Содержание к диссертации
Введение
1. Муссонная циркуляция и энюк в индийском и тихом океанах 9
1.1. Эль Ниньо - Южное Колебание. Основные характеристики теплой и холодной фазы 9
1.2. Межгодовая изменчивость муссонной циркуляции и ЭНЮК 13
1.3. Овзаимодействии муссонной циркуляции и ЭНЮК 20
1.4. О межгодовой изменчивости крупномасштабного влагообмена в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов 27
2. Данные и методы исследования 38
2.1. Реанализ NCEP/NCAR и использованные данные архива 38
2.2. Методы вычисления характеристик влагообмена атмосферы 41
2.3. Классификация наблюдений в зависимости от интенсивности муссонной циркуляции и фазы ЭНЮК 44
2.4. О расчете аномалий исследуемых параметров 56
3. Средний годовой цикл развития аномалий в регионе исследования в сухие и влажные годы 61
3.1. Композитные аномалии конвекции и осадков 61
3.2. Аномалии крупномасштабной циркуляции 67
3.3. Содержание водяного парав атмосфере 75
3.4. Зональный перенос влаги и его аномалии 79
3.5. Меридиональный перенос влаги 83
3.6. Крупномасштабная конвергенция потока водяного пара 87
3.7. Вертикальная структура аномалий в атмосфере экваториального региона в течение годового цикла 91
3.8. О роли крупномасштабного влагообмена в развитии климатических аномалий в тропическом регионе 95
4. Сравнение крупномасштабной циркуляции и крупномасштабного влагооборота в 1987, 1994 и 1997 гг. 103
4.1. Аномалии температуры поверхности океана 103
4.2. Аномалии крупномасштабной циркуляции 106
4.3. Аномалии конвекции и осадков 114
4.4. Крупномасштабный влагообмен в летний сезон 119
4.5. Годовой цикл составляющих крупномасштабного влагообмена 133
4.6. Вертикальная структура аномалий в атмосфере экваториального регионав 1994и 1997 гг 137
4.7. Общие особенности и основные различия крупномасштабной циркуляции и крупномасштабного влагообмена в 1987, 1994 и 1997гг. 142
Выводы 147
Заключение 152
- Межгодовая изменчивость муссонной циркуляции и ЭНЮК
- Классификация наблюдений в зависимости от интенсивности муссонной циркуляции и фазы ЭНЮК
- Аномалии крупномасштабной циркуляции
- Крупномасштабный влагообмен в летний сезон
Введение к работе
Актуальность. Проблема изучения межгодовой климатической изменчивости и глобальных климатических аномалий, метеорологические последствия которых сказываются на условиях погоды всего земного шара, является актуальной и важной как для усовершенствования долгосрочных прогнозов погоды, так и для использования в моделях экономического и социального развития современного общества. Наиболее яркий пример глобальных климатических аномалий - явление Эль Ниньо - Южное Колебание (ЭНЮК) в системе океан - атмосфера. Исследования отклика на ЭНЮК показывают, что наиболее значительные аномалии осадков, температуры воздуха и поверхности океана, траекторий циклонов наблюдаются в тропической зоне, однако, влияние ЭНЮК прослеживается и в более высоких широтах. В исследованиях природы ЭНЮК наибольший интерес представляет изучение факторов, определяющих переход от одной фазы ЭНЮК к другой (от теплой к холодной, и наоборот). Непосредственной причиной развития аномалий ТПО в центральной экваториальной части Тихого океана, согласно многочисленным исследованиям, является динамический дисбаланс между полем приземного ветра и положением термоклина в океане. Однако, развитие этого аномального явления происходит не изолировано, а тесно связано с процессами вне данного региона, и прежде всего, с муссонной циркуляцией в Индийском и западной части Тихого океана. Взаимодействие между муссонной циркуляцией и ЭНЮК неоднозначно, до сих пор связь между Азиатским муссоном и ЭНЮК недостаточно ясна. Не случайно исследование связи между этими основными составляющими тропической циркуляции является одной из основных задач современной международной программы изучения изменения климата CLIVAR (Climat Variability).
В ряде зарубежных работ (Мила [121, 122], Ясунари [209, 210], Лау и Янга [НО]) выдвинута гипотеза о ведущей роли годового цикла смещения максимума конвекции из одного полушария в другое, обусловленное годовым циклом смещения максимума солнечной радиации, в обеспечении взаимодействия между муссонной циркуляцией в бассейне Индийского океана и ЭНЮК в Тихом океане.
Согласно этой гипотезе, интенсивность летнего индийского муссона, летнего максимума конвекции и осадков, определяет аномалии в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов в течение года. Согласно указанной концепции, в годы ослабления относительно нормы летних осадков над Индией в соответствии с годовым смещением вслед за ослабленным летним максимумом конвекции и осадков
наблюдается ослабление и осеннего, и зимнего максимума, и тенденция к развитию положительных аномалий температуры поверхности океана (ТПО) в центральной части Тихого океана. В годы усиления летних осадков над Индией - усиление и осеннего, и зимнего сезонного максимума конвекции и развитие холодных аномалий ТПО.
Максимум конвекции, проявляющийся интенсивными осадками, в тропиках генетически связан с Внутритропической Зоной Конвергенции (ВЗК). Согласно определению, ВЗК - это область сходимости влажных потоков в нижнем слое атмосферы. Можно предположить, что аномалии сезонного максимума конвекции и осадков в течение годового цикла в регионе исследования в значительной степени определяются аномалиями крупномасштабного влагообмена в нижнем слое атмосферы.
Известно, что в тропическом регионе конденсация водяного пара в районах осадков является основным источником тепла в атмосфере. Аномалии в поле источников и стоков тепла в тропическом регионе приводят к развитию аномалий крупномасштабной циркуляции атмосферы.
Цель работы - качественное и количественное описание особенностей годового цикла развития аномалий климатической системы океан-атмосфера в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов и роли крупномасштабного влагообмена в этом развитии.
Основные задачи исследования :
1. Выделить так называемые "сухие" и "влажные" годы, наблюдавшиеся за
период исследования с 1950 по 1999 гг. и отличившиеся, с одной стороны,
ослаблением и усилением интенсивности максимума конвекции в летний сезон
(северного полушария), а с другой, развитием, соответственно, теплой и холодной
фазы ЭНЮК в последующие осенние и зимние месяцы. >
Проанализировать особенности изменения горизонтальной структуры аномалий различных составляющих климатической системы океан-атмосфера, в том числе параметров крупномасштабного влагообмена, в тропическом регионе Индийского и западной части Тихого океана в течение годового цикла отдельно для выбранных сухих и влажных лет на основе композиционных аномалий.
Показать особенности изменения вертикальной структуры аномалий зональной составляющей скорости ветра, удельной влажности и потенциальной температуры воздуха в экваториальном регионе Индийского и Тихого океанов в течение сухих и влажных лет.
4. На основе анализа горизонтальной и вертикальной структуры аномалий
построить схему (сценарий) годового цикла развития аномалий климатической
системы для сухих и влажных лет в исследуемом регионе и выделить в этой схеме
роль крупномасштабного влагообмена.
5. Выделить годы с развитием теплой фазы ЭНЮК в осенние и зимние месяцы,
но существенно отличающихся интенсивностью максимума конвекции в
предшествующий летний период (с нормальной интенсивностью, ослабленной и
повышенной относительно нормы). Показать особенности эволюции горизонтальной и
вертикальной структуры аномалий климатической системы в течение этих
экстремальных лет.
На защиту выносятся:
оценки пространственного горизонтального распределения аномалий развития климатической системы океан-атмосфера, в том числе параметров крупномасштабного влагооборота, в течение годового цикла в выбранные так называемые "сухие" и "влажные" годы, отличившиеся, соответственно, развитием теплой и холодной фазы ЭНЮК в осенние и зимние месяцы;
основные особенности изменения вертикальной структуры зональной составляющей скорости ветра, удельной влажности и потенциальной температуры воздуха в тропосфере экваториального региона в сухие и влажные годы;
результаты сравнения изменений пространственной горизонтальной и вертикальной структуры аномалий различных составляющих климатической системы в течение 1987, 1994 и 1997 гг. с развитием теплой фазы ЭНЮК в осенние и последующие зимние месяцы (северного полушария), но существенно отличающиеся интенсивностью максимума конвекции в предшествующий летний период.
Научная новизна выполненной работы состоит в том, что впервые получены оценки аномалий параметров крупномасштабного влагообмена в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов для календарных сезонов сухих и влажных лет, отличившихся и значительными аномалиями летней муссоннои циркуляции в Индийском океане, и развитием ЭНЮК в Тихом океане, за период с 1950 по 1999 гг.
Впервые сценарий развития аномалий в течение годового цикла представлен для целого комплекса параметров климатической системы океан - атмосфера, как в
горизонтальном, так и вертикальном сечении для всего слоя тропосферы в экваториальном регионе Индийского и Тихого океанов.
Впервые на основе эмпирических данных продемонстрирована активная роль крупномасштабного влагообмена в развитии аномалий климатической системы океан-атмосфера в течение годового цикла в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов.
Впервые на основе сравнения отдельных экстремальных лет продемонстрировано взаимодействие и взаимовлияние аномалий крупномасштабной циркуляции в экваториальном регионе Индийского океана и аномалий зональной циркуляции в Тихом океане.
Практическая значимость. Полученные эмпирические оценки аномалий крупномасштабной циркуляции и крупномасштабного влагообмена в тропическом регионе могут быть использованы для дальнейшего усовершенствования моделей обработки оперативных данных и прогноза изменения климата.
Использованные соискателем методы обработки данных реанализа способствуют практическому внедрению современных информационных технологий (ГИС, WEB — ресурсов, ON-LINE баз данных) в исследования крупномасштабных процессов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.
В первой главе представлен анализ современных исследований, посвященных проблеме взаимосвязи муссонной циркуляции в тропическом регионе Индийского и западной части Тихого океана с развитием теплых и холодных фаз ЭНЮК и роли крупномасштабного влагообмена в этой взаимосвязи.
Во второй главе дано общее описание реанализа NCAR/NCEP США (база входных данных, модель ассимиляции, структура выходного модуля) и данных реанализа, использованных в работе. Представлены критерии отбора лет для формирования выборок сухих и влажных лет, методика вычисления характеристик влагообмена и анализа данных.
В третьей главе представлены результаты анализа горизонтального распределения композиционных аномалий, полученных для различных календарных сезонов выбранных сухих и влажных лет для параметров крупномасштабного влагообмена (количества осажденной воды, зональной и меридиональной составляющих результирующего переноса влаги и влажной дивергенции в нижнем
слое тропосферы), а также уходящей длинноволновой радиации на верхней границе атмосферы, как основного индикатора интенсивности конвекции в тропическом регионе, динамических характеристик крупномасштабной циркуляции и температуры поверхности океана. Представлены оценки вертикального распределения аномалий (долгота, высота) удельной влажности, зональной скорости ветра и потенциальной температуры в экваториальной зоне.
В четвертой главе показаны особенности эволюции горизонтальной и вертикальной структуры аномалий различных составляющих климатической системы в регионе исследования в отдельные экстремальные годы. Для сравнения были выбраны 1987 г., отличившийся экстремальным дефицитом осадков над Индией в период летнего муссона, 1994 г. с экстремально интенсивными осадками, и 1997 г. с количеством осадков около нормы. Несмотря на существенное различие в интенсивности летнего максимума конвекции, в эти годы в последующие осенние и зимние месяцы наблюдалась теплая фаза ЭНЮК.
Общий объем работы составляет 169 страниц, 4 таблицы и 36 рисунков. Список литературы состоит из 212 наименований.
Межгодовая изменчивость муссонной циркуляции и ЭНЮК
Согласно исследованиям Барнета, Верма, Ропелевски,Торенса и др. [43, 44, 121, 122, 154, 156, 176, 197], в межгодовой изменчивости климатической системы океан -атмосфера в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов основными являются две моды - квази-двухгодичная изменчивость, связанная с тропическим двухгодичным колебанием и низкочастотная изменчивость от 4 до 6 лет. Эти две моды обнаружены в широком спектре параметров, включающих осадки, приземное давление, приземный ветер, температуру поверхности океана. Низкочастотная изменчивость, с периодом в 4-6 лет, явно выражена только в экваториальном регионе Тихого океана, основном районе ЭНЮК, что подтверждают исследования межгодовой изменчивости основных индексов ЭНЮК, в том числе, ТПО в районе Эль-Ниньо-3 и зональной составляющей ветра на поверхности 850 гПа в западной части Тихого океана [154,197]. В тропическом регионе Индийского океана в исследованиях Торенса [177], Тренберта [178], Барнета [43, 44], Харрисона [85], Мила [121, 122], Киладиза и ван Луна [98], Ропелевски, [156], в межгодовой изменчивости приземных параметров в качестве основной выделена двухгодичная изменчивость. Выявив по станционным данным двухгодичную изменчивость в поле приземного ветра, давления и осадков, Барнет показал, что двухгодичная изменчивость в регионе Индийского и Тихого океанов связана между собой, смещаясь с запада, из региона Индийского океана, на восток, в регион Тихого океана, район развития ЭНКЖ, что послужило основанием автору исследования выдвинуть гипотезу о том, что Индийский океан играет фундаментальную роль в развитии ЭНЮК.
Если двухгодичная изменчивость приземного ветра, согласно исследованиям Барнета, Мила, Киладиза [43, 44, 98, 121, 122], относительно сильна как в Индийском, так и в западной части Тихого океана, то двухгодичная изменчивость ТПО значительна только в западной части Тихого океана. Это означает, что двухгодичный временной масштаб изменчивости может быть следствием взаимодействия между океаном и атмосферой над обоими океанами. Связь между бассейнами океанов может быть выражена в виде крупномасштабной конвекции над островами Индонезийского арх-га, Филиппинами и Новой Гвинеей. В исследовании количества осадков, проведенного Ропелевски и Халпертом по данным с 1945 г. для Индонезии и Новой Гвинеи [153], двухгодичная составляющая выражена довольно сильно, особенно для периода с июля по ноябрь. Однако, несмотря на то, что двухгодичная изменчивость приземного зонального ветра и осадков над Индонезией физически дополняют друг друга, полного объяснения, почему эта изменчивость имеет двухгодичный масштаб, до сих пор не найдено. В развитии двухгодичной изменчивости приземных параметров в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов Барнетт, Мил, Киладиз, ван Лун, Лау, Шен, Моханти и др. [43, 44, 98, 109, 121, 122, 126], в качестве фундаментальной выделяют роль годового цикла. Известно, что основными системами циркуляции в тропической зоне являются муссонная и пассатная. Именно взаимодействие муссонной и пассатной ветровых систем определяет адвекцию потоков влаги и положение внутритропических зон конвергенции, от которых зависит количество влаги, выпадающей в муссонных регионах. Барнетт [43, 44] в своих исследованиях показал, что эти две ветровые системы в приземном слое атмосферы связаны во всем тропическом поясе от Африки до берегов Южной Америки. Эта связь определяется годовым циклом и более всего выражена к западу от линии смены дат. Барнетом на примере одного экстремального явления ЭНЮК 1982-83гг. было показано, что аномалии в поле приземного давления имеют волновой характер и проявляются сначала в Индийском океане в июне-августе, а затем в декабре-феврале медленно продвигаются на восток до Южной Америки. Подобная картина отмечена и в поле приземного ветра (в виде западных зональных аномалий в районе Индонезии) и осадков. Барнетт выдвинул гипотезу, что обнаруженная им экваториальная волна в приземном поле ветра может быть крупномасштабным сигналом, который формирует волну Кельвина. Механизмом, который двигает эту волну может быть скрытое тепло, которое выделяется в атмосферу в областях аномальных осадков, двигающихся вместе с областями аномалий приземного ветра.
Согласно гипотезе Мила [121, 122], индийский муссон более тесно связан с Тропическим Тропосферным Двухгодичным Колебанием, чем с ЭНЮК, то есть, чередование лет интенсивного и ослабленного индийского муссона, по существу, есть проявление Тропического Двухгодичного Колебания. Анализ, проведенный Милом [121, 122] по станционным данным, показал, что пространственное распределение композитных аномалий в приземных полях давления, ветра, осадков, температуры поверхности океана в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов, рассчитанных для сухих и влажных лет индийского муссона, с учетом развития теплой и холодной фазы ЭНЮК, совпадает с пространственным распределением аномалий в сухие и влажные годы индийского муссона, выбранные без учета развития фаз ЭНЮК, однако интенсивность аномалий в первом случае оказалась значительно сильнее, чем во втором (рис. 1). На основании полученных результатов автор предложил модель двухгодичной изменчивости климатической системы, в основе которой лежит годовой цикл смещения максимума конвекции и динамическое взаимодействие между океаном и атмосферой, учитывающее физический механизм накопления, потери и сохранения тепла океаном. Согласно модели Мила, интенсивность сезонного максимума конвекции при его продвижении из региона Юго-Восточной Азии в район Австралии и Южно-Тихоокеанской Зоны Конвергенции определяется локальными аномалиями ТПО. Автором предложен механизм влияния аномалий ТПО на интенсивность максимума конвекции, согласно которому, в год с положительными аномалиями ТПО, теплые воды связаны с сильным испарением и значительной влажной конвергенцией в нижних слоях атмосферы, а следовательно, с сильно развитой конвекцией. В результате сильной конвекции происходит усиление ветра в приземном слое атмосферы, что способствует потере тепла верхним слоем океана и его охлаждению. К концу сезона конвекция смещается из района и на ее месте остаются более холодные воды, которые таковыми остаются до следующего года. Через год в этом районе благодаря пониженным температурам поверхности океана отмечаются пониженные испарение, конвекция и влажная конвергенция, что препятствует развитию сильных
ветров в приземном слое атмосферы и способствует в конечном итоге нагреванию верхнего слоя океана. Таким образом, согласно гипотезе Мила, пониженное приземное давление, интенсивные осадки и положительные аномалии ТПО во многих случаях связаны с сезонным приходом в конкретный район региона максимума конвекции, интенсивность которого год от года меняется по механизму, описанному выше, имеющему, фактически, двухгодичный цикл. Как, подчеркивает автор, пульсации продолжаются бесконечно, и этот непрерывный процесс характеризуется то одной модой, то другой, а экстремумы этого колебания совпадают с теплой и холодной фазой ЭНЮК. Следует отметить, что в модели Мила основное внимание уделено роли океана в годовом цикле смещения максимума конвекции и развитии двухгодичной изменчивости в системе океан-атмосфера.
Классификация наблюдений в зависимости от интенсивности муссонной циркуляции и фазы ЭНЮК
Настоящее исследование основано на концепции о ведущей роли годового цикла максимума конвекции в развитии аномалий климатической системы океан -атмосфера в тропическом регионе Индийского и Тихого океанов. Годовой цикл максимума конвекции имеет четкий сезонный ход. В соответствии с годовым смещением солнечной инсоляции летний максимум конвекции и осадков наблюдается над Индией, осенний - над Индонезией, зимний — над Северной Австралией, весенний - над Тихим океаном. Согласно указанной концепции, в годы ослабления относительно нормы летних осадков над Индией (в период северного лета), в соответствии с годовым смещением, вслед за ослабленным летним максимумом конвекции и осадков наблюдается ослабление максимума конвекции в последующие осенний и зимний сезоны и тенденция к развитию положительных аномалий ТПО в центральной части Тихого океана, то есть, теплой фазы ЭНЮК. В годы усиления летних осадков над Индией, соответственно, усиление и осеннего, и зимнего сезонных максимумов конвекции и развитие холодных аномалий ТПО или холодной фазы ЭНЮК. Аномалии крупномасштабного влагооборота неразрывно связаны с аномалиями в положении и интенсивности сезонного максимума конвекции. Поэтому, для исследования годового цикла крупномасштабного влагооборота и его влияния на развитие крупномасштабных аномалий в экстремальные годы целесообразно выбрать календарный год и календарные сезоны. Для каждого календарного года (0) в ряду наблюдений с декабря 1950 по февраль 1999 гг., была проведена оценка интенсивности летнего максимума конвекции, а также фазы развития ЭНЮК в конце годового цикла, то есть в последующие осенний (0) и зимний сезон (+1). А затем сформированы две выборки лет — сухих лет, отличившихся дефицитом летнего максимума конвекции и развитием теплой фазы ЭНЮК в последующие за летним сезоном месяцы, и влажных, с повышенным летним максимумом конвекции и развитием холодной фазы ЭНЮК в последующие месяцы.
Классификация годовых циклов в зависимости от интенсивности муссонной циркуляции. Вопрос о выборе основного критерия интенсивности муссонной циркуляции в период летнего Индийского муссона (летнего максимума конвекции) является важнейшим в исследовании взаимодействия между летним Азиатским муссонном и ЭНЮК, и этой проблеме уделяется значительное внимание в научных исследованиях [78, 187]. Традиционным критерием интенсивности летней муссонной циркуляции над Азией является индекс общего количества осадков над Индией за летний муссонный сезон, с июня по сентябрь, в английской краткой транскрипции - AIRI, который базируется на средне - взвешенном по площади среднем количестве осадков по данным 306 репрезентативных станций по всему полуострову Индостан. Этот индекс широко используется в исследованиях взаимодействия летнего индийского муссона и ЭНЮК [97,138,140,174]. Вебстером и Янгом [193] был предложен циркуляционный индекс интенсивности муссонной циркуляции (WYI), охватывающий более широкий регион Южной Азии, и представляющий значение сдвига между зональной скоростью ветра на поверхностях 850 и 200 гПа, осредненное в регионе с координатами (экватор — 20 град, с.ш., 40 - 110 град. в.д.). Сравнения индексов АШ.І и WYI, проведенное в работах [78, 187], показывает, что они часто дают противоположные оценки интенсивности муссонной циркуляции для одного и того же года. Кроме того, индекс Вебстера и Янга, в отличие от АШІ, более отражает аномалии конвекции в западной части Тихого океана. То есть, по существу, эти два индекса отражают развитие муссонной циркуляции в двух различных регионах, и поэтому между ними наблюдается слабая корреляционная связь.
Госвами с соав.[78], учитывая слабую взаимосвязь между индексами AIRI и WYI, предложили рассчитывать индекс интенсивности летней муссонной циркуляции над Южной Азией на основе аномалий осадков, но в более широком регионе по сравнению с п-вом Индостан, охватывающим также северную часть Бенгальского залива и южный район Китая (10 -30 град с.ш., 70 -ПО град в. д.). Ванг и Фан [187], анализируя аномалии уходящей длинноволновой радиации на верхней границе атмосферы, средние за летний муссонный сезон с июня по сентябрь, выделили два ключевых района минимальных значений, то есть два района максимума конвекции, и для лучшего отражения региональной муссонной циркуляции предложили рассчитывать два региональных индекса интенсивности муссонной конвекции. Первый индекс, отражающий интенсивность летнего индийского муссона, рассчитывается в регионе над п-овом Индостан и северной частью Бенгальского залива (Ш - 25 с. ш., 70 - 100 в. д.). Второй рассчитывается в регионе Филиппин (10 -20 с. ш., 115 -140 в. д.) и отражает интенсивность юго-восточного азиатского муссона. Оба индекса рассчитываются как средние значения аномалий уходящей длинноволновой радиации на верхней границе атмосферы за летний муссонный сезон с июня по сентябрь. Авторами было подчеркнуто, что коэффициент корреляции между среднемесячными аномалиями уходящей длинноволновой радиации на верхней границе атмосферы и аномалиями осадков над п-овом Индостан достаточно высок (от 0.5 до 0.7), а в тропическом регионе Индийского и западной части Тихого океана превышает 0.7. Это означает, что для измерения аномалий интенсивности муссонной циркуляции можно использовать и осадки, и значения уходящей длинноволновой радиации. В настоящей работе для характеристики интенсивности летнего максимума конвекции использованы отклонения AIRI, полученные Таплиялом [174] за период наблюдений с 1950 по 1998 гг. (табл. 1).
Аномалии крупномасштабной циркуляции
Анализ среднесезонных величин и аномалий функции тока (рис. 4 и 5) позволяет определить аномалии в положении и интенсивности основных центров действия атмосферы, проанализировать изменения направления основных горизонтальных потоков в тропосфере. Следует отметить, что положительные аномалии функции тока означают в северном полушарии усиление антициклонической (ослабление циклонической) циркуляции, в южном - усиление циклонической циркуляции (ослабление циклонической), отрицательные аномалии, наоборот, в северном полушарии - усиление циклонической (ослабление антициклонической), в южном - усиление антициклонической циркуляции (ослабление циклонической). Сухие годы. В зимние сезоны, в верхней атмосфере тропического региона к северу от экватора формируется обширная область антициклонических аномалий, которая распространяется над Юго-Восточной Азией, западным и центральным регионом Тихого океана. Усиление антициклонических аномалий циркуляции наблюдается также и над регионом Австралии и прилегающей акваторией Индийского и западной части Тихого океана в Южном полушарии. В весенние месяцы антициклонические аномалии циркуляции в северном полушарии ослабляются, а в южном полушарии усиливаются, особенно в западной части Тихого океана. В последующий летний сезон интенсивность антициклонических аномалий в данном регионе возрастает до 10-12 х 10 (м с ), формируется область антициклонических аномалий в западной части Тихого океана к северу от экватора.
Эти области антициклонических аномалий циркуляции обеспечивают развитие в верхней тропосфере экваториальной зоны восточных аномалий зонального переноса. В осенние месяцы наблюдается резкая перестройка в поле аномалий крупномасштабной циркуляции в регионе Индийского океана - в тропических широтах региона и к северу и югу от экватора формируются области циклонических аномалий циркуляции с максимальными значениями аномалий функции тока над Южной Азией, где они достигают 10-12 х 106(м2 с-1). Ослабление антициклонической деятельности в регионе Индийского океана и ее усиление в центральном районе Тихого океана приводит к смещению к востоку зоны восточного переноса и развитию в верхней тропосфере над бассейном Индийского океана западных аномалий крупномасштабного переноса. В последующий зимний сезон сухих лет (+1) области аномалий антициклонической циркуляции в регионе Тихого океана смещаются из центральной части океана к востоку. Влажные годы. Основной особенностью пространственного распределения функции тока в верхней тропосфере в период влажных лет является развитие в весенние и летние месяцы интенсивных антициклонических аномалий в регионе Индийского океана, как к северу, так и к югу от экватора. Это приводит к интенсивному ослаблению циклонической циркуляции в регионе Индийского океана в весенний сезон и экстремальному усилению антициклонической циркуляции в летний период. Максимальные значения аномалий в летний сезон в тропическом регионе к северу от экватора превышают 14 х 106 (м2 с-1), и в тропическом регионе южнее экватора — 16 х 106 (м2 с-1). Развитие антициклонических аномалий циркуляции обеспечивает формирование интенсивных восточных аномалий зонального переноса в регионе Индийского океана. В летний сезон формируются две области циклонических аномалий в районе Тихого океана, восточнее линии смены дат, с центрами, соответственно, приблизительно на 15 градусе северной и южной широты. Максимальной интенсивности циклонические аномалии в данном районе региона, как к северу, так и к югу от экватора, достигают в осенний период -до 10x10 (м с )к северу от экватора и более 14 х 106 (м 2 с 1) южнее экватора. В регионе же Индийского океана в осенний период наблюдается ослабление интенсивности антициклонических аномалий. Если антициклонический характер аномалий циркуляции в верхней тропосфере в регионе Индийского океана обеспечивает развитие интенсивных восточных аномалий в экваториальной зоне, то циклонические аномалии в Тихом океане - развитие западных аномалий в крупномасштабном переносе. В зимний сезон (+1) области циклонических аномалий в Тихом океане смещаются к востоку, интенсивность аномалий к северу от экватора усиливается, а южнее экватора ослабляется. Значительно усиливаются и антициклонические аномалии в тропических районах бассейна Индийского океана, как к северу, так и к югу от экватора.
В отличие от сухих лет, композитные аномалии в выбранные влажные годы отличаются, прежде всего, более высокой интенсивностью, как над регионом Тихого, так и бассейном Индийского океана. При этом, в весенние и летние месяцы влажных лет максимальные аномалии наблюдаются над бассейном Индийского океана, а в последующий осенний и зимний сезоны — над регионом Тихого океана. В выбранные сухие годы картина пространственного распределения композитных аномалий, характерная для осеннего и последующего зимнего сезона, в основном формируется уже в весенние месяцы. В выбранные сухие годы в весенние и летние месяцы максимальные аномалии циркуляции отмечены в западной и центральной части Тихого океана южнее экватора, в осенний сезон - над бассейном Индийского океана, а в последующий зимний период вновь над Тихим океаном, только к северу от экватора. Следует отметить, что характер развития аномалий крупномасштабной циркуляции, описанный выше для выбранных сухих лет, в основном, совпадает с особенностями развития теплого события, отмеченными в эмпирической модели Гущиной и др. [ 13,14], построенной по данным ЭНКЖ.
Крупномасштабный влагообмен в летний сезон
Основным критерием отбора 1987, 1994 и 1997 гг. являлось существенное различие в интенсивности летней муссонной циркуляции в регионе Южной Азии, которое проявилось, прежде всего, в количестве осадков над Индией в летний период. Чтобы лучше понять причины столь существенных различий, и роль крупномасштабного влагообмена в их формировании, исследованию влагосодержания атмосферы, крупномасштабного переноса водяного пара и крупномасштабной влажной конвергенции в летний сезон следует уделить особое внимание. Влагосодержание атмосферы. В поле аномалий влагосодержания атмосферы (рис. 26) основной общей особенностью, характерной для летних сезонов исследуемых лет, является дипольное распределение аномалий в Тихом океане : зона положительных аномалий в центральном экваториальном районе океана и западной части океана севернее экватора, с одной стороны, и с другой, обширная зона дефицита влагосодержания в регионе Индонезии, Северной Австралии и прилегающих акваторий океанов — восточной экваториальной части Индийского океана и юго-западной части Тихого океана, районе Южно-Тихооекеанской Зоны Конвергенции. Однако, летом 1987 г. эта зона отрицательных аномалий по интенсивности значительно слабее по сравнению с 1994 и 1997 гг. Если летом 1987 г. в южных районах Индонезии значения аномалий не превышают 2 мм, и только в юго-западном районе Тихого океана, районе ЮТЗК, значения аномалий несколько выше, до 4 мм, то летом 1994 г., и особенно 1997 г., на большей части территории региона значения отрицательных аномалий влагосодержания превышают 4 мм, а отдельных районах - даже 6 мм. Существенные различия в пространственном распределении аномалий влагосодержания в летний период наблюдаются над п-овом Индостан и в экваториальном регионе Индийского океана. Летом 1987 г. область отрицательных аномалий влагосодержания наблюдалась на территориии всего п-ова Индостан, а также над прилегающими акваториями Аравийского моря и Бенгальского залива. В летние месяцы 1997 г. над большей частью Индии также распространялась область отрицательных аномалий. Летом же 1994 г. в данном регионе отмечены положительные аномалии влагосодержания с максимальными значениями в северозападных районах Индии и прилегающей северной акватории Аравийского моря, что более характерно для интенсивного муссона и холодной фазы ЭНЮК воды в столбе атмосферы в кг/м2 для различных календарных сезонов 1987 г. (а, г, ж, к, н), 1994 г. (б, д, з, л, о), 1997 г. (в, е, и, м, п). В 1994 и 1997 гг., в отличие от 1987 г., в западном экваториальном районе Индийского океана и прилегающей территории Восточной Африки формируется область довольно интенсивных положительных аномалий влагосодержания атмосферы, тогда как в восточной экваториальной части Индийского океана южнее экватора у берегов Суматры расположена зона интенсивного дефицита содержания влаги в атмосфере, до -5 мм. Пространственное распределение аномалий интегрального влагосодержания достаточно хорошо совпадает с пространственным рапределением аномалий ТПО в Тихом океане и районе Индонезии. В регионе Индийского океана, в северной его части, при положительных аномалиях ТПО летом 1987 и 1997 гг. наблюдаются отрицательные аномалии влагосодержания атмосферы. Это ослабление влагосодержания совпадает с ослаблением конвекции в данном районе, на что указывают положительные аномалии уходящей длинноволновой радиации на верхней границе атмосферы.
Результирующий перенос водяного пара. Наглядную картину крупномасштабного влагообмена в регионе исследования представляет результирующий перенос водяного пара в столбе атмосферы (рис. 27). Результирующий поток влаги — величина векторная и показывает не только значение переноса, но и его направление. Кроме того, районы сходимости векторов указывают на нахождение зон конвергенции. Сравнение полей результирующего потока влаги, средних за сезон, в исследуемые 1987, 1994 и 1997 гг. между собой, а также с многолетними значениями за период 1982-1994 гг. показывает следующее. В летний период 1987 г. при небольшом усилении результирующего переноса влаги относительно многолетних значений в центральной части Аравийского моря, наблюдалось ослабление юго-западного потока влаги, поступающего в северозападную часть п-ова Индостан. Это ослабление сопровождалось ослаблением общего потока влаги, поступающего в системе нижнего струйного течения из Южного полушария, а также ослаблением результирующего переноса водяного пара в район Бенгальского залива с запада. Следует отметить, что экстремальное ослабление юго-западного муссона в 1987 г. наблюдалось в июле, когда значения результирующего потока влаги в центральном и западном районах Аравийского моря более чем на 120 — 150 кг/м-с были ниже многолетних. Отличительной особенностью летнего сезона 1987 г. является значительное усиление, более чем на 100 кг/м-с, результирующего потока влаги над Восточным Китаем, которое сопровождалось усилением восточного пассатного переноса водяного пара с акватории Тихого океана, а также выноса влаги через северный берег Бенгальского залива юго-западным муссонном. Летом 1994 г., в отличие от 1987 г.х наблюдалось экстремальное усиление результирующего потока водяного пара, более чем на 150 кг/м с по сравнению с многолетней нормой, над центральной и западной акваторией Аравийского моря, а также в районе Бенгальского залива, и на 100 — 120 кг/м с по сравнению с многолетними величинами увеличились значения переноса над Юго-Восточной Азией. Мощное усиление западного переноса к северу от экватора сопровождалось значительным усилением юго-восточного переноса влаги южнее экватора и кросс-экваториального потока на западе Индийского океана в системе нижнего струйного течения. Однако, наряду с экстремальным усилением юго-западной ветви муссона, летом 1994 г. наблюдалось экстремальное ослабление восточного, пассатного, переноса влаги с акватории Тихого океана и выноса влаги на север Бенгальского залива.
Юго-западная и тихоокеанская ветвь муссона являются основными в обеспечении влагой Восточной и Юго-Восточной Азии. Существуют разные мнения, какая из этих ветвей играет большую роль в формировании экстремального количества осадков над этим регионом. В эмпирическом исследовании Филипповой [37], на основе анализа крупномасштабного влагообмена в летний сезон 1979 г., отличившегося значительным ослаблением юго-западного муссона, а также ослаблением осадков в центральном Китае, а также в работе Парка [139], на основе анализа причин развития засухи в Восточном Китае летом 1994 г., было высказано предположение, что решающую роль в формировании засух на территории Китая играет ослабление выноса влаги юго-западным, индийским муссонном. А в исследовании Симондса [166], проведенного для двух групп лет, отличившихся, соответственно, интенсивными и ослабленными осадками над Восточной Азией, решающая роль в обеспечении влагой и формировании засух в этом регионе, отдана особенностям крупномасштабной циркуляции, формирующейся в этом регионе, и интенсивности тихоокеанской ветви. Важной особенностью 1994 г. является экстремальное усиление юго-восточного переноса влаги в центральном и восточном экваториальных районах Индийского океана. На многолетних картах, а также на карте 1987 г. в этих районах наблюдаются векторы переменного направления. В 1997 г. в качестве основной особенности в поле результирующего потока водяного пара можно выделить экстремальное продвижение юго-западного переноса влаги на акваторию Тихого океана, что сопровождается смещением в центральный район океана зоны переменных направлений переноса. Важной особенностью является также усиление юго-восточного переноса влаги в восточной части экваториального района Индийского океана. Значения же результирующего переноса водяного пара в других районах региона Индийского океана, в целом за сезон, от многолетней картины практически не отличаются.
