CC BY
27
УДК 551.505
Т. Н. Осипова, Л. И. Митрошина
Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2003. вып. 2 (№ 15)
ОСОБЕННОСТИ МНОГОЛЕТНЕГО ХОДА ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В РАЗЛИЧНЫХ ЗОНАХ И СЕКТОРАХ ТИХОГО ОКЕАНА В СЕВЕРНОМ ПОЛУШАРИИ1
Закономерности изменения термического режима Земли, происходившего в течение последнего столетия, изучались многими исследователями. В результате было установлено, что указанные изменения неоднородны как во времени, так и в пространстве [1—3].
Так, повышение средней глобальной температуры у поверхности Земли составило 0,6°С, изменяясь от 0,4 до 0,8° С в различных регионах [4]. Температуры воздуха, имея в целом тенденцию к увеличению, изменялись волнообразно: похолодание в конце 1880-х годов сменилось потеплением в 1910-1945 гг., затем с 1946 по 1975 г. происходило понижение температуры, сменившееся ростом, который наблюдается по настоящее время. Наибольший рост температуры наблюдался в течение последнего периода (с 1975 г. по настоящее время). Потепление последнего периода достигало 0,17°С за 10 лет, что больше, чем в предыдущий период, которое составило 0,14°С. Из пятнадцати лет (1981-1995 гг.) девять оказались самыми теплыми за всю историю метеорологических наблюдений. 1998 год был самым теплым за весь период современного потепления [4].
Наиболее четко потепление проявилось в Северном полушарии с ярко выраженными региональными особенностями в многолетнем ходе температур как над сушей, так и над океаном. Однако некоторые авторы отмечают, что при общей тенденции к потеплению в Северной Атлантике обнаруживается противофазпость хода аномалий температуры в отдельных частях данного региона в конкретные временные интервалы [5, 6]. Известно, что потепление над поверхностью океана отстанет от глобального потеплепия над поверхностью суши. Океан, покрывающий более 70% поверхности земного шара, является сложной системой, в которой постоянно возникают и исчезают циркуляции различного масштаба, формируются мощные планетарные течения, происходит перенос тепла из одних районов в другие. И все процессы протекают в условиях постоянной связи океана с атмосферой при непрерывном их взаимодействии [7]. Наряду с мощными струйными течениями Гольфстрим и Куросио особое значение для динамики системы атмосфера — океан имеют экваториальные восточно-западные течения, образующиеся под воздействием пассатов. При уменьшении интенсивности пассатов в Тихом океане наблюдаются более сильный прогрев поверхности экваториальных вод и повышение температуры воздуха в тропической зоне, создается большая разность приземных температур и давления па высотах между экватором и полюсом. В результате происходят интенсификация планетарных атмосферных течений в умеренных широтах над акваторией Тихого океана и одновременное уменьшение интенсивности атмосферных потоков над Атлантикой [8]. Перестройка атмосферной циркуляции, в свою очередь, может вызвать региональные климатические изменения, и на фоне общего потеплепия в некоторых районах наблюдается похолодание [9].
Поскольку взаимодействие океана и атмосферы играет важную роль в сохранении существующего климата и длительной его эволюции, представляется важным исследовалие особенностей изменения температуры воздуха в различных секторах и зонах океанов. Цель настоящей работы — детальный анализ многолетнего хода температуры воздуха в разных районах Тихого океана в Северном полушарии.
В процессе расчета глобального хода температур, как правило, используются архивные материалы по отдельным пунктам или регионам, в осреднении по годам и месяцам. В каче-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке программы «Университеты России» (проект №УР.08.01.025).
© Т. Н. Осипова, Л. И. Митрошина. 2003
стве исходных данных применяются сведения о температуре, полученные в результате интерполяции в узлы регулярной сетки, которые исключают мелкомасштабные особенности поля температуры воздуха.
Для исследования закономерностей термического режима воздуха в Тихоокеанском регионе (Северное полушарие) были использованы материалы наземных станций и судовых наблюдений из базы данных Исследовательского центра Годдард КАЭА (США). В качестве исходных рассматривались среднегодовые и среднесезонные температуры воздуха. Средпесезонные температуры определялись как средние за три месяца: декабрь, январь, февраль — зима; март, апрель, май—весна; июнь, июль, август —лето; сентябрь, октябрь, ноябрь — осень.
Для анализа были выбраны 34 станции, расположенные на побережье и на островах центральной части Тихого океана в Аляскинском (160° з.д. — 100° з.д.) и Дальневосточном (120° в.д. — 160° з.д.) секторах (табл. 1). Район исследований дополнительно был разделен на широтные зоны: 5-25°. с.ш., 25-40° с.ш., 40-55° с.ш., 55-65° с. ш.
Исходные временные ряды среднегодовой и среднесезонной температур воздуха рассматривались в пределах следующих временных интервалов: 1) последние 91-100 лет (с 1909 по 2000 г.); 2) 1910-1945 гг. (период потепления по данным ВМО); 3) 1946-197-5 гг. (период похолодания по данным ВМО); 4) 1976-2000 гг. (период максимального потепления по данным ВМО).
Особенности пространственной структуры поля среднегодовых температур воздуха были исследованы с помощью корреляционного анализа. Корреляционные связи со значимыми коэффициентами от 0,6 до 0,8 проявляются между значениями на станциях, расположенных близко друг к другу во всех широтных зонах. Как в периоды потепления, так и в период похолодания наибольшие коэффициенты отмечаются в средних широтах Аляскинского сектора. В зоне 5-25° с. ш. высокая корреляция с коэффициентами более 0,5 типична для станций, удаленных друг от друга. Также в этой широтной зоне обнаружена особенность в характере связей, которая не свойственна другим зонам. Так, если в период потепления между данными станций обнаруживаются значимые коэффициенты корреляции, то в период похолодания они незгга-чимы, и наоборот. Согласно данным табл. 2, процессы похолодания и потепления проходят с разной интенсивностью в центральной и западной частях Тихого океана в приэкваториальной зоне. Смена знаков коэффициентов корреляции в различные периоды на станциях 15-23, 15-31 и 21-17 свидетельствует о разпопаправлениости процессов в разных секторах океана даже па станциях, расположенных близко друг к другу (станции 21-24 и 22-24). Подобное явление объяснить сложно. Можно предположить, что в-связи со смещением внутритропической зоны конвергенции (ВЗК) от периода к периоду станции могут оказаться под влиянием разных воздушных масс, что, в свою очередь, определяет интенсивность процессов похолодания и потепления.
Для определения закономерностей изменения температуры воздуха во времени исходные ряды среднегодовых и среднесезонных температур проверялись па наличие линейного тренда. Были выбраны следующие временные интервалы: 1910-1945, 1946-1975, 1976-2000, 1909— 2000 гг. Необходимо отметить, что коэффициенты в уравнении регрессии не всегда оказывались статистически значимыми, потому уместно говорить только о тенденции в изменении температуры воздуха.
В период с 1910 по 1945 г. наблюдалась тенденция к повышению среднегодовой температуры на всех станциях. В зоне 55-65° с. ш. потепление проявилось наиболее четко и составило
0,10-0,60°С за 10 лет, причем наиболее интенсивно оно проходило в зимние месяцы. Однако па общем фоне потепления зафиксировано понижение как среднегодовых, так и сезонных температур (станции 4, 19, 20).
С 1946 по 1975 г. наиболее интенсивное похолодание выявлено на побережье п-ова Аляска во все сезоны с ярко выраженными различиями в интенсивности процесса даже на соседних станциях (0,40-0,68°С за 10 лет). В это же время в Дальневосточном секторе в зоне 55-65° с. ш. среднегодовые, весенние и осенние температуры увеличивались. Также повышение температур зафиксировано и па ряде станций в зоне 20-28° с. ш. в центральной части океана.
Таблица 1. Список метеорологических станций в Тихоокеанском регионе (Северное полушарие)
JV'O станции Название станции Широта, град. Долгота, град. Период наблюдений (годы)
Дальневосточный сектор
1 Nikolskoe 55,2 N 166,0 E 1899-2001
2 Korf 60,4 N 166,0 E 1929-2001
3 Asahikawa 43,8 N 142,4 E 1909-2001
4 St. Paul 57,1 N 170,2 W 1839-2001
14 Midway Island 28,2 N 177,4 W 1921-1991
15 Lihue Kauai 22,0 N 159,3 W 1905-2001
18 Kljuci 56,3 N 160,8 E 1908-1990
19 Choshi 35,7 N 140,9 E 1910-2001
20 Titiziina 27,1 N 142,2 E 1907-2001
21 Yap, Caroline 9,5 N 138,1 E 1921-2001
22 Ponape 7,0 N 158,2 E 1941-2001
23 Truk 7,5 N 151,8E 1949-2001
24 Kwaj alein 8,5 N 167,7 E 1946-2001
25 Wake Island 19,3 N 166,7E 1946-2001
27 Ad ak/'Navy 51,9 N 176,7 W 1942-1990
30 Johnston Isla 16,7 N 169,5 W 1949-1984
31 Minamitorishi 24,3 N 154,0 E 1937-2001
32 Basco 20,4 N 122,0 E 1949-2001
33 Legaspi 13,1 N 123,7 E 1950-2001
34 Mokpo 34,8 N 126,4 E 1909-2001
Аляскинский секгПор
5 Sitka 57,1 N' ' 135,3 W 1828-1993
6 Yakutat 59,5 N 139,7 W 1917-2001
7 Wrangell 56,5 N 132,4 W 1868-1990
8 Cordova/Mile 60,5 N 145,5 W 1909-2000
9 Kodiak 57,8 N 152,5 W 1869-2000
10 Prime Rupert 54,3 N 130,4 W ' 1908-1990
11 Quatsino 50,5 N 127.7 W 1895-1990
12 Ukiah 39,1 N 123,2 W 1892-2000
13 Petaluma Fire 38,3 N 122,7 W 1893-2000
16 Honolulu 21,4 N 157,9 W 1893-2001
17 Hilo/Genilum 19,7 N 155,1 W 1924-2001
26 Ship P 50,0 N 145,0 W 1945-1981
28 Ship N 30,0 N 140,0 W 1947-1974
29 Oaxaca 17,1 N 96,7 W 1922-1989
В период последнего потепления (с 1976 г. по настоящее время) на всех станциях наблюдается рост среднегодовых температур. Исключение составляют станции 4, 9, 15, 21-23, на которых отмечено незначительное похолодание.
Наиболее интенсивно процесс потепления проходил на береговых стаициях. Так, в Аляскинском секторе в зоне 40-65° с. ш. потепление составило 0,30-0,40° С за 10 лет, на станциях 19, 32, 33 Дальневосточного сектора температуры изменялись от 0,20 до 0,40°С за 10 лет. В Аляскинском секторе прослеживается повышение интенсивности потепления с широтой, возможно, за счет зимних и весенних месяцев.
Таблица 2. Коэффициенты корреляции между температурой воздуха на станциях
№ станций Период наблюдений, годы
1976-2000 1946-19/5
33-21 0,53 0,37
33-23 0,51 0,17
33-31 0,65 0,57
15-23 -0,02 0,70
15-31 0,23 -0,50
21-22 0,48 0,27
21-23 0,73 0,02
21-24 -0,03 0,66
21-31 0,30 0,57
21-17 -0,16 -0,48
22-23 0,40 0,46
22-24 -0, 33 0,48
23-31 0,58 0,05
24-31 0,27 0,48
Примечание. Выделены статистически значимые коэффициенты корреляции (с 95%-пой доверительной вероятностью).
Анализ трендовой составляющей хода среднегодовых температур за период с 1909 по 2000 г. показал, что из шестнадцати станций только на трех (станции 5, 8, ]3) наблюдается понижение температур. Наиболее интенсивно процесс похолодания проходит в зимние и осенние месяцы. На остальных станциях выявляется постепенное повышение температуры с интенсивностью от 0,01 до 0,13° С за 10 лет. Особенно интенсивно оно происходит на станциях 15 и 16 в зоне 5-25° с. ш. На большинстве станций температуры возрастают в зимний и весенний сезоны. Необходимо отметить, что в зоне 55-65° с.ш. на станциях, расположенных близко друг к другу, наблюдаются противоположные тенденции в многолетнем ходе температур.
Для выделения районов, в пределах которых на станциях колебания среднегодовых температур в общих чертах синхронны в течение исследуемых периодов, был применен метод кластерного анализа. В качестве правила объединения или связи использовалась одиночная связь как мера расстояния — величина <1 = 1 — г, где г — коэффициент линейной корреляции между среднегодовой температурой воздуха па станциях. Каждый период анализировался отдельно. В результате можно выделить следующие группы станций:
станции 3, 19, 20, 34 в Дальневосточном секторе: здесь наблюдается синхронное изменение температур во все периоды, исключая период похолодания с 1946 по 1975 г.;'
станции 5-8 в Аляскинском секторе: в период с 1946 по 1975 г. и с 1909 по 2000 г. выявлено синхронное колебание температур;
станции 1, 15, 16: в отличие от первых двух групп они территориально удалены друг от друга, находясь в разных широтных зонах и секторах. За последние 100 лет здесь наблюдаются синхронные колебания среднегодовых температур воздуха;
станции 4, 9, 21-23, расположенные на значительном удалении друг от друга: отмечается синхронное понижение температуры за 1976-2000 гг.
Для более детального анализа и выявления синхронности колебаний температуры были построены графики скользящих 3-, 5- и 11-летних среднегодовых температур. При их рассмотрении можно заметить, что для станций 1, 15. 16 характерны незначительные колебания температуры и нечетко выраженная цикличность (рис. 1). На станциях Дальневосточного
г, °С
'Годы
Рис. 1. Скользящие 3-летние среднегодовые температуры воздуха на станциях 1 (1), 15 (2) и 16 (3).
С, °С
Годы
Рис. 2. Скользящие 5-летние среднегодовые температуры воздуха на станциях 19 (/), 20 (2) и 34 (3).
сектора (19, 20, 34) в зоне 25-40° с. ш. колебания температуры имеют большую амплитуду и циклический характер, длительность колебаний около 8-11 лет (рис. 2). Наиболее значительные колебания температур с длительностью циклов около 8 и 20 лёт наблюдаются в высоких широтах в районе п-ова Аляска (станции 5, 8, 9) (рис. 3).
В результате проведенного анализа многолетнего хода температур воздуха в Тихоокеанском регионе можно сделать следующие выводы:
t, °c
Годы
Рис.. 3. Скользящие 11-летние среднегодовые температуры воздуха на станциях 5 (1), 8 (2) н 9 (3).
1) особенностью термического режима данного региона является высокая степень неоднородности. Так, на отдельных станциях в периоды потеплений температуры могут медленно понижаться, а в период похолодания —повышаться. Тенденции в изменении сезонных температур не всегда совпадают с тенденциями хода среднегодовых температур;
2) на большинстве станций в Секторах каждой зоны отмечается согласованность в ходе температур в различные периоды. Исключение составляют станции Дальневосточного сектора в зоне 5-25° с.ш. Здесь, наряду со значительной, наблюдается слабая согласованность в ходе температуры даже между не слишком удаленными станциями. В отдельные периоды связи могут меняться па противоположные. Это, по-видимому, обусловлено особенностями циркуляции в пограничных районах областей муссонов и изменением положения ВЗК;
3) температура воздуха испытывает многолетние колебания разных длительности и амплитуды, которые в общих чертах синхронны в течение периода наблюдений на значительных территориях как в высоких, так и в низких широтах. Можно выделить три района синхронных колебаний температур: Азиатское побережье в зоне 25-40° с. ш.; центральная часть Тихого океана в зоне 5-25° с.ш., побережье п-ова Аляска в зоне 40-60° с. ш.;
4) за 1909-2000 гг. на фоне глобального потепления на станциях, расположенных в зоне 55-65° с. ш. Аляскинского сектора, выявлено понижение среднегодовой температуры от 0,07 до 0,10° С за 10 лет;
5) за 1975-2000 гг. рост температуры наблюдается на всех станциях, за исключением отдельных в приэкваториальной зоне и в высоких широтах. Потепление данного периода можно считать наиболее интенсивным за последние 100 лет.
Summary
Osipova T.N.. Mitroshina ЬЛ. Changes in annual mean and seasonal means of air surface temperature,of different zones and sectors of the Pacific Ocean in North Hemisphere.
Based on the data for the period of 1909-2000, the present investigation revealed changes in annual mean and seasonal means of air surface temperature in the Pacific Ocean (North Hemisphere). Ii is shown that during the past 100 years the temperature trends differ in various zones and longitude sectors of the Pacific Ocean.
Литература
1. Дроздов O.A.. Лугина K.M. Динамика климатической системы и географические условия // Вести. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 1997. Вып. 4 (№28). 2. Кондратьев К.Я. Глобальный климат и его изменения. Л., 1987. 3. Современные глобальные и региональные изменения окружающей среды и климата / Под ред. Ю. П. Переведенцева. Казань, 1999. 4. CHmate change 2001. Third Assessment Report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge, 2002. 5. Елькина Л.В., Лугина K.M., Пенязива В.Р. Особенности современных изменений приземной температуры воздуха в приатлаптических районах Северного полушария // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 1399. Вып. 2 (№14). 6. Матвеева И.Г. Исследование изменений термического режима в Центральной Атлантике // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 2000. Вып. 1 (№7). 7. Кан С.И. Океан и атмосфера. М., 1982. 8. Глобальный климат / Пер. с англ.; Под ред. Дж. Т. Хотона. Л., 1987. 9. Дроздов O.A., Лугина K.M. О неодинаковости проявления колебаний климата в различных секторах и зонах Северного полушария // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 1996. Вып. 1 (№7).
Статья поступила в редакцию 15 декабря 2002 г.
