Весенние перестройки стратосферной циркуляции и их влияние на динамику тропосферы и аномалии погоды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат географических наук Пантелеева, Екатерина Александровна

• Пантелеева, Екатерина Александровна
• кандидат географических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат географических наук Пантелеева, Екатерина Александровна

Сокращения

Введение

1 Циркуляция в стратосфере и ее влияние на формирование аномалий погоды •

1.1 Сезонные особенности стратосферной циркуляции

1.2 Влияние срока весенней перестройки стратосферной циркуляции на формирование аномалий погоды

2 Анализ сроков весенней перестройки циркуляции в стратосфере

2.1 Критерии определения типа весенних перестроек

2.2 Объективная типизация весенних перестроек по времени осуществления

2.3 Весенние синоптические процессы в стратосфере "

2.4 Климатические особенности весенней перестройки стратосферной циркуляции

3 Факторы межгодовых колебаний сроков весенней перестройки циркуляции в стратосфере

3.1 Солнечная активность

3.2 Общее содержание озона 46 3.3. Межширотный воздухообмен 53 3.4 О возможности прогноза срока весенней перестройки стратосферной циркуляции

4 Влияние весенних перестроек стратосферной циркуляции на динамику тропосферы и аномалии погоды

4.1 Элементарные циркуляционные механизмы по Б.Л.

Дзердзеевскому

4.2 Повторяемость элементарных циркуляционных механизмов с 67 марта по июнь при разных типах весенней перестройки стратосферной циркуляции

4.3 Аномалии погоды в марте — июне на Европейской территории 76 России в годы ранних и поздних весенних перестроек стратосферной циркуляции

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Весенние перестройки стратосферной циркуляции и их влияние на динамику тропосферы и аномалии погоды»

Актуальность темы работы определяется необходимостью долгосрочного прогноза погоды на весеннее-летние месяцы в целях гидрометеорологического обслуживания, прежде всего, сельскохозяйственного хозяйства. Длительные аномалии погоды данного сезона оказывают влияние и на другие отрасли хозяйства и экономики: топливно-энергетический комплекс, транспорт, коммунальное хозяйство. К настоящему времени установлено, что формирование длительных аномалий циркуляции атмосферы и погоды во многом определяется воздействием на атмосферу внешних нестационарных факторов, таких как тепловое состояние океанов, температура и влажность почвы, транспирация влаги лесными массивами, солнечная активность, и др. К внешним факторам по отношению к тропосфере, где собственно и образуются длительные аномалии погоды, относится циркуляция в стратосфере. В холодном полугодии она мало, чем отличается от циркуляции воздуха в тропосфере (циркумполярный циклон и общий западно-восточный перенос), однако в теплое полугодие в стратосфере выше 20 км формируется планетарный циркумполярный антициклон, обусловливающий восточно-западный перенос над всем полушарием. Ничего подобного в тропосфере не происходит, летом здесь сохраняется несколько ослабленный западно-восточный перенос. В результате характер волнового взаимодействия между тропосферой и стратосферой зимой и летом совершенно различен.

Хорошо известно, что сроки перехода стратосферной циркуляции от зимнего к летнему режиму испытывают сильные межгодовые колебания: бывают ранние стратосферные весенние перестройки (март), средние (апрель) и поздние (май). В зависимости от срока стратосферной перестройки находится и характер волнового взаимодействия в системе стратосфера — тропосфера в течение всех весенних месяцев и в начале лета. Это должно приводить к разным условиям циркуляции тропосферы и погоды в упомянутый период, особенно в годы ранних и поздних стратосферных перестроек. Данное утверждение сформулировано на основании целого ряда работ, в которых такая зависимость обнаружена. Однако в этих работах, как правило, исследовались малые временные ряды данных, разделение сроков стратосферных перестроек на типы производилось качественно, не было попыток прогноза срока стратосферной перестройки [1—6].

Целью диссертационной работы является исследование динамики весенних перестроек стратосферной циркуляции и их влияния на циркуляцию тропосферы, а также на формирование условий погоды на Европейской территории России (ЕТР). Для достижения поставленной цели решались следующие задачи на основании материалов с 1958 по 2003 гг.:

1. Провести объективную классификацию весенних перестроек стратосферной циркуляции по сроку осуществления;

2. Выявить причины межгодовых различий в сроках весенних перестроек стратосферной циркуляции и определить предикторы срока перестройки;

3. Оценить реакцию циркуляции тропосферы в марте — июне на срок весенней перестройки циркуляции в стратосфере;

4. Определить характерные аномалий погоды в марте - июне на ЕТР в зависимости от срока весенней перестройки стратосферной циркуляции.

В рамках поставленных задач получены следующие научные результаты. Произведена объективная классификация сроков весенней перестройки стратосферной циркуляции (уровень 10 гПа), установлено их разделение на ранние, средние и поздние с фиксированными временными границами. Впервые оценены климатические тренды повторяемости ранних и поздних типов весенней перестройки циркуляции в стратосфере за период с 1958 по

2003 гг. Получены новые зависимости срока весенней перестройки стратосферной циркуляции от уровня солнечной активности и общего содержания озона (ОСО) (радиационные факторы), а также от интенсивности межширотного воздухообмена (МВО) в зимней стратосфере (динамический фактор). Оценена вероятность альтернативного осуществления ранних или поздних весенних стратосферных перестроек в текущем году по данным за февраль. Выявлены преобладающие элементарные циркуляционные механизмы (ЭЦМ) по Б.Л.Дзердзеевскому в марте — июне при ранних и поздних весенних перестройках циркуляции в стратосфере. Установлено характерное распределение по ЕТР очагов аномалии температуры воздуха и количества осадков в марте - июне при ранних и поздних весенних перестройках стратосферной циркуляции.

Достоверность выводов подтверждается максимально возможным объемом данных, привлеченных для исследования, применением, современных, неоднократно проверенных методов обработки материала и установления статистических зависимостей, сравнением результатов диссертации с закономерностями, установленными в более ранних работах.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с плановой тематикой научно-исследовательских работ РГГМУ «Циклические процессы в системе океан-атмосфера и их влияние на формирование аномалий погоды и климата». Результаты работы внедрены в учебный .процесс РГГМУ по дисциплине «Долгосрочные метеорологические прогнозы».

Планируется использование достигнутых результатов в дальнейших исследованиях весенних перестроек циркуляции и для совершенствования существующих и разработки новых моделей стратосферной циркуляции, для разработки новых схем долгосрочного прогноза погоды на месяц и сезон.

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Пантелеева, Екатерина Александровна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении настоящей диссертационной работы получены следующие основные научные и практические результаты: а) Произведена объективная классификация весенних перестроек стратосферной циркуляции (10 гПа) за 46 лет (с 1958 по 2003 гг.) по сроку осуществления: ранние перестройки (до 6 апреля), средние (7 - 26 апреля) и поздние (после 27 апреля). б) Установлена степень влияния основных факторов весеннего прогрева полярной стратосферы на межгодовые колебания сроков весенней перестройки стратосферной циркуляции:

- ранние перестройки в 81 % случаев осуществляются на спаде солнечной активности в 11-летнем цикле; поздние перестройки в 67 % случаев происходят при росте солнечной активности;

- ранние перестройки сопровождаются положительными аномалиями ОСО в приполярных районах северного полушария (15 - 20 е.Д.); поздние -отрицательными аномалиями ОСО (-15, -20 е.Д.);

- ранним перестройкам предшествует усиленный МВО в стратосфере северного полушария в феврале, поздним — ослабленный. в) Оценена возможность прогноза срока весенней перестройки циркуляции в стратосфере северного полушария по данным о межгодовых изменениях чисел Вольфа в конце зимы (солнечная активность) и аномалиях МВО в феврале. Данные предикторы позволяют в феврале прогнозировать раннюю либо позднюю перестройку с вероятность около 80 %. Средние по сроку перестройки прогнозу не поддаются. г) Установлены преобладающие типы ЭЦМ в тропосфере в марте — июне в годы ранних и поздних весенних стратосферных перестроек.

На ЕТР в годы ранних перестроек преобладает процесс вторжения арктических антициклонов, в годы поздних перестроек — выходы южных циклонов. д) Установлен преобладающий характер погоды в марте — июне на ЕТР в годы ранней и поздней весенней стратосферной перестройки:

- дефицит осадков и постепенное повышение аномалий температуры воздуха от отрицательных в марте — апреле до положительных в мае-июне при ранних перестройках;

- избыток осадков и постепенное уменьшение аномалий температуры воздуха от положительных в марте — апреле до отрицательных в мае-июне при поздних перестройках.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Пантелеева, Екатерина Александровна, 2009 год

1. Громова, Г.Г.О двухлетней цикличности в сроках формирования летнего стратосферного антициклона Текст. /Г.Г. Громова, В.И. Князева // Метеорология и гидрология.-1964.-№ 6.С.35 — 38.

2. Педь, Д.А. Об определении смены типов циркуляции циркумполярного вихря в стратосфере Текст. / Д.А. Педь // Труды Гидрометцентра СССР. 1973 .-Вып. 115.-С.26-35.

3. Пчелко, И.Г. Об образовании и эволюции летнего стратосферного антициклона в северном полушарии Текст. / И.Г. Пчелко // Метеорология и гидрология.-1959.-№ 12.С.З -9.

4. Угрюмов, А.И. Квазидвухлетняя цикличность весенне-летней циркуляции Атмосферы Текст. / А.И. Угрюмов // Труды Гидрометцентра СССР.-1971.-Вып.77.-82 с.

5. Лоренц, Э.Н. Природа и теория общей циркуляции атмосферы Текст. / Э.Н. Лоренц.-Л.: Гидрометеоиздат, 1970.-259 с.

6. Бакулина, Е.А. Весенние перестройки циркуляции в стратосфере в 19582003 годах Текст. /Е.А. Бакулина, А.И Угрюмов // Ученые записки РГТМУ.-2008.-№ 5.С.25 -32.

7. Пальмен, Э.Циркуляционные системы атмосферы Текст. / Э. Пальмен, Ч. Ньютон, -Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-615 с. (Пер. с англ.)

8. Pogoreltsev, A.I. Stratosphere-troposphere coupling: implication for prediction of anomalous weather regimes. Text./ A.I. Pogoreltsev, A.I.Ugrjumov//:Bejing, №6-11 April 2009.

9. Атмосфера Текст.: Справочник/ Под ред.Ю.С. Седунова. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-509 с.

10. Ю.Кац, А.Л. Циркуляция в стратосфере и мезосфере Текст. / А.Л. Кац.-Л.: Гидрометеоиздат, 1968.-204 с.1 l.Miers, В Л. Zonal wind reversal between 30 and 80 km over the south-western United States. Text. /В.1. Miers // Met. Mag.-1987.-№ 2. P.41-59.

11. Кокина, Г.А. Метеорология верхней атмосферы Земли Текст. / Г.А.Кокина, С.С.Гайгерова.-Л.: Гидрометеоиздат, 1981.-271 с.

12. Лаутер, Э.А. Изменчивость сроков весенних перестроек страто-мезосферной циркуляции Текст./Э.А.Лаутер, Д.А Тарасенко //Метеорология и гидрология.-1983.-№ 8.С.10 14.

13. Tarasenko, D.A. Spring changeover of the middle stratosphere circulation compared with rocket wind data up to 80-km Text. / D.A. Tarasenko, E.A. Lauter // Weather.-1984.-Vol.lO.P.86 90.

14. Педь, Д.А. Сезонные условия погоды, связанные со сроками весенней смены циркуляции в стратосфере Текст. / Д.А. Педь // Труды Гидрометцентра СССР.-1973.-Вып. 120.-С.57 67.

15. Погосян, Х.П. Общая циркуляция атмосферы Текст. / Х.П. Погосян.-Л.-Гидрометеоиздат, 1972.-394 с.

16. Ebdon, R.A. A summer predictor? Text. / R.A Ebdon // Weather- 1966.-Vol.21, № 7.

17. Wada, H. A study on the behaviour of the polar vortex and its application to long range weather forecasting Text./H.A.Wada//Geophysical Magazine.-1962.-Vo31,№2.

18. Labitzke, K. The temperature in the upper stratosphere: differences between hemispheres Text. / K.Labitzke // Geophys. Res.- 1974.- №T5.P.2171 -2175.

19. Labitzke, K. Beitrage zur Synoptik der Hochstratosphare Text. / K. Labitzke // Meteorologische Abhandungen, 1962.-Vol. 28, № 1.

20. Пагава, C.T. Предвестники сезонов в нижней стратосфере Текст. / С.Т.Пагава // Метеорология и гидрология.-1965.-№ 9.

21. Пагава, С.Т. Основы сезонных прогнозов погоды Текст. / С.Т. Пагава.-Л.: Гидрометеоиздат, 1966.

22. Пагава, С.Т. Основы синоптического метода долгосрочных прогнозов погоды малой заблаговременности Текст. / С.Т. Пагава.-Л.: Гидрометеоиздат, 1946.

23. Ebdon, R.A. 100-mb temperature and counter patterns (January to April 1962 and 1964). Text. / R.A. Ebdon // Weather.-1965.-Vol.20, № 3.

24. Poulter, R.M. The next few summers in London Text./ R.M. Poulter II-Weather.-1962.- August.

25. Рафилова, X.X. Учет особенностей циркуляции в нижней стратосфере погоды Текст. / Х.Х. Рафилова //- Метеорология и гидрология.- 1968.- №6. С.33-38.

26. Рафилова, Х.Х. Учет особенностей циркуляции в нижней стратосфере и возможности подбора одного года-аналога для составления прогноза погоды по территории СССР Текст. / Х.Х. Рафилова // Труды Гидрометцентра СССР.-1968.-Вып.23.С.54 73.

27. Тарасенко, Д.А. Структура и циркуляция стратосферы и мезосферы северного полушария Текст./Д.А.Тарасенко.-Л.:Гидрометеоиздат,1988.-287 с.

28. Тарасенко, Д.А. 27-дневные колебания индекса циркуляции Текст. / Д.А.Тарасенко, Р.А. Бритвина // Труды ЦАО.-1986.-Вып.166.-С.73 77.

29. Landsberg, Н.Е. Surface sing of the biennial atmospheric pulse. Text. / H.E. Landsberg, et al. // Rev.Mon.Wea. 1963 .-Vol 91, № 10 - 12.

30. Johnson, K. W. Temperature and height variability in the middle and upper stratosphere during 1964-1966 as determined from constant pressure charts Text./ K. W. Johnson,M.E Gelman,. Mon. Weather, Rev.-1968.-Vol. 96, № 6.

31. Тарасенко, Д.А. Некоторые вопросы сруктуры тропопаузы Текст. / Д.А. Тарасенко// Труды ЦАО.-1962.-ВЫП.41 ,С.67-81.

32. Монин, А.С.История климата Текст. / А.С. Монин, А.С., Шишков Ю.А.-Л.: Гидрометеоиздат, 1976.

33. Mitchel, J.M. History and mechanics of climate. Text. / J.M. Mitchel // -New York, 1980

34. Наш будущий климат Текст. .-Женева, Швейцария: ВМО.- 2003 .-№ 952.

35. Угрюмов А. И. Современные изменения климата Санкт-Петербурга и колебания циркуляции атмосферы Текст./ А.И. Угрюмов, Н.В. Харькова // Метеорология и гидрологии.-2008.-№1 .С.24 30.

36. Борисенков, Е.П. Летопись необычайных явлений природы за 2.5 тысячелетия Текст. / Е.П. Борисенков, В.М. Пасецкий. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002.

37. Климат России Текст. / Под ред. Н.В. Кобышевой.-СПб.: Гидрометеоиздат, 2001.-655с.

38. Витинский, Ю.И. Цикличность и прогнозы солнечной активности Текст. /Ю.И. Витинский,.- Л.:Издательство «Наука», 1973,- 257 с

39. Герман, Д.Р. Солнце, погода и климат Текст. / Д.Р. Герман, Р.А.Голдберг.- Л.: Гидрометеоиздат, 1981.-319 с.

40. Мензел, Д. Г. Наше солнце Текст. / Д. Г.Мензел.-М. Государственное издательство физико-математической литературы, 1963.-327 с. (Пер. с анг Э.В.Кононовича)

41. Гибсон, Э. Спокойное Солнце Текст. / Э. Гибсон.- М.: Мир, 1977.

42. Пикельнер, С.Б. Солнце. Текст. / С.Б. Пикельнер.- М.: Популярные лекции по астрономии вып. 11 государственное физматгиз, 1961.-83 с.

43. Эйгенсон, М.С. Солнечная активность и ее земные проявления. Текст. / М.С. Эйгенсон, М.Н. Гневышев, А.И. Оль, Б. М. Рубашев.-М, 1948.-323 с.

44. Гире, А.А. Многолетнее колебание атмосферной циркуляции и долгосрочные гидрометеорологические прогнозы.-JI.: Гидрометеоиздат, 1974.

45. Гирс, А.А. Вертикальная структура, формирования и преобразования основных типов атмосферной циркуляции Текст. / А.А. Гире // Труды АНИИ.-1951.-Т.ЗЗ.

46. Кокина, Г. А. Атмосферный озон Текст./ Г. А. Кокина.-М.:Гидрометеоиздат, 1990.-253 с.

47. Прокофьева, И.А. Атмосферный озон Текст./ И.А. Прокофьева.-Л.: Издательство АНСССР.-1951.-232 с.

48. Гущин, Г.П. Суммарный озон в атмосфере Текст./ Г.П.Гущин, Виноградова Н.Н.-Л.: Гидрометеоиздат, -1983.-273 с.

49. Гущин, Г.П. Атмосферный озон Текст./Г.П. Гущин, A.M. Шаламянский.-Л.: Гидрометеоиздат, 1987.-157 с.

50. Хргиан, А. X. Физика атмосферного озона Текст./ А. X. Хргиан.-Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-289 с.

51. Bojkov, R. D.Total ozone changes over Eurasia since 1973 based on reevaluted filter ozonometer data Text./ R. D. Bojkov, V.E. Fioletov and A.M. Shalamjansky. J., Geophys. Res.- 1994, vol. 99.

52. Гущин, Г.П Озон и аэросиноптические условия в атмосфере. Текст./ Г.П.Гущин.-JL: Гидрометеоиздат. -1964.

53. Ракипова, JI.P. Влияние вариаций концентрации озона на термический режим атмосферы.-JI.:Гидрометиздат.-1974.

54. Дроздова, О.А. Климатология Текст./ О. А. Дроздова .-J1.: Гидрометеоиздат,-1989.-484 с.

55. Шаламянский, А. М. Пространственно-временная структура поля озона в границах воздушных масс, Текс./ A.M. Шаламянский// Труды 6 всесоюзного симпозиума, Л.- 1985 г., 1987, с. 230 -237

56. Willett, Н.С. The relationship of total atmospheric ozone to the sunspot cycle Text./ H.C. Willett // J.Geophys.- 1962.-Res.67. P.661-670.

57. Angell, J.L.Quasi-biennial and long-term fluctuation in-total ozone Text./ J.L. Angell, J. Korshover. Monthly Weather.-1973.- Rev.101.- 426 p.

58. Angell, J.L Global analysis of recent total-ozone Fluctuations Text./ J.L. Angell, J. Korshover// NOAA Air Resources Laboratories.-1975.-P.56 584.

59. Chamberlain, J.W. Amechanism for inducing climatic variation through the stratosphere: screening of cosmic rays by solar and terrestrial magnetic fields Text. /Chamberlain J.W.-1977.-Sci.34. 737 p.

60. Ruderman, M.A. origin of the sunspot modulation of ozone: its implication for stratospheric NO injection. Text./ M.A.Ruderman, J.W.Chamberlain // Planet space.- 1975.-Sci 23.-P.247 268.

61. Chrisie, A.D. Secular or cycle change in ozone Text. /A.D. Chrisie //Pure Appl.-Geophys.-1973

62. Монин, А.С. О макротурбулентном обмене в земной атмосфере. Текст./А.С.Монин // Изв АН СССР, сер. Геофиз.-1956.

63. Гущин, Т.П. Озон и некоторые особенности атмосферной циркуляции Текст. / Г.П Гущин // Труды ГГО.-1962.-Вып.134.-235 с.

64. Дзердзеевский, Д.Л. Типовые свойства общей циркуляции атмосферы в северном полушарии и индекс циркуляции Текст. / Д.Л.Дзердзеевский. А.С. Монин // Изв.АН СССР.-1954.-№6.

65. Дзердзеевский, Д.Л. Материалы метеорологических исследований Текст. / Д.Л.Дзердзеевский.-М.: «Наука» 1965-240 с.

66. Дзердзеевский, Д.Л. Общая циркуляция атмосферы и климат Текст. / Д.Л.Дзердзеевский.-М.: Избрааные труды. «Наука», 1975.-285 с.

67. Дзердзеевский, Д.Л.Циркуляционные схемы сезонов года в северном полушарии Текст. / Д.Л.Дзердзеевский. // Изв. АН СССР.-1957.-№1.

68. Пагава, С.Т Об использовании данных наблюдений в стратосфере при анализе естественных синоптических сезонов Текст. / С.Т.Пагава // Метеорология и гидрология.- 1964.- №11.-С.23 26.

69. Кац, А.Л Формирование крупных аномалий температуры воздуха на территории СССР. Текст./А.Л. Кац // Труды ЦИПа.-1957.-Вып.41 (76).

70. Кац, А.Л. О продолжительности естественных синоптических периодов за 1938- 1948 гг. Текст. / А.Л. Кац, В.Г. Семенов // Метеорология и гидрология-1950.-№ З.С.20 33.

71. Кац, А.Л. Сезонные изменения общей циркуляции атмосферы и долгосрочные прогнозы Текст. / А.Л. Кац.-Л.: Гидрометеоиздат, 1960.-207 с.