Мирсеид Габиль оглы Анализ современных режимов внетропических циклонов в тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по данным реанализа и модельным расчетам


Скачать 89,04 Kb.
PDF просмотр
НазваниеМирсеид Габиль оглы Анализ современных режимов внетропических циклонов в тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по данным реанализа и модельным расчетам
Акперов
Дата конвертации24.09.2012
Размер89,04 Kb.
ТипАвтореферат
СпециальностьФизика атмосферы и гидросферы
Год2012
На соискание ученой степениКандидат физико-математических наук

 
 
 
 
 
На правах рукописи 
 
 
 
 
 
 
 
Акперов Мирсеид Габиль оглы 
 
 

Анализ современных режимов внетропических циклонов в 
тропосфере Северного полушария и тенденций их изменения по 
данным реанализа и модельным расчетам 
 
 
Специальность 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферы 
 
 
 
 
АВТОРЕФЕРАТ 
диссертации на соискание ученой степени 
кандидата физико-математических наук 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва – 2012 


Работа  выполнена  в  Федеральном  государственном  бюджетном  учреждении  
науки  Институте  физики  атмосферы  им.  А.М.  Обухова  Российской  академии 
наук 
 
Научный руководитель: 
член-корр. РАН, доктор физико-математических наук              
Мохов Игорь Иванович 
 
Официальные оппоненты: 
 
 
 
 
член-корр. РАН, доктор физико-математических наук 
 
 
 
Гулев Сергей Константинович 
доктор физико-математических наук 
 
 
 
Курганский Михаил Васильевич 
 
Ведущая организация: 
Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН 
 
Защита диссертации состоится "16" февраля 2012 г. в 14:00 на заседании 
Диссертационного  совета  Д 002.096.01 в  Федеральном  государственном 
бюджетном учреждении науки Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова 
Российской академии наук (119017, Москва, Пыжевский пер., д.3). 
 
С  диссертацией  можно  ознакомиться  в  библиотеке  Института  физики 
атмосферы им. А.М. Обухова РАН. 
Автореферат разослан "      " января  2012 г. 
 
 
 
Ученый секретарь 
Диссертационного совета Д 002.096.01 
кандидат географических наук 
 
 
 
 
Краснокутская Л.Д. 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 
 
Актуальность работы. 
В земной атмосфере наблюдается большое разнообразие волновых и вихревых 
движений.  Особый  интерес  представляют  вихри  синоптического  масштаба, 
циклоны  и  антициклоны,  в  атмосфере  внетропических  широт.  Внетропические 
циклоны  и  антициклоны  играют  важную  роль  в  формировании  регионального 
климата и его изменений. 
В  последние  десятилетия (IPCC, 2007) отмечены  значительные  изменения 
глобальной  приповерхностной  температуры,  с  которыми  связаны  изменения 
режимов  циклонических  вихрей  синоптического  масштаба,  в  том  числе  их 
количества, времени жизни, интенсивности и размеров.  
Работ, посвященных исследованию циклонической активности и ее изменений 
в  атмосфере  внетропических  широт  много,  с  широким  спектром  полученных 
результатов.  При  этом  актуален  анализ  общих  закономерностей  в  связи  с 
глобальными климатическими изменениями с оценкой роли различных механизмов 
и обратных связей в формировании тенденций изменения режимов внетропических 
циклонов. 
 
Целью  данной  работы  является  разносторонний  анализ  изменений 
параметров внетропических циклонов в атмосфере Северного полушария (СП) при 
изменении температурного режима - с использованием разных данных реанализа и 
модельных  расчетов  разной  степени  детальности,  со  сравнением  различных 
методов детектирования циклонов. 
 
Для  достижения  поставленной  цели  в  диссертации  ставились  следующие 
задачи
1.  Провести  сравнение  характеристик  внетропических  циклонов  СП  с 
 
3

использованием  разных  методов  идентификации  и  разных  данных  реанализа  с  
различным  пространственным  разрешением (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-
INTERIM). 
2.  Количественно 
оценить 
параметры 
чувствительности 
характеристик 
внетропических  циклонов  к  изменению  температурного  режима  СП  на  основе 
данных реанализа и модельных расчетов. 
3.  Получить  оценки  роли  различных  факторов  в  формировании  изменений 
характеристик  внетропических  циклонов  при  изменении  температурного  режима 
СП на основе данных реанализа и модельных расчетов. 
4.  Провести  разносторонний  анализ  изменений  различных  характеристик 
внетропических  циклонов  при  возможных  изменениях  климата  в XXI в.  с  учетом 
антропогенных воздействий. 
 
Научная новизна и основные результаты работы: 
1. 
На  основе  проведенного  сравнительного  анализа  при  общем  соответствии 
характеристик  внетропических  циклонов  СП,  полученных  с  использованием 
разных  методов  и  данных  с  различным  временным  и  пространственным 
разрешением,  отмечены количественные различия в зависимости от минимальной 
интенсивности детектируемых вихрей. 
2. 
На  основе  современных  данных  и  модельных  расчетов  получены 
количественные  оценки  параметров  чувствительности  количества,  размеров  и 
плотности  упаковки  на  сфере  внетропических  циклонов  СП  к  изменению  
температурного режима в атмосфере СП.  
3. 
Количественно 
оценены 
изменения 
различных 
характеристик 
внетропических  циклонов  СП,  в  том  числе  их  количества,  интенсивности, 
длительности,  размеров,  степени  их  упаковки  на  сфере  и  общего  действия,  по 
расчетам с климатическими моделями при возможных изменениях климата в XXI 
в. с учетом антропогенных воздействий. 
 
4

Научная и практическая значимость результатов: 
1. 
Результаты  могут  быть  использованы  для  диагностики  тенденций 
региональных и глобальных климатических изменений.  
2. 
Результаты  могут  быть  использованы  при  валидации  глобальных 
климатических моделей. 
 
Личный вклад автора: 
Автор принимал участие во всех этапах работы, в том числе в формулировке 
задач  и  интерпретации  полученных  результатов.  Основные  результаты 
диссертационной  работы  получены  автором  лично.  Автором  были  проведены  все 
расчеты,  связанные  с  анализом  используемых  данных  наблюдений  и  модельных 
результатов. 
 
Апробация работы и публикации: 
Результаты  диссертации  были  представлены  на  семинарах  Лаборатории 
теории  климата  и  Отдела  климатических  исследований  ИФА  им.  А.М.  Обухова 
РАН,  Лаборатории  метеорологической  метеорологии  НЦНИ  (Париж,  Франция, 
2008, 2009), Департамента  почвы,  окружающей  среды  и  атмосферных  наук 
Университета  Миссури  (Колумбия,  США, 2009, 2010), на  Международной 
конференции по проблемам гидрометеорологической безопасности (Москва, 2007), 
в  отчетном  годовом  докладе  Президента  РАН  (Москва, 2007), на  ежегодных 
Всероссийских  конференциях  молодых  ученых  “Состав  атмосферы.  Атмосферное 
электричество.  Климатические  процессы” (Звенигород,  Нижний  Новгород,  Борок, 
2006-2010  гг.),  на  Генеральных  ассамблеях  Европейского  геофизического  союза 
(Вена, Австрия, 2010, 2011), на Европейской конференции IMILAST (Интерлакен, 
Швейцария, 2011). 
Результаты  диссертации  опубликованы  в 17 работах,  в  том  числе  в 8 – 
входящих в список Высшей аттестационной комиссии. 
 
5

Структура и объем диссертации: 
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. 
Рукопись  содержит 109 страниц, 33 рисунка, 8 таблиц,  список литературы из 110 
названий. 
 
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 
Во 
введении 
обосновывается 
актуальность 
темы 
диссертации, 
сформулированы  цели  работы,  перечислены  основные  этапы  исследования  и 
результаты. 
  Глава 1 посвящена сравнению характеристик внетропических циклонов СП с 
использованием  разных  методов  идентификации  циклонов  и  разных  данных 
реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM). Проведено  сравнение 
различных  характеристик  внетропических  циклонов,  полученных  на  основе  трех 
методов  идентификации  для  Северного  полушария (20-80o  с.ш.)  по 60-летним 
данным  реанализа  для  полей  приповерхностного  атмосферного  давления.  В  том 
числе,  проведен  анализ  количества  циклонов,  их  интенсивности,  размеров  и 
времени  жизни.  Сделаны  оценки  влияния  орографических  эффектов  при 
идентификации  циклонов  и  их  траекторий.  Сопоставлены  характеристики 
внетропических  циклонов  при  использовании  разных  данных  реанализа 
(NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM) с  различным  пространственным 
разрешением (табл. 1.1).  
Данные 
Период 
Временное 
Пространственное
реанализа 
(месяц/год) 
разрешение (часы)
разрешение 
NCEP/NCAR 01/1948-06/2009 

2.50 x 2.50 
ERA-40 09/1957-08/2002 

2.50 x 2.50 
ERA-INTERIM 01/1989-04/2009 

1.50 x 1.50 
Таблица 1.1. Характеристики используемых данных. 
 
6

В разделе 1.1 описываются методы идентификации внетропических циклонов, 
а  также  используемые  реанализы (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM) для 
полей приповерхностного атмосферного давления с различным пространственным 
и спектральным разрешением. 
Используются следующие методы идентификации циклонов: 
Метод I (далее I) описан в (Бардин и Полонский, 2005; Акперов и др., 2007). 
Этот  метод,  как  и  большинство  методов,  основан  на  стандартном  выделении 
циклона,  как  области  пониженного  давления,  ограниченной  замкнутыми 
изобарами.  В  данной  работе  использовалась  модифицированная  версия  метода I 
(Акперов и Мохов, 2010). 
Алгоритм метода II идентификации циклонов и их траекторий описан в (Gulev 
et al., 2001). Рассматриваются  лишь  те  циклоны,  значения  давления  в  центре 
которых  не  более 1015 гПа  и  время  жизни  не  менее 24 ч.  В  траекторию 
объединялись два ближайших циклона в последовательные моменты времени (при 
шаге по времени 6 часов) с расстоянием между их центрами менее 10о. 
Метод III описан в (Serreze et al., 1997). Каждый циклон идентифицируется как 
область  пониженного  давления  с  замкнутыми  изобарами  с  шагом 1 гПа. 
Траектории  определялись  при  условии,  что  максимальное  расстояние,  на  которое 
может переместиться циклон за 6 часов (шаг по времени) не может превышать 800 
км (при максимальной скорости циклона 133 км/ч) и изменение давления в центре 
при этом не должно превышать 20 гПа.  
В разделе 1.2 проводится сравнение характеристик внетропических циклонов 
для  разных  регионов  (внетропические  широты,  Евро-Атлантический  и 
Тихоокеанский  сектор  СП),  полученных  различными  методами  идентификации 
циклонов  с  использованием  данных  реанализа  для  полей  приповерхностного 
атмосферного давления.  
 
7

1.1
а
Евро-Атлантический сектор 
год
>
N
<

1.0
N/
I
II
III

0.9
1.2 1950
1960
1970
1980
1990
2000
I
б
Тихоокеанский сектор
годы
II
год
III
1.1
>
N
<
N/

1.0
0.9
1.1 1950
1960
1970
1980
1990
2000
в
СП (20-800 СП)
годы
год
>
N
<

1.0
N/
I
II
III

0.9
1950
1960
1970
1980
1990
2000
годы
 
Рис. 1.1. Межгодовые  вариации  общего  количества  внетропических  циклонов N 
(нормированные  на  среднее  значение  для  периода 1948-2007 гг.)  по  данным 
NCEP/NCAR  реанализа  для  Евро-Атлантического  (а)  и  Тихоокеанского  (б) 
секторов и в целом для СП (в), полученные с использованием различных методов 
(I, II, III) идентификации циклонов.  
 
Отмечено  общее  согласие  анализировавшихся  методов  за  исключением 
количества  циклонов,  полученных  на  основе  метода III (рис. 1.1). Это  связано  с 
дискретным шагом по давлению при идентификации циклонов этим методом. 
Отмечено  также,  что  с  учетом  областей  с  существенным  влиянием 
орографических эффектов идентифицируется на 6% больше циклонов, чем без их 
учета. 
В разделе 1.3 проводится сравнение характеристик внетропических циклонов, 
 
8

определенных  по  трем  разным  данным  реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-
INTERIM), с использованием метода I. 
 
Количество  циклонов,  идентифицированных  на  основе  разных  данных 
реанализа,  различается.  Наибольшее  количество  циклонов  отмечено  с 
использованием ERA-INTERIM реанализа  с  более  детальным  пространственным 
разрешением, наименьшее – по данным NCEP/NCAR реанализа (табл. 1.2).    
Период 
Реанализ 
СП (1989-1998) 
СП (1999-2008) 
Зима NCEP/NCAR  593 (±13) 
600 (±19) 
ERA-40 
570 (±26) 
 
ERA-INTERIM 
696 (±18) 
792 (±34) 
Лето NCEP/NCAR  621 (±18) 
637 (±11) 
ERA-40 
696 (±30) 
 
ERA-INTERIM 
719 (±10) 
810 (±37) 
Год NCEP/NCAR  2383 (±35) 
2417 (±30) 
ERA-40 
2434 (±82) 
 
ERA-INTERIM 
2814 (±45) 
3209 (±77) 
Таблица 1.2  Количество  внетропических  циклонов  СП  в  среднем  за  год  и  для 
различных  сезонов  по  данным  реанализа NCEP/NCAR, ERA-40 и ERA-INTERIM 
для  периода 1989-2008 гг.,  определенное  с  использованием  метода I. В  скобках 
приведены 
среднеквадратические 
отклонения 
(СКО) 
для 
межгодовой 
изменчивости. 
 
По  данным  с  более  грубым  пространственным  разрешением (NCEP/NCAR, 
ERA-40)  отмечено  меньшее  количество  мелких  циклонов.  Это  связано  с 
невозможностью идентификации циклонов с размерами меньше пространственного 
разрешения  используемых  данных.  По  более  детальным  данным ERA-INTERIM 
реанализа выявляются и наиболее глубокие циклоны. 
 
9

6
Циклоны
ИВМ(A2)(2001-2050)
ИВМ(A2)(2050-2100)

5
а
ИВМ(XX)(1952-2000) 
NCEP(1952-2000)

4
m
cu

3
LgN
2
1
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
(p)2, (гПа)2
 
5
Антициклоны
ИВМ(A2)(2000-2050)
ИВМ(A2)(2050-2100)
ИВМ(XX)(1952-2000)

б
4
NCEP(1952-2000)
3
cum
N
Lg

2
1
0
0
100
200
300
(p)2, (гПа)2
 
Рис. 1.2. Кумулятивные распределения числа внетропических атмосферных вихрей 
в  зависимости  от  величины  (p)2,  характеризующей  энергию  вихря,  по  данным 
реанализа и расчетам с КМОЦ ИВМ РАН для периода 1952-2100 гг. (при сценарии 
SRES-A2 для XXI века, а) для циклонов, б) для антициклонов. 
 
В  разделе 1.4 проводится  анализ  функций  распределения  числа 
синоптических  вихрей  в  зависимости  от  их  интенсивности  (энергии)  и  площади 
(Акперов  и  др., 2007; Голицын  и  др., 2007). Отмечено,  что  кумулятивные 
 10

распределения  количества  внетропических  циклонов  СП  в  зависимости  от  их 
интенсивности  и  площади  имеют  экспоненциальный  характер  как  по  данным 
реанализа,  так  и  по  модельным  расчетам  (рис. 1.2). При  этом  для  экстремальных 
циклонов  их  повторяемость  уменьшается  быстрее  экспоненты,  а  для 
экстремальных  антициклонов – наоборот - медленнее  экспоненты.  Дефицит 
экстремальных циклонов уменьшает риск их неблагоприятных последствий, тогда 
как повышенная вероятность экстремальных антициклонов увеличивает риск таких 
неблагоприятных последствий как засухи летом и экстремальные морозы зимой. 
В разделе 1.5 проводится обсуждение результатов главы 1.  
 
Глава 
2 
посвящена 
исследованию 
чувствительности 
параметров 
циклонической  активности  в  атмосфере  внетропических  широт  СП  с 
температурным  режимом  на  основе  эмпирических  данных,  а  также  с 
использованием  сравнительно  простой  модели,  описывающей  взаимосвязь 
внетропических циклонов с температурным режимом. 
В  разделе 2.1  проведен  анализ  связи  вертикальной  температурной 
стратификации тропосферы СП с приповерхностной температурой. 
Средние  значения    для  тропосферы  определялись  на  основе  линейной 
регрессии (Мохов и Акперов, 2006)   
(z)  (0)      
по  температурным  среднемесячным  и  среднегодовым  данным  на  стандартных 
уровнях  в  атмосфере (1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150 и 100 
гПа) от поверхности до уровня тропопаузы. Уровень тропопаузы изменялся от 300 
гПа в полярных широтах до 100 гПа - в тропических. 
Величина  вертикального  градиента  температуры    в  тропосфере  СП  в  целом 
близка к 6.1 К/км,  над сушей около 6.2 К/км, а над океаном около 6.1 К/км. При 
этом  величина    уменьшается  от 6.5 К/км  в  низких  широтах  до 4.5 К/км  в 
 11

приполярных. 
По  изменениям  величины    во  времени  (годовом  ходе,  межгодовой 
изменчивости) на основе линейных регрессий  
   a T    
 
 
0
s
оценивались  значения  d/dТs - параметра  чувствительности    к  изменениям 
приповерхностной температуры Тs (коэффициент линейной регрессии a1). 
Значения  d/dTs - параметра  чувствительности    к  изменению  Тs,  для  СП  в 
годовом  ходе  получены  около 0.9.10-2  км-1  над  океаном, 3.9.10-2  км-1  над 
континентами  и 2.3.10-2  км-1  для  полушария  в  целом.  Соответствующие  величины 
по  данным  в  межгодовой  изменчивости  получены  около 4.1.10-2  км-1  для  СП  в 
целом, 4.2.10-2 км-1  над океанами  и 3.8.10-2 км -1 над континентами.  
Полученные  положительные  значения  d/dTs  в  целом  характеризуют 
положительную  климатическую  обратную  связь  через  вертикальный  градиент 
температуры  и  свидетельствуют  об  уменьшении  статической  устойчивости 
тропосферы  в  целом  при  глобальном  потеплении.  Наряду  с  общей  тенденцией 
увеличения    с  ростом  Тs  отмечены  режимы  с  обратной  тенденцией – главным 
образом над океаническими областями. 
В разделе 2.2 проведен анализ чувствительности параметров внетропических 
циклонов  к  климатическим  изменениям  с  помощью  модели  циклонической  и 
антициклонической  активности  в  атмосфере  внетропических  широт,  связанной  с 
характеристиками  температурной  стратификации  атмосферы  (далее  ММПХ-
модель) (Мохов  и  др., 1992) в  сопоставлении  с  данными  на  основе 60-летних 
данных (1948-2007 гг.) NCEP/NCAR реанализа. (При построении ММПХ-модели в 
качестве основного механизма генерации синоптических возмущений в атмосфере 
средних  и  высоких  широт  принималась  бароклинная  неустойчивость 
квазизонального потока.) 
Чувствительность  количества  циклонов  (N)  к  изменению  приповерхностной  
 12

температуры Ts  оценивалась на основе ММПХ-модели  
 
dN
3
(dT dT )
ep
s
d(   ) /
 


dT
e
   
N dT
2T
T
2
(   )
s
s
эп
e
или в случае сухой (безоблачной) атмосферы  
dN
3
(dT dT )
ep
s
d(   ) /
 


dT
a

N dT
2T
T
2
(   )
s
s
s
a
Здесь  Tep  –  перепад  температуры  между  экватором  и  полюсом,      
(
  
) , 
e
a
a
ва
где  γa–  сухоадиабатическое  значение  вертикального  градиента  температуры  в 
тропосфере γ, ва – влажно-адиабатический градиент,  - доля объема тропосферы, 
занятая  облачностью  (в  простейшем  случае  вклад  облачности  учитывается  долей 
покрытого  облаками небосвода  n),  в ММПХ-модели.  При  =0 в сухой атмосфере 
   . 
e
a
 
(1/N)(dN/dTs), 1/K 
 
 
 Широты СП, 
ММПХ-модель  
град 
реанализ 
 
1948-2007 гг. 
       c учетом 
сухая атмосфера 
      влажности 
 
        
   
 20-80о 
-0.027(±0.012) 
         -0.047 
    -0.029  
 
Таблица 2.1. Оценки 
параметра 
чувствительности 
(1/N)(dN/dTs)  для 
внетропических  широт (20-80о)  СП  в  целом  по  данным  реанализа  и  на  основе 
ММПХ-модели для сухой атмосферы и с учетом влажности.   
 
В  табл. 2.1 представлены  модельные  оценки  параметра  чувствительности 
(1/N)(dN/dTs)  для  внетропических  широт  СП  в  целом,  полученные  по  данным 
реанализа  и  в  рамках  ММПХ-модели.  Оценка    параметра  чувствительности  для 
внетропических широт СП в целом для ММПХ-модели с учетом влажности близка 
к  оценке  по  данным  реанализа  и  соответствует  уменьшению  N  в  среднем  за  год 
 13

примерно на 3% при увеличении приповерхностной температуры СП на 1 К. Для 
модели  сухой  (безоблачной)  атмосферы  этот  параметр  чувствительности  для 
полушария в целом по абсолютной величине почти вдвое больше, чем по данным 
реанализа  (но  всего  на  одну  пятую  больше  верхней  границы  интервала 
неопределенности на уровне СКО). 
Соответствующие  модельные  и  эмпирические  оценки  были  сделаны  и  для 
других характеристик внетропических циклонов, в том числе для их характерных 
размеров и плотности упаковки Δ на сфере. 
Чувствительность  размеров  внетропических  циклонов  к  изменению 
температурного  режима  можно  оценить,  используя  в  качестве  характерного 
масштаба  циклона  радиус  деформации  Россби  LR.  Оценка  для  параметра 
d
чувствительности  1
1  1

L dL dT 
в  сухой  атмосфере  указывает,  что 
R
R
s
 
/(   )
a

2 T dT

возможны  режимы  и  с  dLR/dTs > 0, и  dLR/dTs  < 0 в  зависимости  от  тенденций 
изменения  характеристик  статической  устойчивости  атмосферы  (γ  и  частоты 
Брента – Вяйсяля N). 
При общей положительной корреляции вертикального градиента температуры 
γ в тропосфере для полушария в целом с приповерхностной температурой Ts, над 
океаническими  областями  проявляется  также  отрицательная  корреляция  и  в 
годовом ходе и в межгодовой изменчивости. Подобная тенденция характерна и для 
бароклинной атмосферы с неизменной статической устойчивостью или со слабой 
тенденцией  ее  уменьшения  при  потеплении  (с  малыми  по  сравнению  с  (γa - γ)/Ts 
величинами  dγ/dTs).  При  достаточно  сильной  тенденции  ослабления  статической 
устойчивости при dγ/dTs > 0 значения LR уменьшаются при увеличении Ts.  
Эмпирические  оценки  параметра  чувствительности  dL/dTs  размеров 
внетропических  циклонов  L  к  изменению  температуры  Ts  были  получены  с 
использованием данных реанализа на основе линейной регрессии на Ts. 
 14

В табл. 2.2 представлены оценки параметра чувствительности (1/L)(dL/dTs) K-1 
для  разных  широтных  зон  СП  по  данным  реанализа  и  на  основе  модельных 
расчетов  для  сухой  атмосферы  и  с  учетом  влажности.  Согласно  табл. 2.2 
проявляются  тенденции  уменьшения  характерных  размеров  внетропических 
циклонов  с  ростом  приповерхностной  температуры  по 60-летним  данным 
реанализа,  но  эти  тенденции  статистически  незначимые.  При  этом  оценки 
параметра  чувствительности  (1/L)(dL/dTs)  по  данным  реанализа  находятся  в 
диапазоне модельных оценок для сухой атмосферы и с учетом влажности. В целом 
для  внетропических  широт  СП  модельные  оценки  (1/L)(dL/dTs)  находятся  в 
диапазоне от -0.002 К-1 для сухой атмосферы до -0.019 К-1 с учетом влажности.  
 
(1/L)(dL/dTs), 1/K 
Широты СП, 
реанализ 
ММПХ-модель 
град 
1948-2007 гг. 
сухая атмосфера 
с учетом влажности 
20-40 
-0.0008(±0.0131) -0.0001 
-0.033 
40-60 
-0.0016(±0.0096) -0.0013 
-0.021 
60-80 
-0.0046(±0.0061) -0.0049 
-0.011 
Таблица 2.2. Оценки  параметра  чувствительности  (1/L)(dL/dTs)  K-1  для  разных 
широтных зон СП по данным реанализа и на основе модельных расчетов для сухой 
атмосферы и с учетом влажности. 
 
Оцененная  по 60-летним  данным NCEP/NCAR реанализа  (для 1948-2007 гг.) 
среднегодовая  плотность  упаковки  внетропических  циклонов  для  СП  (доля 
площади  земной  поверхности,  покрытой  циклонами  (или  антициклонами)) 
=0.08(±0.01),  а  для  холодного  и  теплого  сезонов – 0.09(±0.01) и 0.07(±0.01), 
соответственно.  В  скобках  приведены  стандартные  отклонения  соответствующих 
оценок.  Эти  оценки  соответствуют  свободной  упаковке  циклонов  на  сфере  в 
ММПХ-модели,  в  которой  бароклинные  вихри  с  характерным  размером  порядка 
масштаба  Россби  LR  находятся  друг  от  друга  на  расстоянии  порядка  радиуса 
затухания взаимодействия бароклинных вихрей LO (масштаба Обухова).  
 15

При  этом  по  модельным  оценкам  среднегодовая  величина    в  сухой 
атмосфере  для  современного  климата  равна 0.11. В  случае  влажно-насыщенной 
атмосферы  в  ММПХ-модели  =0.05.  В  целом  оценки  степени  упаковки 
внетропических циклонов в реальной атмосфере находятся в диапазоне модельных 
оценок для предельных случаев сухой и влажно-насыщенной атмосферы.  
Сделаны  оценки  чувствительности  плотности  упаковки  внетропических 
циклонов к изменению приповерхностной температуры согласно  
d(NS)
(dN dT ) (dS dT )
s
s



NS dT
N
S
s
где  (dN dT )
s
 – параметр  чувствительности  количества  циклонов  N  к  изменению 
N
приповерхностной    температуры  T
(dS dT )
s
s,  а 
 - параметр  чувствительности 
S
площади внетропических циклонов к изменению температуры Ts
Полученная  с  использованием 60-летних  данных NCEP/NCAR реанализа 
(1948-2007 гг.) оценка  1 d(NS) = -0.025(±0.013) К-1 для СП в целом соответствует 
NS dT
уменьшению плотности упаковки внетропических циклонов на полусфере на 2.5% 
при  увеличении  приповерхностной  температуры  на  1К.  Эта  тенденция  связана  с 
(dN dT )
общим  уменьшением  числа  внетропических  циклонов  СП: 
 = -
N
0.027(±0.012)  К-1  без  существенных  изменений  характерных  размеров 
(dS dT )
внетропических циклонов. Параметр чувствительности 
 для СП в целом по 
S
данным реанализа оценен незначимым (значение соответствующего коэффициента 
регрессии S на T на порядок меньше СКО). 
Оценено влияние меридионального и вертикального градиента температуры в 
тропосфере  на  изменение  количества  и  размеров  внетропических  циклонов  по 
данным NCEP/NCAR реанализа.  Получено,  что  для  разных  широтных  зон 
 16

меняется  относительное  влияние  вертикального  градиента  температуры  и 
меридионального градиента  температуры. 
В разделе 2.3 проводится обсуждение результатов главы 2. 
Глава  3  посвящена  анализу  возможных  изменений  характеристик 
внетропических  циклонов  СП  при  изменениях  климата.  Проведен  анализ 
характеристик  внетропических  циклонов  по  данным NCEP/NCAR реанализа  и  по 
расчетам  с  климатическими  моделями  общей  циркуляции  (КМОЦ)  ИВМ  РАН  и 
IPSL CM4 для XX и XXI веков. 
В разделе 3.1 проведен анализ изменчивости параметров циклонов на основе  
модельных  расчетов  (КМОЦ  ИВМ  РАН  и IPSL CM4) для XX века  для 
внетропических широт в целом и Евро-Атлантического сектора в сопоставлении с 
данными NCEP/NCAR реанализа.  Анализировались  параметры  внетропических 
циклонов в зависимости от их минимального времени жизни.   
В  разделе 3.2  проведен  анализ  изменений  параметров  циклонов 
внетропических  широт  СП  в  целом  и  Евро-Атлантического  сектора  в XX и XXI 
веках  по  расчетам  с  КМОЦ  ИВМ  РАН  и IPSL CM4 с  учетом  возможных 
антропогенных воздействий, в частности при сценарии SRES-A2 для XXI века.  
Для XXI века  на  основе  модельных  расчетов  наряду  со  значимым  
уменьшением  среднегодового  количества  внетропических  циклонов  для  СП  в 
целом, а также  для теплого  и  холодного  сезонов  (табл. 3.1) отмечено увеличение 
количества  зимних  интенсивных  циклонов,  в  частности  над  Евро-Атлантическим 
сектором. 
Для Евро-Атлантического сектора при статистически значимом уменьшении в 
XXI  веке  количества  сравнительно  слабых  внетропических  циклонов  отмечено 
значимое увеличение количества циклонов с интенсивностью в диапазоне от 15 до 
30 гПа. 
Отмечено  значимое  уменьшение  количества  мелких  циклонов,  а  также 
увеличение крупных циклонов для СП в целом. Для Евро-Атлантического сектора 
 17

в  целом,  а  также  для  сезонов  статистически  значимое  уменьшение  количества 
циклонов  отмечено  для  диапазона  размеров  до 1000 км  и  статистически 
незначимое увеличение количества крупных (с характерным радиусом более 1000 
км) внетропических циклонов. 
сезон 
период 
Евро-Атлантический 
СП 
сектор 
Зима I 
-0.8 
-2.5 
II 
-8.9 
-6.5 
Лето I 
-9.2 
-5.7 
II 
-13.7 
-9.9 
Год I 
-5.3 
-3.9 
II 
-11.8 
-8.4 
Таблица 3.1. Изменение (%) количества внетропических циклонов СП, а также для 
Евро-Атлантического  сектора  в  среднем  за  год  и  для  различных  сезонов  по 
модельным  расчетам  (КМОЦ IPSL CM4) к  середине (I) и  к  концу (II) XXI века 
относительно конца XX века: I – (2041-2060 гг.) – (1981-2000 гг.), II – (2081-2100 
гг.) – 1981-2000 гг. Выделены значимые изменения (на уровне 95%). 
 
В разделе 3.3 проводится обсуждение результатов главы 3.  
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
На основе проведенного анализа получены следующие основные результаты: 
1.  Проведено  сравнение  различных  параметров  внетропических  циклонов  с  
использованием разных данных реанализа (NCEP/NCAR, ERA-40, ERA-INTERIM) 
и  методов  идентификации  синоптических  вихрей.  Выявлены  количественные 
различия  характеристик  внетропических  циклонов  Северного  полушария – их 
числа,  размеров,  интенсивности  и  времени  жизни,  связанные  с  временным  и 
пространственным 
разрешением 
анализируемых 
данных 
и 
методами 
идентификации, а также с орографическими эффектами.  
2.  Получено,  что  кумулятивные  распределения  количества  циклонов  и 
антициклонов  в  зависимости  от  их  интенсивности  и  площади  имеют 
 18

экспоненциальный  вид  как  по  данным  реанализа,  так  и  по  модельным  расчетам. 
При  этом  для  экстремальных  циклонов  их  повторяемость  уменьшается  быстрее 
экспоненты,  а  для  экстремальных  антициклонов – наоборот – медленнее 
экспоненты. 
3.  Сделаны  оценки  чувствительности  количества,  размеров,  интенсивности  и 
плотности  упаковки  внетропических  циклонов  к  изменению  температурного 
режима  на  основе 60-летних  данных  реанализа.  В  целом  для  внетропических 
широт  СП  по  данным  реанализа  отмечено  уменьшение  общего  количества 
внетропических  циклонов  и  плотности  их  упаковки  с  ростом  приповерхностной 
температуры.  
4.   На  основе  сравнительно  простой  модели  сделаны  оценки    чувствительности 
количества,  размеров  и  плотности  упаковки  внетропических  циклонов  к 
изменению  температурного  режима  в  тропосфере  в  сопоставлении  с  данными 
реанализа. Отмечено общее согласие модельных оценок с полученными на основе 
данных реанализа. 
5.  Оценено  влияние  меридионального  и  вертикального  градиента  температуры  в 
тропосфере на изменение количества и размеров внетропических циклонов по 60-
летним  данным  реанализа  в  сопоставлении  с  оценками  на  основе  сравнительно 
простой  модели.  Получено,  что  относительное  влияние  вертикального  градиента 
температуры в тропосфере и меридионального градиента температуры различается 
для разных широтных зон СП.  
6.   Наряду  со  значимым  уменьшением  количества  внетропических  циклонов  при 
возможных антропогенных изменениях в XXI веке анализ функций распределения 
количества  циклонов  в  зависимости  от  их  интенсивности  по  расчетам  с 
климатическими  моделями  общей  циркуляции  выявил  увеличение  количества 
экстремальных циклонов, в частности зимой над Евро-Атлантическим регионом. 
 
По теме диссертации опубликованы следующие работы:  
 19

1. 
Акперов  М.Г.,  Мохов  И.И.  Оценки  чувствительности  циклонической 
активности  в  тропосфере  внетропических  широт  к  изменению  температурного 
режима // Изв. РАН. ФАО. 2012. Т.48. (в печати). 
2. 
Akperov M.G., Mokhov I.I. Estimation of tendencies of change for different 
characteristics of extratropical cyclones and anticyclones in the Northern Hemisphere // 
EGU General Assembly, Vienna, Austria. 2011. Geoph. Res. Abstracts. V. 13. 
EGU2011-1688. 
3. 
Mokhov I.I., Akperov M.G., Vetrova A.A. Russian heat wave and blockings 
activity changes // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. 
Cote. WMO/TD-No. 1578. 2011. P.7-13.  
4. 
Akperov M.G., Mokhov I.I. Comparison of extratropical cyclones characteristics 
obtained from different reanalyses by three methods // EGU General Assembly, Vienna, 
Austria. 2010. Geoph. Res. Abstracts. V. 12. EGU2010-1722. 
5. 
Акперов  М.Г.,  Мохов  И.И.  Сравнительный  анализ  методов  идентификации 
внетропических циклонов // Изв. РАН. ФАО. 2010. Т.46. № 5. C.620-637. 
6. 
Мохов И.И., Чернокульский А.В., Акперов М.Г., Дюфрен Ж.-Л., Ле Трет Э. 
Изменения  характеристик  циклонической  активности  и  облачности  в  атмосфере 
внетропических  широт  северного  полушария  по  модельным  расчетам  в 
сопоставлении с данными реанализа и спутниковыми данными // ДАН. 2009. Т.424. 
№ 3. C.393-397. 
7. 
Mokhov I.I., Akperov M.G., Dufresne J.-L., Le Treut H. Cyclonic activity and its 
total action over extratropical latitudes in Northern Hemisphere from model simulations 
// Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-
No. 2009. P.07.9-07.10.  
8. 
Акперов  М.Г.  Особенности  изменчивости  глобальных  полей  давления  по 
данным NCEP/NCAR реанализа // XII междунар.  конф.  молодых  ученых. “Состав 
атмосферы.  Атмосферное  электричество.  Климатические  процессы”.  Борок. 2008. 
С.17. 
 20

9. 
Акперов  М.Г.,  Бардин  М.Ю.,  Володин  Е.М.,  Голицын  Г.С.,  Мохов  И.И. 
Функции  распределения  вероятностей  циклонов  и  антициклонов  по  данным 
реанализа и модели климата ИВМ РАН // Изв. РАН. ФАО. 2007. T.43. № 6. С.764-
772.  
10.  Голицын  Г.С.,  Мохов  И.И.,  Акперов  М.Г.,  Бардин  М.Ю.  Функции 
распределения вероятности для циклонов и антициклонов в период 1952-2000 гг.: 
инструмент для определения изменений глобального климата // ДАН. 2007. Т.413. 
№ 2. C.254-256.  
11.  Голицын  Г.С.,  Мохов  И.И.,  Акперов  М.Г.,  Бардин  М.Ю.,  Володин  Е.М. 
Оценки  гидрометеорологических  рисков  и  функций  распределения  вероятности 
атмосферных вихрей по данным реанализа и моделям климата // Проблемы анализа 
риска. 2007. Т.4. № 1. С.27-37. 
12.  Akperov M.G. Tropospheric lapse rate and its relation to surface temperature for 
warm and cold seasons from reanalysis data // Research Activities in Atmospheric and 
Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-No. 1397. 2007. P.02.01-02.02.  
13.  Мохов  И.И.,  Акперов  М.Г.,  Лагун  В.Е.,  Луценко  Э.И.  Интенсивные 
арктические мезоциклоны // Изв. РАН. ФАО. 2007. Т.43. № 3. C.291-297.  
14.  Mokhov I.I., Akperov M.G., Chernokulsky A.V., Dufresne J.-L., Le Treut H. 
Comparison of cloudiness and cyclonic activity changes over extratropical latitudes in 
Northern Hemisphere from model simulations and from satellite and reanalysis data // 
Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Ed. by J. Cote. WMO/TD-
No.1397. 2007. P.07.15-07.16.  
15.  Мохов  И.И.,  Акперов  М.Г.  Вертикальный  температурный  градиент  в 
тропосфере и его связь с приповерхностной температурой по данным реанализа // 
Изв. РАН. ФАО. 2006. Т.42. № 4. C.467-475.  
16.  Мохов И.И., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Хон В.Ч., Акперов М.Г., Аржанов 
М.М.,  Карпенко  А.А.,  Тихонов  В.А.,  Чернокульский  А.В.,  Сигаева  Е.В.. 
Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА 
 21

РАН // ДАН. 2005. Т.402. № 2. С 243-247.  
17.  Mokhov I.I., Akperov M.G. Intense Arctic and Antarctic mesocyclones (polar 
lows) and their variability // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. 
Ed. by J. Cote. WMO/TD-No.1161. 2003. P.02.09-02.10. 
 22

Document Outline

  • titul_1
  • Autoref_120112_1


Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница