Численное моделирование и диагноз общей циркуляции атмосферы и ее низкочастотной изменчивости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.29, доктор физико-математических наук Володин, Евгений Михайлович

• Володин, Евгений Михайлович
• доктор физико-математических наук
• 2001

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Володин, Евгений Михайлович

Введение

Глава 1. Структура модели общей циркуляции атмосферы ИВМ

1.1 Динамика

1.1.1 Дифференциальные уравнения

1.1.2 Конечно-разностная аппроксимация

1.1.3 Горизонтальная диффузия

1.2 Радиация

1.2.1 Параметризация облачности

1.2.2 Тепловое излучение

1.2.3 Солнечное нагревание

1.3 Конвекция и конденсация

1.3.1 Конвективное приспособление

1.3.2 Глубокая конвекция

1.3.3 Мелкая конвекция

1.3.4 Крупномасштабная конденсация и испарение крупномасгптабных осадков

1.4 Пограничный слой атмосферы

1.4.1 Слой постоянных потоков

1.4.2 Переходный слой. Вертикальная диффузия

1.5 Гравитационно-волновое сопротивление

1.5.1 Орографическое гравитационно-волновое сопротивление

1.5.2 Неорографическое гравитационно-волновое сопротивление

Глава 2. Воспроизведение климата моделями

ОЦА ИВМ

2.1 Участие модели ОЦА ИВМ в программе АМ1Р II

2.2 Климат модели тропосферы, стратосферы и мезосферы 72 2.2.1 Современное состояние моделей тропосферы, стратосферы и мезосферы

2.2.2 Численные эксперименты и данные наблюдений

2.2.3 Климатология модели

2.2.4 Чувствительность модели к параметризации гравитационных волн

Глава 3. Пути уменьшения систематических ошибок модели

3.1 Влияние изменений параметров конвекции и облачности на климат модели

3.1.1 Настройка параметров глубокой конвекции

3.1.2 Модификация расчёта крупномасштабной облачности

3.2 Влияние изменения горизонтального разрешения на климат модели

Глава 4. Параметризация процессов в почве и растительности в модели обш;ей циркуляции атмосферы

4.1 О проблеме описания процессов в почве и растительности

4.2 Тепловлагоперенос в почве

4.3 Растительность и испарение с поверхности суши

4.4 Моделирование тепловлагообмена в почве в автономном режиме

4.5 Включение параметризации почвы и растительности в модель обпдей циркуляции атмосферы

Глава 5. Численная модель совместной циркуляции глобальной атмосферы и тропиков Тихого океана

5.1 Модель тропиков Тихого океана

5.2 Воспроизведение среднего состояния и Эль-Ниньо в совместной модели атмосферы и тропиков Тихого океана

5.2.1 Краткое описание совместной модели

5.2.2 Воспроизведение среднего состояния океана

5.2.3 Межгодовая изменчивость

Глава 6. Межгодовая изменчивость летнего индийского муссона по данным модели и наблюдений

6.1 Чувствительность летнего индийского муссона к Эль-Ниньо 1979-1998 годов но данным модели общей циркуляции атмосферы ИВМ

6.2 Зависимость летнего индийского муссона от снегозапаса и влажности почвы весной

Глава 7. Диагноз и моделирование наблюдаемого тренда современного климата

7.1 Интерпретация зимнего потепления на континентах северного полушария в последнее двадцатилетие

7.1.1 Зимнее потепление на континентах северного полушария и его возможные причины

7.1.2 Воспроизведение наблюдаемых изменений с помощью модели

7.1.3 Возбуждение аномалии циркуляции аномалией содержания озона

7.2 О природе первой моды низкочастотной изменчивости атмосферной циркуляции в средних широтах северного полушария зимой

7.3 Чувствительность стратосферы и мезосферы к наблюдаемому изменению концентрации озона и углекислого газа

7.3.1 Краткий обзор данных наблюдений и результатов численного моделирования

7.3.2 Модель, численные эксперименты и данные наблюдений

7.3.3 Результаты численного моделирования

7.3.4 Обсуждение результатов численных экспериментов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Численное моделирование и диагноз общей циркуляции атмосферы и ее низкочастотной изменчивости»

Численные модели - один из наиболее мощных инструментов исследования климата. В настоящее время в мире существует не менее 50 моделей общей циркуляции атмосферы (ОЦА), предназначенных для моделирования климата, а также около двух десятков совместных моделей атмосферы и океана. Модели ОЦА основаны на решении примитивных уравнений гидротермодинамики атмосферы. Главным направлением в развитии современных моделей ОЦА является увеличение пространственного разрешения и всё более детальный учёт процессов, которые влияют на климат. Пространственное разрешение большинства моделей составляет сейчас несколько сотен, или, в лучшем случае, несколько десятков километров. Поскольку многие важные климатообразую-щие процессы имеют характерный масштаб меньший, чем разрешение моделей, такие процессы не могут быть описаны в моделях явно и параметризуются. Исходя из этого, основными блоками моделей ОЦА являются следующие. В блоке динамики решаются трехмерные примитивные уравнения гидротермодинамики атмосферы конечно-разностным, спектральным или полулагранжевым методом. Источники тепла, порождаемые потоками коротковолнового и длинноволнового излучения, вычисляются в радиационном блоке. Процессы приповерхностной турбулентности учитываются в параметризации планетарного пограничного слоя. Для расчета потоков тепла и влаги с поверхности суши используется параметризация процессов в почве и на поверхности. В блоке конвекции и конденсации параметризуется выпадение влаги из атмосферы и связанное с этим перераспределение тепла. Наконец, процессы, связанные с распространением и разрушением граврхтационных волн, учитываются в блоке гравитационно-волнового сопротивления. Различие подходов, используемых при составлении этих блоков, определяют и различия между климатом разных моделей.

Создание и развитие моделей климата преследует несколько целей. Первой из них является более точное понимание роли всех климатообра-зующих факторов и воспроизведение климата, включая среднее состояние и статистику изменчивости. Вторая цель, тесно связанная с первой, состоит в том, чтобы дать оценку изменений климата в результате различных естественных и антропогенных воздействий, внегпних по отношению к атмосфере. Такими антропогенными воздействиями являются, прежде всего, увеличение содержания углекислого газа, уменьшение озона в стратосфере и увеличение сульфатов в тропосфере. К самым значимым естественным внешним воздействиям можно отнести, в первую очередь, явление Эль-Ниньо. При выполнении второй цели естественно возникает вопрос о том, каким требованиям должна удовлетворять модель, чтобы правильно оценивать будущие изменения климата.

Существует несколько международных программ по сравнению моделей климата. Это, прежде всего, AMIP (Atmospheric Model Intercom-parison Project), где сравнивается воспроизведение современного климата более чем 30 моделями атмосферы. В программе CMIP (Coupled Model Intercomparison Project) участвуют почти два десятка совместных моделей атмосферы и океана. Целью программы является моделирование современного климата атмосферы и океана, а также его изменений при заданном увеличении углекислого газа. Кроме этого, реализуются проекты SMIP (Seasonal Prediction Model Intercomparison Project) no сравнению сезонных прогнозов с помощью моделей климата, а также PMIP (Paleoclimate Model Intercomparison Project), где сравниваются результаты моделирования климата прошлых эпох. Такие программы позволяют координировать усилия, направленные на улучшение моделей климата, и способствуют выяснению того, какие проблемы присущи отдельным моделям, а какие свойственны всем или большинству из них.

Данная работа посвящена численному моделированию климата с помощью моделей, разработанных в Институте вычислительной математики РАН (ИВМ). Структура моделей и их основных блоков представлена в главе 1. Работа ставит перед собой следующие цели. Первая из них состоит в том, чтобы показать, каков уровень базовой версии модели, используемой в большинстве численных экспериментов. Это сделано по данным проекта АМ1Р Н на основе сравнения модели с другими современными моделями и с имеющимися данными наблюдений в главе 2, раздел 1.

Стандартная модель ИВМ описывает атмосферу до высоты примерно 30 км. В разделе 2 главы 2 рассмотрена модель тропосферы, стратосферы и мезосферы с верхней границей расчётной области на высоте около 90 км. Моделирование верхней стратосферы и мезосферы интересно и как самостоятельная задача, и как попытка понять, насколько циркуляция в стратосфере влияет на циркуляцию в тропосфере.

Сравнение данных модели ИВМ с другими моделями, участвовавшими в АМ1Р П, показало, что в модели ИВМ проявляются и некоторые недостатки, присущие только этой модели. Причины этих недостатков, а также изменения в параметризации физических процессов и пространственном разрешении модели, приводящие к их уменьшению или устранению, представлены в главе 3.

Глава 4 посвящена параметризации процессов в почве и на поверхности суши в модели. Ввиду важности этой параметризации для моделирования климата, а также ввиду большого объёма материала эта тема выделена в отдельную главу.

Вторая цель работы состоит в построении совместной модели глобальной атмосферы и тропической части Тихого океана на пути к созданию совместной модели глобальной атмосферы и глобального океана.

Основной задачей разработки модели атмосферы и тропиков Тихого океана является воспроизведение явления Эль-Ниньо. В первом разделе главы 5 рассматривается климат модели тропиков Тихого океана и результаты воспроизведения Эль-Ниньо этой моделью по заданным потокам на поверхности океана. Второй раздел носвягцен климату и воспроизведению Эль-Ниньо в совместной модели.

Третья цель работы заключается в том, чтобы показать, как модель воспроизводит различные аспекты низкочастотной изменчивости, в том числе наблюдаемые тренды атмосферной циркуляции. Самым сильным сигналом в межгодовой изменчивости атмосферной циркуляции от воздействий, внешних по отношению к самой атмосфере, является сигнал от явления Эль-Ниньо. В то время как отклику зимней среднеширотной циркуляции на Эль-Ниньо посвящено множество работ, отклик циркуляции северного полушария летом на это явление изучен хуже. В частности, хотя по данным наблюдений установлена статистически значимая связь между Эль-Ниньо и интенсивностью летнего азиатского муссона [128], до сих пор, насколько известно автору, не предложено общепринятого механизма влияния Эль-Ниньо на азиатский муссон. Другая проблема, которая дискутируется в современной литературе, состоит в том, насколько состояние почвы в Евразии предыдущей весной влияет на интенсивность летнего азиатского муссона. Исследованию этих двух проблем посвящена глава 6.

Одной из самых важных задач современной науки о климате Земли является вопрос об интерпретации трендов приземной температуры воздуха, наблюдающихся в последние десятилетия. Но данным наблюдений [88], в атмосфере у поверхности земли в основном происходит потепление, максимальное на континентах северного полушария в холодную половину года и достигающее там нескольких градусов за последние 20-30 лет. Причём, большая часть этого потепления может быть обьяснена изменением динамики атмосферы [148], [149]. Однако, причины изменения зимней циркуляции в средних широтах северного полушария до конца не ясны. Глава 7 посвягцена поиску внешних воздействий, которые давали бы в модели ОЦА отклик в динамике атмосферы близкий к тому, что получается при вычислении тренда по данным наблюдений. Обсуждаются также механизмы возбуждения аномалии циркуляции рассматриваемого вида.

В стратосфере и, особенно, в мезосфере наблюдаемая величина тренда температуры в несколько раз превосходит величину тренда температуры у поверхности. В то же время, на этих высотах, как известно, увеличивается количество углекислого газа и уменьшается количество озона. Раздел 3 главы 7 посвящен тому, насколько точно модель ОЦА по заданному наблюдаемому уменьшению озона и увеличению углекислого газа может воспроизводить наблюдаемый тренд температуры в стратосфере и мезосфере, и насколько эти воздействия влияют на динамику атмосферы.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1], [3], 4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [16], [72], [155], [156]. В [1] автору принадлежит описание климата модели, блока конвекции и конденсации, а также гравитационно-волнового сопротивления. В [4], [5] вклад обоих авторов в постановку задачи и её численную реализацию примерно одинаков; в 6], [7], [8], [10], [155] автору принадлежит постановка задачи и большая часть работы по обработке результатов; в [16] вклад автора состоит в проведении и анализе данных численного эксперимента; в 156 автору принадлежит численная реализация, обработка и интерпретация результатов.

В работах [27], [50], [51] представлены результаты обработки данных численных экспериментов по программе АМ1Р для всех моделей участвовавших в этой программе, в том числе для модели ИВМ. В этих работах роль автора сводилась к проведению численных экспериментов с моделью ИВМ. Участие модели ИВМ в эксперименте AMIP отражено также в работе [72].

Результаты работ, включённых в диссертацию, докладывались на следующих конференциях:

Предсказуемость океанической и атмосферной циркуляции. Нанси (Франция), 9-13 апреля 1997г. Доклад: Analysis of winter circulation predictability using INM model output for SMIP experiment.

Изменчивость и предсказуемость атмосферной и океанической циркуляции. Москва, 6-10 сентября 1998. Доклад: Чувствительность январской атмосферной циркуляции к наблюдаемому уменьшению озона в нижней стратосфере.

CLIVAR Monsoon Workshop. Гонолулу, 6-10 декабря 1999г. Доклад: The AGCM responce of summer northern hemisphere circulation to El-Nino of 1997 and El-Ninos of 1979-1995.

XXV Генеральная Ассамблея Европейского Геофизического Общества. Ницца (Франция), 25-30 апреля 2000г. Доклад: Sensitivity of troposphere-stratosphere-mesosphere AGCM to observed trends of CO2 and СЙ

Вычислительная математика и математическое моделирование. Москва, 19-22 июня 2000г. Доклад: Чувствительность стратосферы и мезо-сферы к наблюдаемому изменению концентрации озона и углекислого газа по данным модели общей циркуляции атмосферы ИВМ.

Моделирование, базы данных и информационные системы для атмосферных наук. Иркутск, 25-29 июня 2001г. Доклад: Математическое моделирование климата.

Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы. Иркутск, 25-29 июня 2001г. Доклад: Чувствительность климата стратосферы и мезосфе-ры к наблюдаемому изменению концентрации озона и углекислого газа.

Автор выражает благодарность В.П. Дымникову за полезные обсуждения в ходе выполнения и написания работы, а также за постоянный интерес к её результатам; В.Я. Галину и В.Н. Лыкосову за плодотворное сотрудничество при выполнении работ, результаты которых вошли в диссертацию, В.Н. Лыкосову также за ценные замечания по структуре и стилю диссертации; H.A. Дианскому и В.Б. Залесному за помощь в освоении модели океана и обсуждение результатов моделирования океана.

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Володин, Евгений Михайлович

Заключение в результате проделанной работы созданы модели ОЦА, воспроизводящие на уровне лучших современных моделей как среднее состояние климата, так и различные аспекты его низкочастотной изменчивости и их взаимосвязь, включая явление Эль-Ниньо, азиатский муссон, арктическое колебание и другие. Модель является хорошим инструментом для исследования этих явлений, а также для моделирования наблюдаемых трендов климата, связанных с естественными и антропогенными воздействиями. Многие недостатки базовой версии модели могут быть устранены или уменьшены путем увеличения пространственного разрешения, а также путем совершенствования параметризации физических процессов подсеточных масштабов. Основной задачей дальнейшего развития численного моделирования климата в ИВМ РАН является создание совместной модели атмосферы и глобального океана.

Результаты по интерпретации зимнего потепления на континентах северного полушария, по исследованию первой моды низкочастотной изменчивости атмосферной циркуляции, по связи летнего азиатского муссона с Эль-Ниньо и с весенним состоянием почвы в Евразии являются новыми и соответствуют современному научному уровню.

Сформулируем основные выводы работы.

1. Создана система моделей общей циркуляции атмосферы с различным пространственным разрешением и различным положением верхней границы расчётной области. Новым по сравнению с существующими моделями является более полное описание процессов в почве и растительности, распространения гравитационных волн, конвекции в тропиках и образования облачности. Модели ОЦА воспроизводят основные черты наблюдаемой атмосферной циркуляции на уровне лучших современных моделей и пригодны для использования при решении различного рода задач но моделированию климата и его низкочастотной изменчивости. Создана совместная модель глобальной атмосферы и тропиков Тихого океана, которая воспроизводит основные черты явления Эль-Ниньо.

2. По данным наблюдений и численного моделирования исследована зависимость индийского муссона от ТПО в тропиках Тихого океана и от весеннего снегозапаса Евразии. Установлено, что влияние Эль-Ниньо на индийский муссон происходит через возбуждение аномалии циркуляции во всем северном полугпарии. Причем, эта аномалия возбуждается с наибольгией амплитудой, если максимум аномалии ТПО располагается в центре Тихого океана. Показано также, что согласно результатам модели, аномалии весеннего сосотяния почвы практически не влияют на индийский муссон.

3. Исследована природа первой моды низкочастотной изменчивости в средних широтах северного полушария зимой по данным наблюдений и модели. Как по данным наблюдений, так и по результатам модели, механизмы поддержания аномалии зонального ветра, проектирующейся на первую моду, различны в Тихом океане и Атлантике. Над Тихим океаном процесс усиления зонального ветра в средних широтах поддерживается, главным образом, аномалией меридионального потока зональной скорости, вызванной сдвигом на север максимума интенсивности нестационарных вихрей. Над Атлантикой усиление зонального ветра в средних широтах поддерживается в основном увеличением потока скорости, вызванным ростом амплитуды квазистационарных волн.

4. Показано, что наблюдаемый в последние десятилетия тренд приземной температуры и давления зимой в средних широтах северного полушария может быть представлен в виде суммы двух компонент. Первая из них может быть получена как отклик модели ОЦА на наблюдаемое изменение ТПО в тропиках. Вторая компонента, близкая к первой ЭОФ низкочастотной изменчивости, может быть вычислена как отклик модели ОЦА на наблюдаемое изменение концентрации озона в нижней стратосфере. Показано, что многие черты наблюдаемого тренда зонального ветра и температуры в стратосфере и мезосфере могут быть получены как отклик модели тропосферы, стратосферы и мезо-сферы на наблюдаемое уменьшение концентрации озона и увеличение содержания углекислого газа. Вклад изменения озона в похолодание ме-зосферы в 2-3 раза больше, чем вклад углекислого газа, в стратосфере вклад обоих газов примерно одинаков.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Володин, Евгений Михайлович, 2001 год

1. Володин Е.М. Исследование взаимосвязи изменчивости геопотенциала 500-миллибаровой поверхности и осадков в Индии. Известия АН. Физика атмосферы и океана, 1993, Т.29, N3, с.337-345.

2. Володин Е.М. Чувствительность летней модельной циркуляции к состоянию почвы весной и температуре поверхности океана летом. Известия АН. Физика атмосферы и океана, 1997, Т.33, N.5, с.619-630.

3. Володин Е.М., Лыкосов В.Н. Параметризация процессов тепло- и влагообмена в системе растительность-почва для моделирования обгцей циркуляции атмосферы. 2. Численные эксперименты по воспроизведению климата, 1998, Т.34, N5, с.622-633.

4. Володин Е.М., Галин В.Я. Чувствительность зимней атмосферной циркуляции в средних широтах северного полушария к наблюдаемому уменьшению содержания озона в нижней стратосфере. Метеорология и гидрология, 1998, N8, с.23-32.

5. Володин Е.М., Галин В.Я. Исследование первой моды низкочастотной изменчивости зимней атмосферной циркуляции в средних широтах северного полушария. Метеорология и гидрология, 1998, N9, с.26-40.

6. Володин Е.М., Галин В.Я. Об интерпретации зимнего потепления на континентах северного полушария в 1977-1994г.г. Метеорология и гидрология, 1999, N1, с.20-29.

7. Володин Е.М. Чувствительность стратосферы и мезосферы к наблюдаемому изменению концентрации озона и углекислого газа по данным модели общей циркуляции атмосферы ИВМ. Известия АН. Физика атмосферы и океана, 2000, Т.36., N.5, с.617-625.

8. Володин Е.М., Галин В.Я. Чувствительность летнего индийского муссона к Эль-Ниньо 1979-1998г.г. по данным модели общей циркуляции атмосферы ИВМ РАН. Метеорология и гидрология, 2000, N10, с.10-17.

9. И. Галин В.Я. Параметризация радиационных процесов в атмосферной модели ИВМ. Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1998. Т.34. С.380-389.

10. Галин В.Я., Володин Е.М., Лыкосов В.П., Алексеев В.В. Разработка и создание модели общей циркуляции атмосферы А5413. Заключительный отчет. М.: Институт вычислительной математики РАН, Деп. ВИНИТИ, 1995, госрегистрации 01.9.40 003086, 99 с.

11. Глобус A.M. Физика неизотермического внутрипочвенного влаго-обмена. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, 279 с.

12. Глобус A.M. Экспериментальная гидрофизика почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1969, 355 с.

13. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. М.: Наука, 1973. - 400 с.

14. Дымников В.П., Володин Е.М. О чувствительности моделей климата к малым внешним воздействиям. Доклады АН, 1998, Т.359, N3, с.394-396.

15. Залесный В.Б., Мошонкин С.Н. Равновесный термохалинный режим модельной глобальной циркуляции океана. Изв. АН. Физика атмосферы и океана, 1999, Т.35, N3, с.371-398.

16. Зилитинкевич С.С. Динамика пограничного слоя. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 291 с.

17. Казаков А.Л., Лыкосов В.Н. О параметризации взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью при численном моделировании атмосферных процессов. Тр. Зап.-Сиб. НИИ., 1982, Вып. С.55, р.3-20.

18. Кокин Г.А., Лысенко Е.В., Розенфельд С.Х. Измерения температуры страто- и мезосферы в период 1964-1988 г.г. по данным ракетного зондирования. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1990, Т.26, N7, с.702-710.

19. Креков P.M., Рахимов Р.Ф. Оптические модели атмосферного аэрозоля. Томск: Изд-во Томского филиала СО АН СССР, 1986. -294 с.

20. Лыкосов В.Н. Параметризация пограничного слоя атмосферы в моделях крупномасштабной циркуляции. М.: Паука, Вычислительные процессы и системы, 10, 1993, С. 65 95.

21. Лыкосов В.П., Палагин Э.Г. Тепловлагоперенос в промерзающей почве и агрометеорологический прогноз. Z. Meteorol., 1978, В. 28, П. 1, S. 34 41.

22. Лыкосов В.П., Палагин Э.Г. Динамика взаимосвязанного переноса тепла и влаги в системе атмосфера почва. Метеорология и гидрология, 1978, 8, С. 48 - 56.

23. Лысенко Е.В., Пелидова Г.Г., Простова A.M. Изменения термического режима страто- и мезосферы в течение последнего 30-летия. 1. Эволюция тренда температуры. Изв. АН. Физика атмосферы и океана, 1997, Т.ЗЗ, N2, с.241-249.

24. Матвеев Л.Т. Динамика облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. -311 с.

25. Монин A.C., Обухов A.M. Основные закономерности турбулентного обмена в приповерхностном слое. Тр. Института геофизики АН СССР, 1954, No.24, с.163-187.

26. Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. Т.1. -М.: Наука, 1965. 640 с.

27. Нерпин СВ., Чудновский А.Ф. Энерго- и массообмен в системе растение почва - воздух. Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 358 С.

28. Палагин Э.Г. Математическое моделирование агрометеорологических условий перезимовки озимых культур, Л. :Гидрометеоиздат, 1981, 191 с.

29. Фейгельсон Е.М. Радиация в облачной атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. ~ 280 с.

30. Шанкар Pao М., Лыкосов В.Н., Дегтярев А.И., Никитин А.Е., Володин Е.М., Касума Г. Pao. Диагноз и моделирование характера планетарной циркуляции при различных фазах летнего индийского муссона. Метеорология и гидрология, 1992, N2, с.5-14.

31. Angelí J.К. Rocketsonde evidence for a stratospheric temperature decrease in the Western Hemisphere during 1973-1985. Mon. Wea. Rev., 1987, V.115, p.2569-2577.

32. Arakawa A. Computational design for long term numerical integration of the equations of fluid motion: Two-dimensional incompressible flow. Part 1. J. Comput. Phys. 1966. P.119-143.

33. Asselin R. Frequency filter for time integrations. Mon. Wea. Rev., 1972, V.lOO, p.487-490.

34. Barnett T.P., Dumenil L., Schlese V., Roeckner E., Latif M. The effect of eurasian snow cover on regional and global climate variations. J. Atm. Sci., 1989, V.46, p.661-685.

35. Belts A.K. A new convective adjustment scheme. Part I. Observational and theoretical basis. Quart. J. Roy. Met. Soc, 1986, V.112, p.677-691.

36. Bhalme H.N., Mooley D.A., Jadav S.K. Fluctuations in the drought/flood area over India and relationships with the Sothern Oscillation. Mon. Wea. Rev., 1983, V.lll, pp.86-94.

37. Blackadar A.K. The vertical distribution of wind and turbulent exchanges in neutral atmosphere. J. Geoph. Res., 1962, V.67, p. 30953102.

38. Boer G.J. Concerning the responce of the atmosphere to a tropical sea surface temperature anomaly. J. Atm. Sci., 1989, V46, N13, p.1898-1921.

39. Bojkov R., Fioletov V. Changes of the lower stratospheric ozone over Europe and Canada. J. Geophys. Res., 1997, V102D, p.1337-1348.

40. Boville B.A. Middle atmosphere version of CCM2 (MACCM2): Annual cycle and interannual variability. J. Geoph. Res., 1995, V.lOO, p.9017-9039.

41. Bremer J., Berger U. Long term trends in meso- and lower thermosphère. Proceedings of First International Workshop on Long-Term Changes and Trends. 1999. Pune.

42. Briegleb B.P. Delta-Eddington approximation for solar radiation in the NCAR community climate model. J. Geophys. Res., 1992, V.97, N D7, p.7603-7612.

43. Burridge D.M., Haseler J. A model for medium range weather forecasting adiabatic formulation: ECMWF technical report N 4, 1977. - 46 p.

44. Businger J. A., Wyngaard J.C., Izumi I., Bradley E.F. Flux profile relationships in the atmospheric surface layer. J. Atmos. Sci., 1971, V.28. p.181-189.

45. Butchart N. and Austin J. Middle atmosphere climatologies from troposphere-stratosphere-mesosphere configuration of the UKMO's unified model. J. Atmos. Sci., 1998, V.55, p.2782-2809.

46. Cess R.D. Nuclear war: illustative effects of atmospheric smoke and dust upon solar radiation. Climate Change, 1985, V.7, p. 237-251.

47. Cess R.D., Zhang M.H., Ingram W.J., Potter G.L., Alekseev V., Barker H. W., Cohen-Solal E., Colman R. A., Dazlich D. A., Del Genio

48. B. , Volodin E.M., Taylor K.E., Wang W., Wetherald R.T. Cloud feedback in atmospheric general circulation models: An update. J. Geophys. Res., 1996, V.IOID, p.12791-12794.

49. Cess R.D., Zhang M.H.,Potter G.L., Alekseev V., Barker H. W., Bony

50. Chou M.-D., Kratz D.P., Ridgway W. Infrared radiation parameterizations in numerical climate models. J.Climate, 1991, V.4, p.424-437.

51. Chou M.-D., Kouvaris L. Calculations of transmission functions in the infrared co2 and o3 bands. J. Geophys. Res., 1991, V.96, N D5, p.9003-9012.

52. Chou M.-D., Ridgway W., Yan M.-H. One-parameter Scaling and Exponential-sum fitting for water vapor and co2 infrared transmission functions. J. Atm. Sci., 1993, V.50, N14, p.2294-2303.

53. Christiansen B ., Guldberg A., Hansen A. W., Riishojgaard L.P. On the response of a three-dimensional general circulation model to imposed changes in the ozone distribution. J. Geophys. Res., 1997, V.102D, p.13051-13077.

54. Clapp R.B., Hornberger M.G. Empirical equations for some soil hydraulic properties. Water Resources Research, 1978, V. 14, 0 4, P. 601-604.

55. Cosby B.J., Hornberger G.M., Clapp R.B., Ginn T.R. A statistical exploration of the relationships of soil moisture characteristics to the physical properties of the soil. Water Resources Research, 1984, V. 20, 6, P. 682-690.

56. Collins M. The El Nino Sonthern oscillation in the Second Hadley Centre coupled model and its response to greenhouse warming. J. Climate, 2000, V.13, p.1299-1312.

57. Cossart G., Taubenheim J. Solar cycle and long-period variations of mesospheric temperatures. J. Atmos. Terr. Phys, 1987, V.49, p.303-307.

58. Deutsches Klimarechenzentmm. The ECHAM3 atmospheric general circulation model. Technical Report 6, Hamburg, 1992, 188p.

59. Dewey K.F., Heim R. SatelHte observations of variations in the Northern Hemisphere seasonal snow cover. NOAA Technical Report NESS 87, 1981, 83pp.

60. DeWitt D.G., Schnieder E.K. The tropical ocean response to a change in solar forcing. J. Climate, 2000, V.13, p.1133-1149.

61. Dey B., Bhanu Kumar. Himalayan winter snow cover area and summer monsoon rainfall over India. J. Geophys. Res. 1983. V.88, p.5471-5474.

62. Diaz H.F., Bradley R.S., Eishcheid J.K. Precipitation fluctuations over global land areas since the late 1800's. J. Geophys. Res., 1989, V94, pp. 1195-1210.

63. Dickson R.R. Eurasian snow cover versus Indian monsoon rainfall: an extension of the Hanh-Shukla results. J. Clim. Appl. Meteor., 1984, V.23, p.171-173.

64. Dormán J.L., Sellers P.J. A global climatology of albedo, roughness length and stomatal resistance for atmospheric general circulation models as represented by the simple biosphere model (Sib). J. Appl. Met., 1989, V. 28, P. 833-855.

65. Fennessy M.J., Marx M.J.L., Shukla J. General circulation model sensitivity to 1982-83 equatorial Pacific sea surface temperature anomalies. Mon. Wea. Rev., 1985, V113, p.858-864.

66. Fischer M., Navarra A. GIOTTO: a coupled atmosphere-ocean general circulation model: the tropical Pacific. Quart. J. Roy. Met. Soc, 2000, V.126, p.1991-2012.

67. Fleming E.L., Chandra S., Barnett J.J. and Corney M. Zonal mean temperature, pressure, zonal wind and geopotential height as functions of latitude. Adv. Space Res., 1990, V.IO, p.1211-1259.

68. Frey H., Latif M., Stockdale T. The coupled GCM ECHO-2. Part 1: Tropical Pacific. Mon. Wea. Rev., 1997, V.125, p.703-720.

69. Gadsden M. A secular change in noctilucent cloud occurence. J. Atmos. Terr. Phys., 1990, V.52, p.247-251.

70. Galin V.Ya., Dymnikov Y.P., Volodin E.M., Lykossov V.N. AMIP runs by the DNM GCM. Proceedings of the First International AMIP Scientific Conferenc, 1995, WMO/TD N732, p.451-457.

71. Glaciological data. Workshop on permafrost data rescue and access. Report GD-28. 1995, p.3.

72. Gordon C.T., Rosati A., Cudgel R. Tropical sensitivity of a coupled model to specified ISCCP low clouds. J. Climate, 2000, V.13, p.2239-2260.

73. Goutorbe J.P., Tarrieu C. "HAPEX-MOBILHY data base". Land surface Evaporation (Ed. Schmugge and Andre), Springer-Verlag, 1991, pp 403-410.

74. Graham N.E. Decadal-scale climate variability in the 1970s and 1980s: oobservations and model results. Climate Dyn., 1994, VIO., p.135-162.

75. Hamilton K. Interannual variability in the Northern Hemisphere winter middle atmosphere in control and perturbed experiments with the GFDL SKYHI general circulation model. J. Atmos. ScL, 1995, V.52, p.44-66.

76. Hamilton K. Comprehensive meteorological modeling of the middle atmosphere: a tutorial review. J. Atm. Terr. Phys., 1996, V.58, p.1591-1627.

77. Hamilton K. Gravity wave processes. Their parameterization in global climate models. NATO ASI Series. Series I. Global Environmental Change, 1997, V.50, 480p.

78. Hamilton K., Wilson R.J., Mahlman J.D. and Umscheid L.J. Climatology of the SKYHI troposphere-stratosphere-mesosphere general circulation model. J. Atmos. Sci., 1995, V.52, p.5-43.

79. Hanh D.J., Shukla J. An apparent relationship between Eurasian snow cover and Indian monsoon rainfall. J. Atmos. Sci., 1976, V.33, p.2461-2462.

80. Harris N., Hudson B. Summary of the SPARC-IOC assessment of trends in the vertical distribution of ozone. SPARC Newsletter, 1998, N10.

81. Held I.M.S., Lyons S.W., Nigam S. Transients and the extratropical response to El Nino. J. Atm. Sci., 1989, V46, p.163-174.

82. Hines C O. Doppler spread parameterization of gravity wave momentum deposition in the middle atmosphere. Part 1. Basic formulation. J. Atm. Sol. Terr. Phys., 1997, V.59, p.371-386.

83. Hines C O. Doppler spread parameterization of gravity wave momentum deposition in the middle atmosphere. Part 1. Broad and quasimonochromatic spectra, and implementation. J. Atm. Sol. Terr. Phys., 1997, V.59, p.387-400.

84. Hollinger S.E., Scott A.I. A soil moisture climatology of Illinois. J. Climate, 1994, V7, p. 822-833.

85. Ji M., Leetmaa A., Derber J. An ocean analysis system for seasonal to interannual climate studies. Mon. Wea. Rev., 1995, V.123, p.460-481.

86. Jones P.D., New M., Parker D.E., Martin S., Rigor I.G. Surface air temperature and its changes over the past 150 years. Rev. Geophys., 1999, V.37, p.173-199.

87. Jones P.D., Raper S.C.B., Bradley R.S., Diaz H.F., Kelly P.M., Wigley

88. T.M.L. Northern Hemisphere surface air temperature variations, 1851-1984. J. Clim. Appl. Met., 1986, V25, p.161-179.

89. Jones P.D., Raper S.C.B., Bradley R.S., Diaz H.F., Kelly P.M., Wigley

90. T.M.L. Southern Hemisphere surface air temperature variations, 1851-1984. J. Clim. Appl. Met., 1986, V25, p.1213-1230.

91. Joseph J.H., Wiscombe W.J., Weinman J.A. The delta Eddington approximation for radiative flux transfer. J. Atm. Sei., 1976, V.33, N12, p.2452-2459.

92. Kalnay E. et. al. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bulletin of the American Meteorological Society, 1996, V.77, p.437-471.

93. Keckhut P., Hauchecorne, Chanin M.L. Midlatitude long-term variability of the middle atmosphere: Trends and cyclic and episodic changes. J. Geophys. Res., 1995, V.lOO, p.18887-18897.

94. Kiehl T.J., Bovliie B.A., and Briegleb B.P. Response of a general circulation model to a prescribed Antarctic ozone hole. Nature, 1988, V.332, p.501-504.

95. King M.D., Harshvardhan. Comparative accurracy of selected multiple scattering approximations. J. Atm. Sei., 1986, V.43, N8, p.784-801.

96. Kitoh A. AGCM experiments on Tibetan snow and monsoon. Proc. International Conference on Monsoon Variability and Prediction, 1994, WMO/TD N619, p.661-665.

97. Klassen J., Hense A., Romer U. Climate anomalies north of 55°N associated with extremes in Indian summer monsoon. Proc. International Conference on Monsoon Variability and Prediction, 1994, WMO/TD N619, p.237-244.

98. Kowalczyk E.A., Garrat J.R., Krümmel P.B. Implementation of a soil-canopy scheme into the SCIRO GCM. CSIRO, DAR, 1994, Technical paper 32, 59 p.

99. Langematz U. and Pawson S. The Berlin tropo sphere-stratosphere-mesosphere GCM. Climatology and forcing mechanisms. Quart. J. Royal Met. Soc, 1997, V.123, p.1075-1096.

100. Legates D.R., Willmott C.J. Mean seasonal and spatial variability in gage-corrected, global precipitation. International Journal of Climatology 1990, V10(2), p.111-127.

101. Lemus L.D., L.Rikus, C.Martin, R.Piatt. Global cloud liquid water path simulations. J. Climate, 1997, V.IO, N1, p.52-64.

102. Li T., Hogan T.F. The role of annual-mean climate on seasonal and interannual variability of the tropical Pacific in a coupled GCM. J. Climate, 1999, V.12, p.780-792.

103. Lindzen R.S. Turbulence and stress owing to gravity wave and tidal breakdown. J. Geophys. Res., 1981, V.86, p.9707-9714.

104. Logan J.A. Trends in the vertical distribution of ozone: An analyse of ozonesonde data. J. Geophys. Res., 1994, V99D, p.25553-25585.

105. Manzini E., Bengtsson L. Stratospheric climate and variability from a general circulation model and observations. Climate Dyn., 1996, V. 12, p.615-639.

106. Manzini E., McFarlane N.A., and McLandress C. Impact of the Doppler-spread parameterization on the simulation of the middle atmosphere circulation using the MAECHAM4 general circulation model. J. Geoph. Res., 1997, V.102, p.751-762.

107. Manzini E. and McFarlane N.A. The effect of varying the source spectrum of a gravity wave parameterization in a middle atmosphere circulation model. J. Geoph. Res., 1998, V.103, p.31523-31539.

108. Mattes R.K., Bowen H.D. Water vapor transfer in the soil by thermal gradients and its control. Trans. ASAE, 1963, V. 6, P. 244 248.

109. McCumber M.C., Pielke R.A. Simulation of the effects of the surface fluxes of heat and moisture in a mesoscale numerical model. Part 1. Soil layer. J. Geoph. Res., 1981, V. 86, CIO, P. 9929-9938.

110. Mihailovic D.T., Pielke R.A., Rajkovic B., Lee T.J., Jeftic M. A resistance representation of schemes for evaporation from bare and partly plant covered surfaces for use in atmospheric models. J. Appl. Meteor., 1993, V. 32, P. 1038-1054.

111. Meehl G.A. Coupled land-ocean-atmosphere processes and a biennual mechanism in the south asian monsoon region. Proc. International Conference on Monsoon Variability and Prediction, 1994, WMO/TD N619, p.637-644.

112. Monna, W. A. A., Van der Vhet J.G. Facilities for research and weather observations on the 213-m tower at Cabauw and at remote locations. Scientific Reports, WP-87-5, KNMI, De Bilt, The Netherlands, 1987, 27pp.

113. Noihlan J., Planton S. A simple parametrisation of land surface processes for meteorological models. Mon. Wea. Rev., 1989, V. 117, P. 536-549.

114. Norton W.A. and Thuburn J. The mésosphère in the extended UGAMP GCM. In: Gravity wave processes. Their parameterization in global climate models. Edited by Hamilton K. NATO ASI Series. Series I. Global Environmental Change, 1997, V.50, p.383-401.

115. Oort A.H., Liu H. Upper-air temperature trends over the globe, 19581989. J. Climate, 1993, V.6, p. 292-307.

116. Pakanowski R.C., Philander S.G.H. Parameterization of the vertical mixing in numerical models of tropical oceans. J. Phys. Oceanogr., 1981, V . ll, p.1443-1451.

117. Palmer T.N., Shutts G.J., Swinbank R. Alleviation of a systematic westerly bias in general circulation and numerical weather prediction models through an orographic gravity wave drag parameterization. Quart. J. Roy. Met. Soc, 1986, V112, p.1001-1031.

118. Pan Y.H., Oort A.H. Global climate variations connected with sea surface temperature anomalies in the eastern equatorial Pacific Ocean for the 1963-1973 period. Mon. Wea. Rev., 1983, Vlll, p.1244-1258.

119. Parker D.E., Jones P.D., Folland C.K., Bevan A. Interdecadal cnanges of suface temperature since the late nineteenth century. J. Geophys. Res., 1994, V99D, p. 14373-14399.

120. Pawson S., Meyer A. and Leder S. Internal variability in a perpetual January integration of a troposphere-stratosphere-mesosphere GCM. Quart. J. Roy. Met. Soc, 1995, V.121, p.369-397.

121. Pawson S., Langematz U., Radek G, Schlese U. and Strauch P. 1998. The Berhn troposphere-stratosphere-mesosphere GCM. Sensitivity to physical parameterizations. Quart. J. Roy. Met. Soc, 1998, V.124, p. 1343-1371.

122. Pitman A.J., Yang Z.L., Cogley J.G., Henderson-Sellers A. Description of bare essentials of surface transfer for the Bureau of Meteorology Research Centre AGCM. BMRC Res. Report 32, 1991, 117 p.

123. Randel W.J. Global atmospheric circulation statistics 1000-1 mb. NCAR Technical Note, NCAR/TN 295 + STR, National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, 1992.

124. Rasmusson E.M., Carpenter Т.Н. The relationship between eastern equatorial Pacific sea surface temperature and rainfall over India and Sri Lanka. Mon. Wea. Rev., 1983, V.lll, pp.517-528.

125. Rasmusson E.M., Carpenter Т.Н. Variations in tropical sea surface temperature and surface wind fields associated with the Southern Oscillation/El Nino. Mon. Wea. Rev., 1982, VllO, p. 1103-1113.

126. Reynolds R.W., Smith T.M. Improved global sea surface temperature analysis using optimum interpolation. J. Climate, 1994, V.7, p.929-948.

127. Rind D., Suozzo R., Balachandran N.K., Lacis A. and Russel G. The GISS Global Climate Middle Atmosphere model. Part 1. Model structure and climatology. J. Atmos. Sei., 1988, V.45, p.329-370.

128. Rind D., Suozzo R. and Balachandran N.K. The GISS Global Climate Middle Atmosphere model. Part 2. Model variability dueto interactions between planetary waves, the mean circulation and gravity wave drag. J. Atmos. Sci., 1988, V.45, p.371-386.

129. Rind D., Suozzo R., Balacahadran N.K., Pratcher M.J. Climate changes and the middle atmosphere. Part 1: the doubled CO2 climate. J. Atmos. Sci, 1990, V.47, p.475-491.

130. Robert A.J. The integration of a low-order spectral form of the primitive meteorological equations. J. Met. Soc. Japan, 1966, V.44, N5, p.237-245.

131. Roble R.G., Dickinson R.E. How will changes in carbon dioxide and methane modify the mean structure of the mésosphère and thermosphère. Geoph. Res. Lett. 1989, V.16, N12, p.1441-1444.

132. Rockel B., Raschke E., Weyres B. A parametrization of broad band radiative transfer properties of water,ice and mixed clouds. Beitr. Phys. Atmosph. 1991, V.64, p.1-12.

133. Schubert S.D., Pjaendter J., Rood R. An assimilated data set for Earth science applications. Bull. A. Met. Soc, 1993, V.74, p.2331-2342.

134. Sellers P.J., Minth Y., Sud Y. C ., Dalcher A. A simple biosphere model (Sib) for use within general circulation models. J. Atm. Sci., 1986, V. 43, P. 505-531.

135. Sellers P.J., Randall D.A., Collatz G.J., Berry J.A., Field C.B., Dazlich D.A., Zhang C, Collelo G.D., Bounoua L. A revised land surface parametrisation (SiB2) for atmospheric GCMs. Part 1. Model formulation. J. of Climate, 1996, V. 9, 4, P. 676-705.

136. Slingo J.M. The development and verification of a cloud prediction scheme for the ECMWF model. Quart. J. Roy Met. Soc, 1987, V.133, p.899-927.

137. Slingo A. A GCM parameterization for shortwave radiative properties of water clouds. J. Atm. Sci., 1989, V.46, N10, p. 1419-1427.

138. Soil Moisture Simulation. A report of the RICE and PILPS workshop. IGPO Publication Series, 1994, 14.

139. Sperber K.R., Palmer T.N. Interannual tropical rainfall variability in general circulation model simulations associated with the atmospheric model intercomparison project. PCMDI Reports, 1995, N28, 80pp.

140. Stendel M., Roeckner E. Impacts of horizontal resolution on simulated climate statistics in ECHAM4. Max-Planck-Institute for Meteorology Report N 253, 1998. Available from http://www.mpimet.mpg.de/english.

141. Swinbank R., Lahoz W.A., O'Neill A., Douglas C.S., Heaps A. and Podd D. Middle atmosphere variability in the UK Meteorological Office Unified Model. Quart. J. Roy Met. Soc, 1998, V.124, p.1485-1527.

142. Taubenheim J., Cossart G., Entzian G. Evidence of C02-induced progressive cooling of the middle atmosphere derived from radio observations Adv. Space Res, 1990, V.IO, p.171-174.

143. Thompson D.W.J., Wallace J.M. Annular modes in the extratropical circulation. Part I. Month-to month variability. J. Climate, 2000, V. 13, p. 1000-1017.

144. Thompson D.W.J., Wallace J.M., Hegerl G.C. Annular modes in the extratropical circulation. Part II. Trends. J. Climate, 2000, V.13, p. 1018-1036.

145. Timmermann A., Latif M., Groentzner A., Voss R. Modes of climate variability as simulated by a coupled general circulation model. Part 1. ENSO-like climate variability and its low-frequency modulation. Climate Dynamics, 1999, V.15, p.605-618.

146. Tziperman E. Locking of El Nino's peak time to the end of calendar year in the delayed oscillator picture of ENSO. J. Climate, 1998, V . 11 , p.2191-2199.

147. Vernekar A.D., Zhou J., Shukla J. The effect of the Eurasian snow cover on the Indian monsoon. J. Climate, 1995, V.8, p.248-266.

148. Vinnikov K.Ya, Yeserkepova LB . Soil moisture: empirical data and model resuhs. J. Climate, 1991, V4, p. 66-79.

149. Viterbo P. A review of parametrisation schemes for land-surface processes. In: ECMWF seminar proceedings. Parameterization of sub-grid scale physical processes, 1994, P. 219-276.

150. Volodin E.M., Galin V.Ya. Interpretation of winter warming on northern hemisphere continents in 1977-94. J. Climate, 1999, V.12, p.2947-2955.

151. Volodin E.M., Schmitz G. A troposphere-stratosphere-mesosphere general circulation model with parameterization of gravity waves: climatology and sensitivity studies. Tellus, 2001, V.53a, p.300-316.

152. Wallace J.M., Zhang Y., Bajuk L. Interpretation of interdecadal trends in the Northern Hemisphere surface air temperature. J. Climate, 1996, V9, N2, p.249-259.

153. Wang W.C., Liang X.Z., Dudek M.P., Pollard D., Thompson S.L. Atmospheric ozone as a climate gaz. Atmos. Res. 1995. V.37. P.247-256.

154. Weare B.C. Near-global observations of low clouds. J. Climate. 2000, V.13, p.1255-1268.

155. Wilson M.F., Henderson-Sellers A. A global archive of land cover and soils data for use in general circulation climate models. Journal of Climatology 1985, V.5, p. 119-143.

156. Zhang Y., Wallace J.M., Battisti D.S. ENSO-like interdecadal variability: 1900-93. J. Climate, 1997, VIO, N5, p.1004-1020.

157. Xie P., Arkin P. Global precipitation: a 17-year monthly analysis based on gauge observations, satellite estimates and numerical model outputs. Bull. Amer. Meteor. Soc. 1997, V.78, p.2539-2558.

158. Zebiak S.E., Cane M. A. A model El Nino Southern oscillation. Mon. Wea. Rev., 1987, V.115, p.2262-2278.

159. Zobler L. A world soil file for global climate modelling. NASA technical memorandum 87802, 1986.

160. Zwiers F.W. Simulation of the Asian summer monsoon with the CCC GCM-1. J. Climate, 1993, V.6, p.470-486.