в указанных секторах Северного полушария являются наиболее сильными.
Материалы и методы
В данной работе, как экстремально низкие в том или ином пункте рассматриваются зафиксированные в нем среднесуточные температуры воздуха, которые в период с 1 декабря по 28 февраля не превышают уровень х=т-с, где т - их среднее значение, а с - их среднеквадратическое отклонение.
Максимальные значения экстремально низких температур воздуха и периоды их существования определены для пунктов Европейской территории России, входящих в состав Центрального, Северо-Западного и Южного Федеральных округов, для которых информация о среднесуточных температурах зимних месяцев представлена в [14]. Пункты, которые относятся к Северо-Кавказскому Федеральному округу, при этом не рассматривались, поскольку в них на изменения зимних метеоусловий существенным является влияние Кавказских гор, что ощутимо изменяет проявляющиеся в них закономерности.
При этих исследованиях учтены данные о рассматриваемых характеристиках за отрезок времени с 1 января 1981 г. по декабрь 2015 г., который соответствует третьему (1981-1997гг.) и четвертому (1998-2015 гг.) периоду третьей циркуляционной эпохи[16]. В качестве примера, в таблице 1 представлены максимальные значения экстремально низких температур воздуха для пунктов Таганрог и Приморско-Ахтарск.
выявление условий, при которых вариации АМО
Таблица 1.
Статистические характеристики т, с и максимальные значения температур воздуха х в пунктах Таганрог и
№ Пункт т (оС) с(оС) х(оС)
1 Таганрог -2,260 5,571 -7,831
6 Приморско-Ахтарск -0,171 5,025 -5,196
Как видно из таблицы 1, географическое показали, что максимальные значения экстремально
положение пункта существенно влияет на уровень низких температур воздуха по Европейской
температуры воздуха, которая для него является территории России снижаются с юга на север и с
экстремально низкой. Аналогичные расчеты запада на восток. Их значения максимальны для
пунктов Ялта (Южный берег Крыма) и Сочи (Черноморское побережье Краснодарского края), а минимальны - для пункта Нарьян-Мар (Печорская низменность).
Направления, по которым происходят Арктические блокинги, являются одним из критериев, в соответствии с которыми осуществляется типизация макроциркуляционных процессов в Северном полушарии, при подходе, предложенном Б. Л. Дзердзеевским, В. М. Курганской и З.М. Витвицкой [15]. Учет этих направлений, а также атмосферного давления над Арктикой, позволил выявить 41 Элементарный циркуляционный механизм (далее ЭЦМ), которые относятся к 11 типам и 4 группам[11].
Арктические блокинги существуют лишь в периоды действия ЭЦМ, которые относятся к группам Нарушенная зональная (НЗ) и Меридиональная Северная (МС). В такие периоды над Арктикой расположена область повышенного давления и существуют один (НЗ) или 2-4 блокирующих процесса (МС).
Информация о продолжительности
действия в том или ином месяце и году каждого ЭЦМ получена из [16]. Она базируется на Календаре последовательной смены ЭЦМ за 1899-2015 гг., который до 1970 г. составлялся под руководством и при непосредственном участии Б.Л. Дзердзеевского сотрудниками циркуляционной группы Отдела климатологии Института географии АН СССР.
С 1971г. составление Календаря курировала В. М. Курганская, а с 1994 г. эта работа осуществляется Н.К. Кононовой, которая принимает в ней участие с 1957 г. В 2014 г. к составлению Календаря подключилась Т.Ю. Горбунова[17].
При решении первой задачи, значимость влияния на возникновение экстремально низких температур в некотором пункте Европейской территории России, арктического блокинга, который происходит в каком-либо секторе Северного полушария, оценена с помощью двух мер.
Первая мера (Р1) вычислялась как отношения суммарного за ту или иную зиму количества суток, в течение которых в некотором пункте наблюдаются экстремально низкие температуры воздуха, а также происходят блокинги, к количеству суток с экстремально низкими температурами воздуха.
Вторая мера (Р2) определялась как отношение суммарного за ту или иную зиму количества суток, в течение которых в том же пункте наблюдаются экстремально низкие температуры воздуха, а также происходят блокинги, к количеству суток, в течение которых той же зимой арктические блокинги происходили в некотором секторе северного полушария.
Значения указанных мер определены для всех рассматриваемых пунктов, а также для двух периодов: 1981-1997гг и 1998-2015 гг..
Даты, соответствующие экстремально низком температурам воздуха в рассматриваемых пунктах, получены из [14]. При определении дат, в которые арктические блокинги присутствовали в Атлантическом, Европейском и Сибирском секторе Северного полушария, использован Календарь последовательной смены ЭЦМ [16], а также перечни ЭЦМ, которые в них являются блокирующими.
Перечни ЭЦМ, при которых арктические блокинги наблюдаются в Атлантическом, Европейском и Сибийском секторе, в соответствии с [11,17], приведены в таблице 2. Таблица 2.
сектор Атлантический Европейский Сибирский
ЭЦМ 3, 8а, 8бл, 8гз, 8гл, 9а, 12а, 12бз, 12бл 4а, 4б, 4в, 8бз, 10а, 10б, 12вз, 5а, 5б, 5в, 5г, 8бз, 8бл, 8вз, 8вл, 8гз, 8гл, 11а, 12бл, 12вл
Из таблицы 2 видно, что наибольшее количество блокирующих ЭЦМ соответствует Сибирскому, а наименьшее - Европейскому сектору.
При решении второй задачи общая продолжительность в некотором месяце арктических блокингов в каждом секторе рассчитана как сумма периодов действия соответствующих ему блокирующих ЭЦМ, которые в этом месяце действовали. Поэтому как фактический материал о периодах действия таких ЭЦМ использована таблица 2 и [16].
Арктические воздушные массы, участвующие в образовании блокингов, формируются в соответствующих секторах Арктики, где атмосферное давление зависит от средней температуры их подстилающей поверхности (СТП). Как фактический материал при вычислении этих
температур для периода с января 1982 по декабрь 2014 г., использованы данные о средних температурах поверхности всех районов изучаемых секторов, которые расположены к северу от параллели 67°^ и ограничены квадратами координатной сетки размерами 1°х1°. Эти данные, содержатся в [19]. С их помощью для каждого ь зимнего месяца и каждого года 1 рассчитаны средние значения СТП Атлантического, Европейского и Сибирского секторов Арктики.
СТП,(г)= стп(Х,Ф)*СО5(Ф),
где СТП(Х,ф) значение СТП района, ограниченного квадратом координатной сетки размерами 1°х1° с центром долгота которого- X, а широта - ф;
Еф - оператор суммирования СТП всех квадратов расположенных на одинаковой широте; - оператор суммирования значений Еф.
Полученные таким образом временные ряды СТП Атлантического, Европейского и Сибирского секторов Арктики, а также временные ряды продолжительностей в тех же секторах арктических блокингов, подвергнуты
корреляционному анализу. Предварительно в них выделены и скомпенсированы линейные тренды. В результате установлено, что между рассматриваемыми процессами существует значимая положительная корреляция (достоверность данного результата не менее 95%). Последнее позволило подтвердить адекватность вывода, который сделан Б. Л. Дзердзеевским [11], согласно которого изменения продолжительности блокингов в том или ином секторе соответствуют смещениям Арктического антициклона.
Учитывая это, при решении второй задачи изучено влияние вариаций АМО на изменения СТП различных районов Атлантического, Европейского и Сибирского сектора Арктики. Выявлялся временной сдвиг А , при котором влияние вариаций индекса АМО на запаздывающие по отношению к ним изменения СТП в некотором секторе Арктики являлось наиболее существенным. При этом как фактический материал об изменениях состояния АМО использована база данных [13]. Эта база включает информацию за период с января 1948 г.
Как мера существенности влияния вариаций индекса АМО на изменения СТП в некотором секторе Арктики, использовано количество его районов, ограниченных квадратами координатной сетки размерами 1°х1°, где значения коэффициента корреляции рассматриваемых процессов положительны и значимы (превышают заданный пороговый уровень).
Если бы изучаемые процессы являлись стационарными и нормальными, в качестве этого уровня можно было бы выбрать значение некоторого порога достоверной корреляции по критерию Стьюдента[20].
Так как каких либо причин рассматривать изучаемые процессы как стационарные и гауссовые, не установлено, критерий Стьюдента при оценке значимости связей между ними применен быть не может.
Учитывая это, принято следующее допущение: - статистическая связь между сопоставляемыми фрагментами временных рядов изучаемых процессов является достаточно сильной, если значение коэффициента их парной корреляции превышает уровень +0,5. Его использование позволило для каждого А определись районы соответствующего сектора Арктики, для которых связь межгодовых изменений их СТП в зимние месяцы, в период 1982-2014 гг., с вариациями АМО, является достаточно сильной.
С учетом рекомендаций [18], установлено, что изучаемые статистические связи могут быть признаны надежными и пригодными для прогнозирования, если сопоставляемые фрагменты рассматриваемых временных рядов содержат 33 члена. Поэтому при определении значений А , которые соответствуют тому или иному региону Арктики, статистические связи вариаций индекса АМО с запаздывающими по отношению к ним изменениями его СТП, их сила оценивалась для различных фрагментов временных рядов АМО, которые имеют именно такую длину. Последнее позволило изучать статистические связи между изучаемыми процессами на отрезках времени длиной 33 года и при сдвигах между ними А, лежащими в диапазоне от 0 до 34 лет.
Результаты исследования и их анализ
При решении первой задачи в соответствии с рассмотренной методикой оценены значимости влияния арктических блокингов в Атлантическом, Европейском и Сибирском секторе Северного полушария на изменения зимних метеоусловий в регионах Европейской территории России, при которых в них наблюдаются экстремально низкие температуры воздуха. Значения используемой меры значимости этого влияния определены для всех рассматриваемых ее пунктов. Для этого рассчитаны значения мер Р1 и Р2, осредненные по всем пунктам, находящимся на территориях Центрального, Северо-Западного и Южного федеральных округов, которые соответствуют третьему (1981-1997гг.) и четвертому (1998-2015 гг.) периодам третьей циркуляционной эпохи. Эти значения приведены в таблице 3. Из таблицы 3 следует, что в четвертом периоде третьей циркуляционной эпохи по сравнению с ее третьим периодом доли интервалов времени, в течение которых наблюдались экстремально низкие температуры воздуха, приходящиеся на время действия арктических блокингов в Европейском секторе, во всех рассматриваемых регионах Европейской территории России заметно снизилась.
Аналогичные изменения произошли и с долями интервалов времени действия арктических блокингов в Европейском секторе, на которые в пунктах тех же регионов приходились периоды экстремально низких температур воздуха. Это позволяет заключить, что влияние арктических блокингов в Европейском секторе на формирование метеоусловий, при которых на всей рассматриваемой территории России зимние температуры воздуха являются экстремально низкими, в четвертом периоде (1988-2015 гг.) ослабло. При этом наиболее сильным оно остается в Северо-Западном Федеральном округе и наиболее слабым в Южном Федеральном округе.
Таблица 3.
Значения меры значимости влияния арктического блокинга на возникновение экстремально низких _температур воздуха зимой._
Блокинг в Европейском секторе
1981-1997гг. 1998-2015 гг.
Федеральный округ России Р1 Р2 Р1 Р2
Центральный 0.173 0,211 0,077 0,143
Северо -Западный 0,186 0,223 0,087 0,152
Южный 0,123 0,188 0,052 0,119
Блокинг в Сибирском секторе
Третий период Четвертый период
Федеральный округ России Р1 Р2 Р1 Р2
Центральный 0,195 0,143 0,236 0,110
Северо -Западный 0,167 0,121 0,189 0,093
Южный 0,191 0,165 0,233 0,108
Блокинг в Атлантическом секторе
Третий период Четвертый период
Федеральный округ России Р1 Р2 Р1 Р2
Центральный 0,063 0,073 0,068 0,111
Северо -Западный 0,113 0,123 0,236 0,154
Южный 0,100 0,092 0,245 0,137
Блокинг в любом из этих секторов
Третий период Четвертый период
Федеральный округ России Р1 Р2 Р1 Р2
Центральный 0,371 0,163 0,532 0,138
Северо -Западный 0,386 0,167 0,553 0,141
Южный 0,366 0,151 0,516 0,13
Для большинства рассматриваемых пунктов Европейской территории России в четвертом периоде той же циркуляционной эпохи заметно возросли Р1- доли интервалов времени, в течение которых в них наблюдались экстремально низкие температуры воздуха, приходящихся на периоды действия арктических блокингов в Сибирском секторе. Из этого следует, что влияние арктических блокингов в Сибирском секторе Северного полушария на образование метеоусловий, при которых на всей рассматриваемой территории России зимние температуры воздуха являются экстремально низкими, усилилось. В четвертом периоде (1988-2015 гг.) третьей циркуляционной эпохи наиболее сильным это влияние является в Центральном Федеральном округе.
В четвертом периоде третьей
циркуляционной эпохи наиболее значительно усилилось влияние на рассматриваемые процессы в Южном федеральном округе арктических блокингов, которые происходили в Атлантическом секторе. Усилилось оно и в прочих Федеральных округах.
Во всех рассматриваемых Федеральных округах России также усилилось влияние арктических блокингов, происходящих в любом из рассматриваемых секторов Северного полушария. Доли периодов их действия , совпадающие по времени с периодами существования на соответствующих территориях экстремально низких температур воздуха, всюду превышают 50%.
При решении второй задачи для Атлантического, Европейского и Сибирского сектора Арктики и каждого значения А определены его районы, для которых статистическая связь межгодовых изменений их СТП в том или ином зимнем месяце, с вариациями индекса АМО является достаточно сильной. Полученные при этом для того или иного зимнего месяца зависимости количества таких районов (М) каждого сектора от значения А представлены на рисунке 1.
Из рисунка 1 видно, что для всех секторов Арктики и всех зимних месяцев рассматриваемые зависимости носят мультимодальный характер, а значения А, которые соответствуют их максимумам, в различных секторах заметно различаются.
Как следует из рисунка 1А, в Атлантическом секторе минимальное значение А, при котором в соответствующей зависимости М(А) присутствует первый максимум, составляет 7 лет. Наибольшее количество районов данного сектора, где при таком А, связь между вариациями СТП и АМО достаточно сильна, соответствует - февралю. Второй максимум в рассматриваемой зависимости для февраля соответствует А=16 лет, для января и декабря - при А=15 лет.
Как видно из рисунка 1Б, в Европейском секторе минимальное значение А, при котором в соответствующей зависимости М(А) присутствует первый максимум, составляет 3 года. Это приблизительно совпадает с оценкой времени, за которое вода из тропической зоны Северной
Атлантики по системе поверхностных течений: Северо-Пассатное -Антильское - Гольфстрим -Североатлантическое, достигает Норвежского моря [4]. Наибольшее количество районов данного сектора, где при таком А, связь между вариациями СТП и АМО достаточно сильна, соответствует декабрю, а наименьшее - февралю. Это не удивительно, поскольку известно, что ледовитость районов Европейского сектора от декабря к февралю увеличивается.
м
" Фев -дек
34 32 30 2В 25 24 22 20 1В 16 14 12 10
6 4 2 0
А)
~янв "фев
-дек
34 32 30 23 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 О
Б)
"■фев дек
34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 0 6 4 2 О
В)
Рис. 1. Зависимости от А количества (М) районов секторов Арктики, где сила связи изменений в 1982-2014 гг.. их СТП в зимние месяцы, с опережающими на А вариациями АМО, достаточно велика.
А) Атлантический; Б) Европейский; В) Сибирский.
Из данного рисунка следует также, что наряду с упомянутым максимумом, в рассматриваемой зависимости присутствуют и иные,
которым соответствуют значения А, 6-7, 10-11 и более лет. Наибольшие значения М, превышающие 100, для декабря и января соответствуют А=11 лет, а для февраля - 26 лет.
Существование первого максимума рассматриваемой зависимости может отражать влияние на СТП районов Европейского сектора Арктики прихода в него дополнительного тепла, доставляемого атлантическими водами. В образовании последующих максимумов этой зависимости, вероятно, проявляется влияние доставляемой теми же водами избыточной соли, которая, благодаря циркуляции поверхностных вод Арктики многократно возвращается в Европейский сектор Арктики. Об этом свидетельствует и близкое к эквидистантному расположение максимумов рассматриваемой зависимости (соответствующие им значения А различаются на 4-6 лет).
Из рисунка 1В следует, что в Сибирском секторе минимальное значение А, при котором в соответствующей зависимости М(А) присутствует достаточно высокий максимум (М>100), составляет приблизительно 7 лет. Наибольшее количество районов данного сектора, где, при таком А, количество районов достаточно сильной связи между вариациями СТП и АМО превышает 100, соответствует январю. В феврале и декабре оно меньше и практически одинаково.
Значение А, при котором в январе достигается максимальное значение М, составляет 10 лет. При таком времени запаздывания значимо влиять на СТП районов данного сектора могут лишь вариации солености поверхностного слоя его вод, обусловленные повторным возвратом в него соленых атлантических вод, доставляемых циркуляцией поверхностных вод Арктики. Разность значений А, при которых значения М, соответствующие в Сибирском секторе декабрю и февралю, достигают максимумов, превосходящих 100, составляет 7 лет.
Сопоставление рисунков 1А-В
свидетельствует об адекватности выдвинутой гипотезы. Оно показывает, что арктические районы, где на межгодовые изменения в зимние месяцы СТП ощутимо влияют вариации индекса АМО, действительно существуют. В них связи между этими процессами наиболее сильны, если последние опережают изменения СТП по времени на то или иное А, минимальное значение которого составляет 3 года и соответствует Европейскому сектору. Минимальное значение А, которое соответствует районам Сибирского, и Атлантического сектора Арктики, составляет 7 лет.
Обсуждение полученных результатов
Выявленные закономерности могут быть использованы при разработке прогнозов изменений экстремальных температур воздуха в зимние месяцы на Европейской территории России, для сценария будущего, при котором выявленные закономерности сохранятся неизменными. При этом также должно
быть принято допущение, согласно которому главным фактором изменений ледовитости Арктики, а также состояния Арктического антициклона в зимние месяцы являются вариации потоков тепла и соли, которые поступают в нее из Северной Атлантики. Влияние на них изменений содержания в атмосфере парниковых газов проявляется опосредованно, через указанные вариации.
При разработку таких прогнозов за основу должны быть приняты изменения состояния индекса АМО, которые, для периода 1998-2015 гг., в соответствии с [12], представлены на рисунке 3.
Рис. 2. Зависимости от времени среднемесячных значений индекса АМО в период 1998-2015 гг., согласно [12].
Из рисунка 2 следует, что для всех зимних месяцев межгодовые изменения индекса АМО носят колебательный характер, при этом их средний уровень устойчиво снижается (что наиболее заметно в январе и феврале).
Рисунок 1Б показывает, что в Европейском секторе Арктики, зимой 2016г. проявлялись изменения состояния АМО, которые имели место в 2013 г.. Поэтому зима 2016 года в регионах Европейской территории России суровой не была.
Рисунок 1Б позволяет предположить также, что зима 2017 года здесь будет несколько более суровой (в особенности в январе и феврале), так как будет сказываться влияние АМО в 2014 г..
Из рисунков 1А и 1В следует, что в Атлантическом и Сибирском секторе суровые условия января и февраля, обусловленные низкими уровнями АМО в те же месяцы 2014 года, могут сложиться в 2021 г.
2020г. будет характеризоваться
повышенными температурами всех зимних месяцев, а 2019 год - их пониженными значениями. Все зимние месяцы в 2017г. и 2018 г. в данных секторах также будут, по-видимому, более теплыми.
Так как арктические блокинги чаще возникают в периоды, когда в соответствующем секторе Арктики происходит похолодание, полученные результаты позволяют предположить, что зима 2017г., 2018 г. и 2020 г. на Европейской территории России будет более теплой, в 2019 году и 2021 г. она будет более суровой.
Поскольку тенденция к снижению АМО в Сибирском и Атлантическом секторе также проявится с запаздыванием 7 лет, представляется вероятным, что аналогичная тенденция в ближайшие десятилетия будет проявляться и в изменениях экстремально низких температур зимних месяцев на всей Европейской территории России. Периоды, в течение которых температуры будут оставаться экстремально низкими, также будут возрастать. Эту особенность целесообразно учитывать при расчете систем отопления и теплоизоляции зданий, проектируемых для ее населенных пунктов.
Выводы
Таким образом, установлено,
1. В регионах Европейской территории России в XXI веке, не менее 50% случаев возникновения зимой метеоусловий, при которых температуры воздуха в их населенных пунктах становятся экстремально низкими, связаны с арктическими блокингами, действующими в Атлантическом, Европейском и Сибирском секторе.
2. По сравнению с аналогичным периодом в конце XX века, значимость влияния арктических блокингов в Европейском секторе снижается, а в Сибирском и Атлантическом возрастает.
3. Значимым фактором изменений поверхностных температур зимних месяцев в тех же секторах Арктики является Атлантическая мультидекадная осцилляция, вариации состояния которой опережают их по времени.
4. Проявляющаяся в XXI веке тенденция к снижению значений индекса АМО может породить тенденцию к увеличению продолжительности зимних блокингов в Сибирском и Атлантическом секторе, а также повышению суровости зим практически на всей Европейской территории России.
Список литературы
1. Schlesinger, M. E. (1994). "An oscillation in the global climate system of period 65-70 years". Nature 367 (6465): 723-726.
2. Mingfang, Ting; Yochanan Kushnir; Richard Seager; Cuihua Li (2009). "Forced and Internal Twentieth-Century SST Trends in the North Atlantic".Journal of Climate 22 (6): 1469-1481.
3. Delworth, T. L. & Mann, M. E. Observed and simulated multidecadal variability in the Northern Hemisphere. Clim. Dyn. 16, 661-676 (2000).
4. Chen, X. & Tung, K.-K. Varying planetary heat sink led to global-warming slowdown and acceleration. Science 345, 897-903 (2014).
5. Dickson R. R., Meincke J., Rhines P. Arctic-Subarctic Ocean Fluxes: Defining the Role of the Northern Seas in Climate. — Springer, 2008. — 736 с.
6. Enfild , D.B., Mestas, A.M. Ttimble P.J. ,2001: The Atlantic multidecadal oscilation and its relation to rainfall and river flows in the continental U.S. Geophysical Research Letters, Vol. 28, 2077-2080.
7. Gerard D. McCarthy, Ivan D. Haigh, Joel J.M. Hirschi, Jeremy P. Grist & David A. Smeed (27 May 2015). "Ocean impact on decadal Atlantic climate variability revealed by sea-level observations". Nature.
8. Marshall, J., Johnson, H. & Goodman, J. A study of the interaction of the North Atlantic Oscillation with ocean circulation. J. Clim. 14, 1399-1421 (2001).
9. Sallenger, A. H., Jr, Doran, K. S. & Howd, P. A. Hotspot of accelerated sea-level rise on the Atlantic coast of North America. Nature Clim. Change 2, 884888 (2012).
10. Бурков В. А. Общая циркуляция вод Мирового океана./ Л. - Гидрометиздат. - 1980. -253с.
11. Дзердзеевский, Б. Л. Циркуляционные механизмы в атмосфере Северного полушария в XX столетии // Материалы метеорологических исследований. изд. ИГ АН СССР и Междувед. Геофиз. Комитета при Президиуме АН СССР..М. -1968. - 240с.
12. Zakharov V. G., Kononova N. K. (2015). Relationship of dynamics of filds of ice drift in the arctic basin and atmospheric circulation northern hemisphere (summer season)//The complex systems, Interdisciplinary Scientific Journal, 2015, №1 (2), р.45-57 .
13. База данных об изменениях индекса Атлантической мультидекадной осцилляции [Электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.cdc.noaa.gov/timeseries/AMO/
14. База данных о характеристиках метеоусловий в различных пунктах мира [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.tutiempo/net
15. Дзердзеевский Б.Л., Курганская В.М., Витвицкая З.М. (1946). Типизация циркуляционных механизмов в северном полушарии и характеристика синоптических сезонов. Тр. н.-и. учреждений Гл. упр. гидрометеорол. службы при Совете Министров СССР.Сер. 2. Синоптическая метеорология; Вып. 21. Центральный институт прогнозов. М., Л., Гидрометиздат, 80 с..
16. Колебания циркуляции атмосферы Северного полушария в ХХ - начале XXI века [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.atmospheric-circulation.ru
17. Кононова Н.К. Классификация циркуляционных механизмов Северного полушария по Б. Л. Дзердзеевскому. //М. ИГ РАН.Воентехиниздат. - 2009. - 372с.
18. Наставление по службе прогнозов. Раздел 3, часть. III. Служба морских гидрологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1982, 143 с.
19. База данных об изменениях эффективных температур различных участков земной поверхности. [Электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.no aa.oisst.v2.html.
20.Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. - М.: Физматлит. -2006. -816с.
Kholopcev A. V..
THE AIRS TEMPERATURES ON THE TERRITORY OF EUROPEAN RUSSIA IN WINTER, WHICH ARE EXTREMELY LOW, AND ATLANTIC MULTIDECADAL
OSCILLATION
Summary. The influence of the Arctic blocking, which occurring in the winter months in the Atlantic, European and Siberian sector, on the formation of regions in European Russia weather conditions, under which the air temperature in them is extremely low, are estimated. The features of the influence of Atlantic multidecadal oscillation on these variations , which are identified, are used in the forecasting for on the coming decades. This forecastst is useful in designing of construction projects.
Keywords: European territory of Russia, winter, arctic blocking, extremely low temperatures, the Atlantic multidecadal oscillation.
