РАЗДЕЛ 2. МЕЖГОДОВАЯ И ДЕСЯТИЛЕТНЯЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ В СИСТЕМЕ ОКЕАН-АТМОСФЕРА
2.1. Общая характеристика межгодовых и десятилетних колебаний в системе
океан-атмосфера
Межгодовой масштаб изменчивости в системе океан-атмосфера является к настоящему
времени наиболее изученным. Это объясняется наличием глобальных массивов данных
продолжительностью более 50 лет с хорошим пространственным разрешением, что
позволяет выполнять статистически значимый анализ межгодовых процессов. В то же
время, особенности формирования глобальной и региональной изменчивости в
системе океан-атмосфера десятилетнего масштаба, в отличие от межгодовых
колебаний, изучены недостаточно. Это обусловлено отсутствием длительных рядов
глобальных наблюдений. Для решения такой задачи требуются, как минимум, вековые
массивы данных. Проблема изучения декадной изменчивости в системе
океан-атмосфера является ключевой в крупнейшей международной исследовательской
программе CLIVAR. В качестве другого примера международной активности в этом
направлении следует отметить деятельность Международной Рабочей Группы DECVAR
по изучению и предсказуемости квазидесятилетних процессов в системе
океан-атмосфера. Она действует на протяжении нескольких последних лет под
патронажем американского метеорологического общества.
Начиная еще с исследований Г.Уокера, который в 1920-е годы обнаружил
существенное влияния перемещений воздушных масс в тропической атмосфере на
процессы в других широтах, многими авторами показано, что изменения климата в
средних и высоких широтах океанов и континентов в экваториальной зоне
обусловлены межгодовыми изменениями в связанной системе океан-атмосфера.
При анализе воздействия атмосферных процессов на формирование межгодовых
вариаций в системе океан-атмосфера прежде всего рассматривают основные элементы
атмосферной циркуляции: западный перенос в умеренных широтах, пассаты и
муссоны. Известно, что основные крупномасштабные характеристики западных ветров
наблюдаются на протяжении большей части года. Причем, зимой интенсивность
западного переноса растет, а летом – ослабевает. Вместе с тем, на него
накладываются вариации типа планетарных волн, которые могут формировать
синоптические аномалии. Слабые начальные возмущения могут усиливаться под
влиянием континентов (особенно зимой - за счет наличия снежного покрова, и
летом – из-за сильного прогрева суши). Прямым следствием атмосферного
воздействия на океан является формирование пространственных аномалий
теплозапаса и температуры на его поверхности. Такой результат для Тихого океана
получен в работе [108] путем разложения климатических данных по ЭОФ. Были
выделены устойчиво повторяющиеся особенности поля ТПО Мирового океана и
проанализирована изменчивость в течение нескольких последних десятилетий. В
свою очередь, авторы работы [143] по глобальным данным за 1854-1999 гг.,
используя разложение по ЭОФ, получили распределение температуры на основных
пространственно-временных масштабах, подтвердив тем самым глобальный характер
межгодовой и декадной изменчивости в системе океан-атмосфера. В предыдущем
разделе были проиллюстрированы пространственное распределение первых четырех
таких мод и временная изменчивость соответствующих им высокоамплитудных
сигналов (рис. 1.8 и 1.9). В то же время, выделив указанную изменчивость из
общей совокупности сигналов, эти авторы выявили глобальный атмосферный отклик
на колебания декадного масштаба в Тихом океане. В настоящей работе, как будет
показано ниже, этот масштаб изменчивости был выделен с использованием
глобальных массивов COADS и NCEP/NCAR. Здесь же рассмотрим изменчивость ТПО и
ПАД в Северной Атлантике. Рис. 2.1а демонстрирует пространственное
распределение и временной ход первой моды ТПО, и первую моду ПАД, полученные по
массиву COADS. Обратим внимание на типичную триполь- ную структуру ТПО, которая
обусловлена системой североатлантических
с.ш.
°
°
°
°
°
°
°
°з.д. ° ° ° ° ° ° °
а
Д ТПО, °С
годы
Рис. 2.1. Пространственная структура первой ЭОФ ТПО Северной Атлантики для
января-февраля (20.2% суммарной дисперсии поля) по данным COADS за 1950-1998
гг. (а) и изменчивость ее временного коэффициента (б).
с.ш.
а в.д.
в
Спектральная плотность
ПАД (зима)
ТПО (зима)
ТПО (весна)
Частота
г
Рис. 2.1. Продолжение Пространственная структура первой ЭОФ ПАД Северной
Атлантики (40.5% суммарной дисперсии поля) (в), и спектры временных
коэффициентов первых ЭОФ ТПО (г) (для зимы –пунктир, для весны – тонкая
сплошная линия) и ПАД для зимы (жирная линия), построенные по данным COADS за
1950-1998 гг.
круговоротов. Далее будет показано, что такая структура присутствует и в полях
других характеристик взаимодействия океана и атмосферы в Северной Атлантике.
В тропиках воздействие на океан оказывают пассаты и муссоны, которые также
подвержены межгодовым вариациям. Межгодовые аномалии модулируют экмановскую
адвекцию теплой поверхностной воды, изменяя глубину залегания термоклина и,
соответственно, изменяя локальный теплозапас. Аномалии глубины экваториального
термоклина под действием волн Кельвина быстро распространяются на восток, затем
вдоль берега - по направлению к полюсам, а волны Россби медленно смещают
аномалии с востока в обратном направлении. Действующие в пограничных слоях
океана и атмосферы процессы участвуют в формировании высокоамплитудных аномалий
Т