Введение к работе
Актуальность темы. В диссертации рассматриваются связи процессов тропосферы и нижней стратосферы - двух сфер, являющихся частью атмосферы и входящих в географическую оболочку. Исследование тропосферно-страгосферных связей является важным и актуальным направлением современной географии и геофизики. Хотя и очевидно, что процессы, протекающие в тропосфере, непосредственно связаны с изменчивостью погоды и климата, тем не менее пренебрегать стратосферой нельзя. Эксперименты с математическими моделями общей циркуляции указывают на то, что изменения в радиационном бюджете атмосферы, вызванные большими изменениями концентрации озона или углекислого газа, могут существенно влиять на температуру у поверхности.
Исследованием связи динамических процессов тропосферы и стратосферы занимались многие известные отечественные и зарубежные авторы: М.Х.Байдал, В.А.Бугаев, Р.М.Вильфанд, С.С.Гайгеров, А.А.Дмитриев, А.Л.Кац, К.Я.Кондратьев, Д.А.Педь, Х.П.Погосян, Б.И.Сазонов, Д.А.Тарасенко, Б.Н.Трубников, И.А.Щерба, Р.Маргат-ройд, А.О'Нейл, Е.Холопайнен, Дж.Холтон и другие.
Несмотря на большое количество выполненных исследований по проблеме тропосферно-стратосферных связей, актуальность этого вопроса очевидна и сегодня. На протяжении последнего десятилетия база наблюдательных данных о стратосфере значительно расширилась, прежде всего благодаря доступности данных, полученных о помощь» космических спутников. В доспутниковую эпоху информация о стратосферной циркуляции поступала иэ данных радиозондов. Однако до недавнего времени плотность сети радиозондирования была недостаточна для того, чтобы иметь достоверную информацию о поле метеовеличин в стратосфере Северного полушария.
Изучению тропосферно-стратосферных связей в последние годы придается большое значение также вследствие попытки усовершенствования сезонных прогнозов погоды путем учета особенностей стратосферной циркуляции. Известно, что современные синоптические и физико-статистические методы долгосрочных прогнозов погоды, как правило, основываются на учете особенностей изменчивости тропосферной циркуляции. Однако большим неудобством, возникающем при
анализе тропосферных процессов, является их большая как временная, так и пространственная изменчивость, вызванная неоднородностью подстилающей поверхности, в то время как изменчивость стратосферной циркуляции значительно меньше, а масштабы стратосферных процессов значительно больше, чем в тропосфере. Таким образом, стратосферу можно рассматривать как своеобразный фильтр крупномасштабной изменчивости атмосферной циркуляции.
Большое внимание в современной метеорологии уделяется исследованию влияния тропосферных и стратосферных процессов на явления зимних стратосферных потеплений. Интерес исследователей к изучению феномена стратосферного потепления вызван не только научными, но я практическими целями, так как стратосфера является сферой действия различных летательных аппаратов. Многие авторы детально анализировали связь динамических процессов атмосферы и зимних стратосферных потеплений: Т.Х.Геохланян, Х.П.Погосян, Б.И.Сазонов, Л.Р.Ракипова, Л.К.Ефимова, К.Лабицке, Г.вал Лун, М.Макинтайр и другие. Согласно некоторым выполненным исследованиям, стратосферные потепления могут рассматриваться как индикатор некоторых важнейших процессов нижней тропосферы (суровые зимы и васухи, интенсивность летнего индийского муссона).
Чрезвычайную актуальность имеет изучение пространственной и временной изменчивости слоя озона. Согласно исследованиям известных отечественных и зарубежных специалистов (В.И.Бекорюков, А.Н. Груздев, И.Л.Кароль, К.Я.Кондратьев, Б.И.Сазонов, С.А.Ситнов, А. Х.Хргиан, А.М.Шаламянский, Р.Божков, Р.Ватсон, А.Раббе, С.Соломон, Р.Столярски и другие), в настоящее время наблюдается отрицательный тренд общего содержания овона (ОСО) во всех внетропичес-ких широтах Северного полушария. В связи с этим особую значимость имеет исследование влияния атмосферной циркуляции на поле озона над Северной Европой, где в последние годы значительно возросла повторяемость интенсивных "озонных дыр".
Целью диссертации является исследование связи изменчивости циркуляции в тропосфере и нижней стратосфере, а также влияния тропосферных и стратосферных процессов на явления вимних стратосферных потеплений и колебания общего содержания озона.
Цель работы предусматривает выполнение следующих задач:
-
Исследовать временную и пространственную изменчивость геопотенциала изобарических поверхностей (ИЗП) тропосферы и нижней стратосферы, как индикатора изменчивости общей циркуляции атмосферы.
-
Провести анализ тропосферно-стратосферных связей в разные сезоны года в зависимости от географических координат и изучить возможность использования этих связей как предикторов для качественного прогноза приземного давления в некоторых районах Северного полушария.
-
Исследовать связи тропосферных и стратосферных процессов с явлениями зимних стратосферных потеплений.
-
Изучить связь изменчивости зимнего стратосферного циркумполярного вихря (ЦПВ) и колебаний общего содержания озона над Северной Европой.
Методы исследования - физико-статистические и синоптические.
Научная новизна. Впервые выполнена сравнительная оценка временной и пространственной изменчивости тропосферной и стратосферной циркуляции Северного полушария с использованием ежедневных и. среднедекадных данных наблюдений. Выявлены закономерности тропосферно-стратосферных связей в разные сезоны года в аависимости от географических координат. Показано, что данные геопотенциала ИЗП средней тропосферы и нижней стратосферы можно использовать в качестве предиктора для качественного сезонного прогноза приземного давления в некоторых районах Северного полушария. Впервые обнаружено, что оценка связи сильных стратосферных потеплений и фаз квазидвухлетнего цикла (КДЦ) экваториальной стратосферной циркуляции в большой степени зависит от уровня ИЗП, по которому определяется направление экваториальной стратосферной циркуляции. Показано, что в связи сильных стратосферных потеплений в периоды разных фаз КДЦ и 11-летнего цикла солнечной активности не проявляется закономерности. Обнаружена зависимость знака крупных (превышающих среднеквадратическсе отклонение) аномалий озона от фаэы КДЦ и уровня активности 11-летнего солнечного цикла. Показано, что состояние озонного слоя над Северной Европой в вимне-весенний
период связано с параметрами интенсивности циркумполярного вихря.
Практическая значимость. Установленные статистически значимые кросскорреляционные связи аномалий геопотенциала ИЗЇЇ тропосферы и нижней стратосферы, и приземного давления могут быть использованы при составлении сезонных прогнозов погоды для территории России. Главным образом, это относится к связям с временным сдвигом зима -* весна. Предложенный в диссертации количественный способ определения явления сильного стратосферного потепления позволяет устранить субъективность определения этого феномена. Установленная связь между изменчивостью циркумполярного вихря и колебаниями ОСО над Северной Европой в зимне-весенний период может быть испольаована для разработки метода прогноза состояния озонного слоя над этим регионом.
Апробация работы. Основные результаты работы отражены в 10 статьях, а также неоднократно докладывались на семинарах отделов ГГО им. Воейкова. В полном объеме диссертация изложена, обсуждена и одобрена на научном семинаре Кафедры Климатологии Факультета Географии и Геоэкологии СПбГУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, ааключения и списка литературы. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста и содержит 15 рисунков, 15 таблиц и 146 библиографических ссылок.
