Изменения характеристик центрально-тихоокеанского и восточно-тихоокеанского Эль-Ниньо в условиях потепления климата (по результатам экспериментов RCP 2.6 и RCP 8.5 проекта CMIP5)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изменения характеристик центрально-тихоокеанского и восточно-тихоокеанского Эль-Ниньо в условиях потепления климата (по результатам экспериментов RCP 2.6 и RCP 8.5 проекта CMIP5)

Т.А. Матвеева, Д.Ю. Гущина

Резюме

УДК 551.50

ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕНТРАЛЬНО-ТИХООКЕАНСКОГО И ВОСТОЧНО-ТИХООКЕАНСКОГО ЭЛЬ-НИНЬО В УСЛОВИЯХ ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРИМЕНТОВ RCP 2.6 И RCP 8.5 ПРОЕКТА CMIP5)

Т.А. Матвеева ¹⁾, Д.Ю. Гущина ¹⁾

¹⁾ Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Географический факультет, Кафедра метеорологии и климатологии, 119991, Москва, Ленинские Горы, ГСП-1, matania.777@gmail.com.

Исследованы изменения характеристик двух типов Эль-Ниньо (восточно-тихоокеанского и центральнотихоокеанского) в будущем климате с использованием данных климатических моделей проекта CMIP5. На первом этапе проведена валидация моделей по данным контрольного эксперимента (с доиндустриальным содержанием углекислого газа). Для последующего анализа выбрано 6 моделей из 23, которые способны разделять два типа Эль-Ниньо, реалистично воспроизводить особенности пространственной структуры аномалий океанологических и метеорологических параметров (температуры поверхности океана, осадков, скорости ветра в нижней и верхней тропосфере, вертикальных движений в средней тропосфере), повторяемость двух типов явлений. По данным выбранных моделей проведена оценка изменения частоты и соотношения двух типов Эль-Ниньо, интенсивности и распределении аномалий в океане и атмосфере при потеплении климата. Проведено сравнение характеристик Эль-Ниньо при различных сценариях потепления климата.

При потеплении климата, соответствующем экстремальному сценарию RCP 8.5, повторяемость восточно-тихоокеанского Эль-Ниньо меняется в моделях незначительно - в некоторых моделях (CNRM-CM5, FIO-ESM и INM-CM4) увеличивается, в модели BNU-ESM уменьшается. Повторяемость центрально-тихоокеанского Эль-Ниньо при потеплении возрастает по оценкам большинства моделей (кроме модели CCSM4). Модели демонстрируют значительный разброс в оценках изменения интенсивности Эль-Ниньо при потеплении: в большинстве моделей Эль-Ниньо двух типов ослабевает, однако для центрально-тихоокеанского Эль-Ниньо ослабление интенсивности выражено меньше, чем для восточно-тихоокеанского. Исключение составляет модель MIROC5, где при потеплении происходит увеличение интенсивности Эль-Ниньо обоих типов. Отклик двух типов Эль-Ниньо на усиление радиационного форсинга различен - аномалии, связанные с центрально-тихоокеанским Эль-Ниньо, усиливаются в ответ на увеличение радиационного форсинга. Интенсивность аномалий при восточно-тихоокеанском Эль-Ниньо не имеет ярко выраженной зависимости от изменения радиационного форсинга.

Ключевые слова. Эль-Ниньо, изменение климата, XXI век, климатические модели, CMIP5.

Summary

CHANGES IN THE CHARACTERISTICS OF THE CENTRAL PACIFIC AND EASTERN PACIFIC EL NIСO UNDER GLOBAL CLIMATE WARMING (RESULTS OF RCP2.6 AND RCP 8.5 SCENARIOS OF CMIP5)

T.A. Matveeva¹⁾, D.Yu. Gushchina¹⁾

¹⁾ Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography, Department of Meteorology & Climatology.119991, Moscow, Leninskiye Gory, GSP-1.

Modifications of Eastern Pacific and Central Pacific El Niсo under future climate are analyzed with CMIP5 climate models. The models' validation is made against the reference data of the experiment with preindustrial concentration of greenhouse gases. Six models of 23 are selected. They are capable to distinguish two types of El Niсo, realistically reproduce the spatial distribution of anomalies in the ocean-atmosphere system (sea surface temperature, precipitation, circulation in the low and upper troposphere, vertical velocity in the middle troposphere), and the return period of El Niсo. Those models are used in the analysis of changes in frequency and proportion between two types of El Niсo, intensity and distribution of the anomalies in the ocean and atmosphere under global climate warming. The characteristics of El Niсo for various scenarios of climate warming are compared. Under climate warming associated with extreme scenario RCP 8.5 the occurrence of Eastern Pacific El Niсo does not change significantly: CNRM-CM5, FIO-ESM and INM-CM4 models show an increase, while BNU-ESM gives a decrease. Most of the models demonstrates increasing frequency of Central Pacific El Niсo in response to climate warming (except for the CCSM4 model). Model assessments of the El Niсo intensity under future climates are rather sparse: most of the models demonstrate El Niсo weakening under climate warming, to a lesser extent for Central Pacific El Niсo. However, MIROC5 shows intensification of both types of El Niсo. Models' sensitivity to radiation forcing is different. Anomalies associated to the Central Pacific El Niсo are enhanced with increasing radiation forcing, while Eastern Pacific El Niсo does not demonstrate any clear trend.

Keywords. El Niсo, climate change, 21^st century, climate models, CMIP5.

Введение

Явление ЭНЮК - ведущая мода естественной межгодовой изменчивости глобального климата. Оно проявляется в крупномасштабной перестройке всей системы тропический океан-атмосфера и определяет аномалии погоды и климата во многих районах мира. Изучение механизмов этого природного феномена является ключом к пониманию и прогнозированию экстремальных погодных явлений, а также расширяет возможности приспособления общества к климатическим флуктуациям.

Эль-Ниньо претерпевает значительные изменения на многолетних временных масштабах. Изменяются и его собственные характеристики, и характер взаимодействия с процессами других временных масштабов. Климат планеты непрерывно изменяется, что сказывается и на состоянии системы тропический океан-атмосфера. Даже за относительно короткий период инструментальных наблюдений в тропиках Тихого океана зафиксировано увеличение температуры воды, которое повлияло на характеристики явления Эль-Ниньо. Эти изменения оказались настолько существенными, что в научном сообществе появилось предположение о существовании новой разновидности явления Эль-Ниньо, характеризующейся аномалиями температуры поверхности океана (АТПО) в центре тропического Тихого океана (Эль-Ниньо Модоки, или центрально-тихоокенаское Эль-Ниньо-ЦТ), в отличие от канонического Эль-Ниньо (или восточно-тихоокеанское Эль-Ниньо-ВТ Эль-Ниньо), развивающегося на востоке (Петросянц и др., 2005; Ashoketal., 2007; Kugetal., 2009). Два типа Эль-Ниньо представляют собой различные режимы состояния системы тропический океан-атмосфера как с точки зрения наблюдающихся аномалий, так и с точки зрения процессов, участвующих в механизме их образования и эволюции. Кроме того, глобальный отклик на ВТ и ЦТ Эль-Ниньо также существенно различается в температуре, осадках (Wengetal., 2009), и в циркуляции атмосферы (Железнова и Гущина, 2015, 2016). В последние десятилетия наблюдается увеличение повторяемости ЦТ Эль-Ниньо. Некоторые исследователи (Cravatteetal., 2009; Yehetal., 2009) связывают это с влиянием глобального потепления. Другие предположения объясняют это естественной изменчивостью (McPhadenetal., 2011; Johnson, 2013) или мультидекадной изменчивостью самого цикла ЭНЮК (An et al., 2008).

При потеплении климата наблюдаются изменения основных параметров Эль-Ниньо: амплитуды, периода, соотношения числа ВТ и ЦТ явлений. (Leeand McPhaden, 2010; Caietal., 2014; Hametal., 2015). Увеличение температуры поверхности океана при потеплении климата происходит повсеместно, однако максимальная скорость потепления отмечается на востоке тропического Тихого океана (Xieetal., 2010; Poweretal., 2013), что приводит к уменьшению зонального и меридионального градиента ТПО в этом районе. Более интенсивное потепление верхних слоёв тропического Тихого океана в восточной части по сравнению с центральной приводит к расширению на восток границы "теплого бассейна" (т.н. Warmpool), что вызывает смещение зон активной крупномасштабной конвекции (вслед за максимумами ТПО) на восток относительно современных условий благодаря нелинейному отклику конвекции на изменение абсолютных значений ТПО (Poweretal., 2013).Последнее может способствовать увеличению амплитуды ЭНЮК (Kimetal., 2011; Watanabeetal. 2012; Poweretal., 2013). С другой стороны, при уменьшении зонального градиента ТПОпроисходит ослабление пассатной циркуляции вдоль экватора в соответствии с Бьеркневской теорией обратных связей (Anet al., 2008; Stevenson, 2012; Xiangetal., 2014) и ослабление экваториального апвеллинга. Заметим, что тенденция ослабления пассатов при потеплении климата не определена однозначно. В недавних исследованиях большое внимание уделялось изменениям циркуляции Уокера в Тихом океане. В работе (Vecchietal., 2007) было показано, что циркуляция Уокера ослабевала в течение XX века, но этот вывод был поставлен под сомнение в некоторых работах (Meng et al., 2012; L`Heureuxetal., 2013), где авторы отмечают усиление ячейки Уокера в последние десятилетия по данным наблюдений. Xuetal. (2017) на основе анализа мультимодельного ансамбля делают вывод об ослаблении при потеплении климата циркуляции в ячейке Уокера, кроме того в той же работе отмечается, что при ЦТ Эль-Ниньо возможно локальное усиление ячейки Хэдли на северо-востоке тропического Тихого океана, что может вызвать усиление нисходящих движений над центральной частью Тихого океана и, соответственно, уменьшение аномалии осадков в этом регионе.

Однако потепление верхнего слоя океана ведет не только к уменьшению наклона термоклина с востока на запад в экваториальном Тихом океане и ослаблению ячейки Уокера, но и к увеличению градиента вертикальной стратификации в тропическом Тихом океане (DiNezioatal., 2009; Vecchietal., 2007). Ослабление циркуляции Уокера и увеличение градиента вертикальной стратификации могут оказывать противоположное воздействие на амплитуду Эль-Ниньо через изменение глубины залегания термоклина (Fedorovand Philander, 2000) и изменение зональной и вертикальной адвекции (Choi et al., 2011). Более слабый апвеллинг, возникающий вследствие ослабления циркуляции Уокера, приводит к ослаблению так как называемой "обратной связи через термоклин" (вертикальная адвекция аномально теплой воды, возникающая при заглублении термоклина в условиях Эль-Ниньо), что вызывает уменьшение амплитуды ЭНЮК. Увеличение зонального подповерхностного градиента температуры, обусловленное увеличением вертикальной стратификации, приводит к усилению "обратной связи через зональную адвекцию" (аномальная зональная адвекция более теплых вод с запада Тихого океана в условиях Эль-Ниньо), что увеличивает амплитуду ЭНЮК (DiNezioeta, 2012). Таким образом, некоторые обратные связи в системе океан-атмосфера, задействованные в механизме ЭНЮК, ослабляются при потеплении климата, а некоторые - усиливаются, что объясняет неоднозначность модельных оценок изменений амплитуды Эль-Ниньо при потеплении климата (Poweretal., 2013; Bellengeretal., 2014; Taschettoetal., 2014).

Кроме ослабления пассатов, уменьшение зональных градиентов ТПО между восточной и центральной частями тропического Тихого океана может привести к ослаблению зональных экваториальных течений, что будет способствовать увеличению пространственного распространения Эль-Ниньо (SenGuptaA. etal., 2012), его повторяемости и амплитуды. Увеличение градиента температуры между океанами и континентами также может привести к изменению интенсивности апвеллинга у берегов Южной Америки (Wangetal, 2015).

Единого мнения о характере и причинах изменения повторяемости Эль-Ниньо в научном сообществе также пока не существует. Однако во многих исследованиях (Caietal., 2014; Johnson, 2014; Hametal., 2015) показано, что повторяемость Эль-Ниньо при глобальном потеплении увеличивается.

Некоторые исследования (Collinsetal., 2010; Choietal., 2011; Caietal., 2015) указывают на изменение среднего состояния системы океан-атмосфера, играющего важную роль в модификации явления Эль-Ниньо при потеплении климата. Высказываются гипотезы о том, что тропический Тихий океан постепенно движется к состоянию перманентного Эль-Ниньо (т.е. Эль-Ниньо будет выступать в качестве среднего состояния системы океан-атмосфера) (Vecchi et al., 2007). Хорошо известно о формировании подобного явления в палеоклиматах, в частности, в Плиоцене (Fedorovetal., 2006, 2013; Wunsch, 2009). Существует также гипотеза о нахождении системы тропический Тихий океан-атмосфера в состоянии "перманентного Эль-Ниньо" в эпоху Эоцена (HuberandCaballero, 2003; Huber, 2008).

Особое внимание ученых уделено проблеме изменения амплитуды Эль-Ниньо с точки зрения возможности возникновения экстремальных явлений при потеплении климата. По оценкам (Lengaigne and Vecchi, 2010; Santoso et al., 2013; Cai et al., 2014, 2015) количество экстремальных Эль-Ниньо за XXI век вырастет почти вдвое, в то время как частота и аплитуда менее интенсивных Эль-Ниньо существенно не изменится. В (Latifetal., 2015), предполагается, что при увеличении концентрации парниковых газов возможно возникновение "Супер Эль-Ниньо". Механизм возникновения "Супер Эль-Ниньо" связан с усилением т.н. "Бьеркнесовской обратной связи", а также с увеличением теплосодержания верхнего слоя океана (Medhaugand Drange, 2016), которое формирует более интенсивный поток тепла с запада на восток в экваториальном Тихом океане.

Модели демонстрируют большой разброс в оценке соотношения двух типов Эль-Ниньо в будущем климате (Bellengeretal., 2014; Taschettoetal., 2014). В (Yehetal., 2009; Leeand McPhaden, 2010) отмечается увеличение повторяемости ЦТ Эль-Ниньо в будущем климате. Напротив, Xuetal. (2017) показывают, что при потеплении значимых изменений ЦТ Эль-Ниньо происходить не будет. По результатам исследования (Xuetal., 2017) делается вывод о тенденции к ослаблению ВТ Эль-Ниньо во второй половине XXI века по сценарию RCP 8.5.В (Caietal., 2014) отмечается рост частоты обоих типов Эль-Ниньо.

В настоящей статье продолжены исследования модификации двух типов Эль-Ниньо при потеплении климата. По сравнению с предыдущими исследованиями расширен комплекс анализируемых характеристик, а именно, проведены оценки изменения распределения и амплитуды не только температуры поверхности океана и осадков, но и атмосферной циркуляции (скорости ветра в нижней и верхней тропосфере, аналога вертикальной скорости в средней тропосфере), являющейся ключевым компонентом механизма ЭНЮК (Bjerknes, 1969; Jinetal., 1998).

В настоящей статье рассматриваются модели, участвовавшие в проекте CMIP5, способные воспроизводить два типа Эль-Ниньо (KimandYu, 2012; Bellengeretal, 2014).

Особое внимание уделено влиянию интенсивности радиационного форсинга на процессы на востоке и в центре тропического Тихого океана: оценки сделаны для двух сценариев изменения климата в XXI веке - наиболее "слабого" и "жёсткого" (радиационный форсинг 2.6 Вт/м ² и 8.5 Вт/м ², соответственно).

Используемые данные и методы. Для изучения изменений характеристик двух типов Эль-Ниньо в будущем климате используют климатические модели. Поэтому на начальном этапе исследования необходимо выявить модели, способные воспроизводить особенности структуры АТПО, характерные для ВТ и ЦТ Эль-Ниньо. Применен метод, предложенный в (Ashoketal., 2007; KaoandYu, 2009), основанный на разложении месячных АТПО в пределах тропического Тихого океана (20°ю.ш. - 20°с. ш., 120° в.д. - 90°з.д.) по эмпирическим ортогональным функциям (ЭОФ). Как показано в предыдущих исследованиях (Ashoketal., 2007), первой моде разложения (ЭОФ 1) соответствует структура АТПО при ВТ Эль-Ниньо, с максимумом на востоке Тихого океана, второй моде (ЭОФ 2) - структура АТПО при ЦТ Эль-Ниньо, с наибольшей изменчивостью ТПО в центре Тихого океана. Для ЭОФ-разложения использованы данные ТПО 23-х климатических моделей, входящих в проект CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)(Tayloretal., 2012): ACCESS1-3, BNU-ESM, CanESM2, CCSM4, CESM1-CAM5,CMCC-CM, CNRM-CM5, CSIRO-Mk3, EC-EARTH, FIO-ESM, GFDL-CM3, GFDL-ESM2M, GISS-E2-H, GISS-E2-R,HadGEM2-CC, HadGEM2-ES,INM-CM4, IPSL-CM5A-MR, MIROC 5, MPI-ESM-LR, MPI-ESM-P, MRI-CGCM3, NorESM1-M.Остальные 24 модели проекта CMIP5 были исключены из рассмотрения по нескольким причинам: для некоторых моделей нет в открытом доступе экспериментов RCP (например, CESM1-FASTCHEM, CNRM-CM5-2, HadGEM2-AO, HadCM3),для некоторых моделей использовалась более поздняя версия (по этому принципу, например, была исключена из исследования модель ACCESS1.0), некоторые модели (например, bcc-csm1-1, bcc-csm1-1-m) по результатам исследования (KimandYu, 2012) не входят в число моделей, правильно воспроизводящих два типа Эль-Ниньо.

Расчёт ЭОФ проведен по данным эксперимента piControl (реализация r1i1p1) с постоянным содержанием парниковых газов на доиндустриальном уровне (? 1750 г.) в течение всего эксперимента и отсутствием тренда, обусловленного влиянием внешних условий (Tayloretal., 2012). В качестве расчётного периода использован временной интервал 250 модельных лет. Заметим, что данные эксперимента Historical (1850-2005 гг.) с реальным изменением содержания углекислого газа в атмосфере лучше отражают условия современного климата, а поэтому чаще используются для валидации моделей (Taschettoetal. 2014; Hametal., 2015; Xuetal., 2017). Однако основной целью данного исследования является оценка возможных изменений характеристик ЭНЮК в атмосфере и океане как отклик на потепление климата. Как было сказано выше, модельные оценки таких изменений дают существенный разброс значений. В связи с этим целесообразно исследовать максимально контрастирующие условия, которые могут дать максимальные различия в характеристиках Эль-Ниньо, что повысит статистическую значимость полученных результатов. Максимально контрастирующими условиями являются эксперимент piControl, в котором радиационный форсинг отсутствует, и эксперимент RCP8,5, в котором радиационный форсинг максимален. Данные эксперимента Historial содержат в себе тренд, обусловленный увеличением концентрации парниковых газов в течение ХХ века, а потому не являются репрезентативными при сравнении условий до потепления климата и при максимальном потеплении. Таким образом, для дальнейшего исследования необходимо выбрать модели, способные разделять два типа Эль-Ниньо в экспериментеp iControl. Данные эксперимента piControl также были использованы в целом ряде работ по оценке изменений характеристик Эль-Ниньо в будущем климате (Capotondietal., 2014; Bellengeretal., 2014; ZhangandSun, 2014).

Проведенное сравнение ЭОФ-разложения АТПО, полученное по данным климатических моделей, с полями ЭОФ, рассчитанными по АТПО архива Hadley Centre Global Sea Iceand Sea Surface Temperature (HadISST) (Rayneretal., 2003) (за период 1870-2015 гг.), показало, что все исследуемые модели воспроизводят структуру АТПО для ВТ Эль-Ниньо, однако структура АТПО для ЦТ Эль-Ниньо представлена лишь в некоторых моделях. В (Xuetal., 2017) указывается, что причиной этого может служить некорректное воспроизведение в моделях связей между тропиками и внетропическими регионами на поверхности и в подповерхностном слое Тихого океана, в то время как эта связь может играть роль основного триггера для ЦТ Эль-Ниньо (Xuetal, 2017). поверхностный океан атмосфера потепление

На следующем этапе проанализирован вклад изменчивости первых двух мод ЭОФ-разложения в общую дисперсию: во многих моделях доля изменчивости, описываемая ЭОФ 1, выше, а ЭOФ 2 - ниже, чем по данным наблюдений (архив HadISST). На основании проведенной валидации выбраны модели, способные разделять два типа Эль-Ниньо и воспроизводящие соотношение изменчивости ЭОФ 1/ЭОФ 2 близко к данным наблюдений: BNU-ESM, CanESM2, CCSM4, CESM1-CAM5, CMCC-CM, CNRM-CM5, EC-EARTH, FIO-ESM, GFDL-CM3, GFDL-ESM2M, GISS-E2-H, INM-CM4, IPSL-CM5A-MR, MIROC 5, MPI-ESM-LR, MRI-CGCM3.Для проверки воспроизведения выбранными моделями временной периодичности двух типов Эль-Ниньо проведен одномерный анализ Фурье для индексов Эль-Ниньо E и C, которые рассчитываются по методике (Takahashietal., 2011) и представляют собой линейные комбинации главных компонент при первых двух модах разложения по ЭОФ (РС 1 и РС 2):

, (1)

Спектральный анализ индексов Е и С показал, что только несколько моделей наиболее реалистично воспроизводят периодичность двух типов Эль-Ниньо. На основании проведённого анализа для дальнейшего исследования были выбраны только модели, способные относительно хорошо разделять два типа Эль-Ниньо и воспроизводить их временную периодичность: BNU-ESM, CCSM4, CNRM-CM5, FIO-ESM, INM-CM4 и MIROC 5 (две первые пространственные моды ЭОФ-разложения АТПО для этих моделей и для наблюдений показаны на рис. 1).

Рисунок 1. Первые две пространственные моды ЭОФ-разложения АТПО и спектры индексов E (при ЭОФ 1) и C (при ЭОФ 2) по данным архива HadISST, моделей BNU-ESM, CCSM4, CNRM-CM5, FIO-ESM, INM-CM4, MIROC5. Первая мода (ЭОФ 1), соответствующая ВТ Эль-Ниньо, представлена в левой колонке, вторая мода (ЭОФ 2), соответствующая ЦТ Эль-Ниньо, - в правой колонке. Процентами указана доля дисперсии, описываемая каждой модой

Выбранные модели также хорошо воспроизводят сезонный цикл АТПО при Эль-Ниньо двух типов (согласно (Taschettoetal., 2014)), и входят в число "лучших" моделей (кроме INM-CM4) по воспроизведению характеристик двух типов Эль-Ниньо, согласно исследованию (Xuetal., 2017).

Информация о выбранных моделях представлена в табл. 1. Приводится только разрешение атмосферного блока моделей, поскольку океанический блок не имеет постоянного шага по сетке, в исследуемых моделях он имеет собственную сетку, которая отличается от сетки атмосферной модели тем, что Северный Полюс "переносится" на сушу для преодоления проблемы сингулярности при решении систем уравнений конечно-разностными методами вблизи полюса в моделях океана и льда. В большинстве моделей используются сетки "GreenlandPoleGrid" с Северным Полюсом в Гренландии, "Poseidontripolegrid" и "TripolarcurvilinearArakawa-C grid" с тремя полюсами по всему Земному шару. Для удобства вычислений данные климатических моделей о ТПО проинтерполированы на равномерную сетку с шагом 4° по долготе и 2° по широте в пределах тропического Тихого океана.

Таблица 1. Модели проекта CMIP 5

Для идентификации событий Эль-Ниньо во временном ряду ТПО использован метод, предложенный в (Yehetal., 2009; Kugetal., 2010; Choietal., 2011). Рассчитаны средние значения месячных АТПО в регионах Nino3 и Nino4 (максимум аномалий при ВТ и ЦТ Эль-Ниньо, соответственно) (TrenberthandHoar, 1996), здесь и далее индексы Nino3 и Nino4. Период расчёта по моделям составил 60 модельных лет эксперимента piControl - для обеспечения сравнимости с данными наблюдений. Использовать стандартные границы регионов Nino3 (5°ю.ш. - 5°с. ш., 150-90°з.д.) и Nino4 (5°ю.ш. - 5°с. ш., 160°в.д. - 150°з.д.) при анализе результатов моделей представляется не совсем корректным, т.к. регионы максимальной изменчивости ТПО в моделях различаются и могут смещаться по долготе относительно реально наблюдаемых. Причем в большинстве моделей, как показывают результаты ЭОФ-разложений АТПО, и как отмечено в (Kugetal., 2010; Choietal., 2011; Taschettoal., 2014), зоны максимальной изменчивости АТПО, соответствующие ВТ и ЦТ Эль-Ниньо, смещаются на запад относительно данных наблюдений. Поэтому необходима корректировка границ регионов Nino3 и Nino4 для каждой используемой модели, которая выполнена на основании положения максимумов изменчивости первых двух мод ЭОФ-разложения; границы по широте для всех моделей одинаковы (5°ю.ш. - 5°с. ш.), в табл. 2 приведены только границы по долготе.

Таблица 2. Регионы Nino3 и Nino4 (долгота) для используемых климатических моделей

Некоторые модели не всегда корректно воспроизводят время возникновения Эль-Ниньо в течение календарного года. Для отбраковки таких случаев при идентификации событий Эль-Ниньо анализировался период только с ноября по февраль, соответствующий наибольшей повторяемости максимума ТПО по данным наблюдений. Согласно определению ВМО (http://www.wmo.int/), явление Эль-Ниньо идентифицируется, когда положительная среднемесячная АТПО в регионе Nino3.4 (5°ю.ш. - 5°с. ш., 170°з.д. - 120°з.д.) равна или превышает 0.5°С по данным наблюдений последовательно в течение трех месяцев. Однако впоследствии это определение было изменено с учётом особенностей двух типов Эль-Ниньо (Larkinand Harrison, 2005) - для ВТ Эль-Ниньо определение ВМО было применено для региона Nino3, для ЦТ Эль-Ниньо - для региона Nino4.Изменчивость ТПО в моделях может отличаться от наблюдаемой, поэтому необходима корректировка порогового значения АТПО для выделения Эль-Ниньо в зависимости от модели. Расчёт пороговых значений для моделей производился по формуле (2).

(2)

где T_crit - пороговое значение по модели, СКО ₁- среднеквадратическое отклонение индексов Nino3 и Nino4 по архиву HadISST (0.87 и 0.62, соответственно), СКО ₂ - среднеквадратическое отклонение индексов Nino3 и Nino4 по данным модели.

ВТ Эль-Ниньо выделялось следующим образом: если индекс Nino3 (границы регионаNino3 - в табл. 2) в течение трёх последовательных месяцев превышает пороговое значение для этого индекса и сохраняется выше индекса Nino4 в эти месяцы, то событие относится к ВТ Эль-Ниньо. Событие относится к ЦТ Эль-Ниньо, если индекс Nino4 в течение трёх последовательных месяцев превышает пороговое значение для этого индексаи сохраняется выше индекса Nino3 в эти месяцы.

Процессы, ответственные за формирование аномалии Эль-Ниньо, наиболее ярко проявляются в полях таких параметров, как ТПО, осадки, скорость ветра в нижней и верхней тропосфере (зональная компонента скорости ветра на изобарической поверхности 850 и 200гПа - U850, U200), вертикальные движения в средней тропосфере (аналог вертикальной скорости на изобарической поверхности 500 гПа - щ500). Пространственное распределение аномалий этих метеопараметров при двух типах Эль-Ниньо существенно различается. Для оценки способности моделей корректно воспроизводит структуру этих полей проведено сравнение пространственного распределения вышеперечисленных метеопараметров при двух типах ЭН в моделях сданными наблюдений. В качестве данных наблюдений использован NCEP/NCARреанализ (Kalnayetal., 1996) с разрешением 2.5°Ч2.5°, период 1948-2015 гг., аномалии осадков были рассчитаны по данным архива осадков GPCP (Huffmanetal., 2009), данные за период 1979-2015 гг. с разрешением 2.5°Ч2.5°.

Составлены композиционные карты среднемесячных аномалий ТПО и метеохарактеристик для событий ВТ и ЦТ Эль-Ниньо (события Эль-Ниньо в моделях выделены по описанной выше методике) (рис. 2-5). Для данных наблюдений выделено 10ВТ Эль-Ниньо: 1951-52, 1953-54, 1957-58, 1963-64, 1965-66, 1972-73, 1976-77, 1982-83, 1991-92, 1997-98 и 7 ЦТ Эль-Ниньо: 1963-64, 1968-69, 1990-91, 1994-95, 2002-03, 2004-05, 2006-07, 2009-10.Для построения композиционных карт по данным моделей были использованы следующие 60-тилетние периоды эксперимента piControl (для обеспечения сравнения с данными реанализа): BNU-ESM - 1450-1509, CCSM4-0250-0309, CNRM-CM5-1850-1909, FIO-ESM - 0401-0460, INM-CM4-2000-2059, MIROC5-2000-2069. Композиционные карты осадков для ВТ и ЦТ Эль-Ниньо получены по более короткому периоду времени: 1979-2015для наблюдений, для моделей: BNU-ESM-1450-1484, CCSM4-0250-0284, CNRM-CM5-1850-1884, FIO-ESM - 0401-0435, INM-CM4-2000-2034, MIROC5-2000-2034.

Сравнение распределения ТПО по данным наблюдений и эксперимента piControl показало, что в целом выбранные модели корректно воспроизводят структуру АТПО в период Эль-Ниньо двух типов (рис. 2). Общий недостаток - зона положительных АТПО и при ВТ и ЦТ Эль-Ниньо в моделях смещена на запад относительно её положения по данным реанализа. Абсолютные значения АТПО в моделях оказываются заниженными по сравнению с данными реанализа для двух типов Эль-Ниньо (кроме FIO-ESM), что отмечается и другими исследователями (JianandRong-Cai, 2014; и др.).

Рисунок 2. Аномалии температуры поверхности океана (АТПО) (°С) при ВТ (верхняя панель) и ЦТ (нижняя панель) Эль-Ниньо. Композиционные картыпо данным реанализа NCEP/NCAR и эксперимента piControlмоделейBNU-ESM, CCSM4, CNRM-CM5, FIO-ESM, INM-CM4, MIROC5. Период расчёта по реанализуNCEP/NCAR - 1948-2015 гг., для моделей - 60-ти летние периоды в модельных годах (см. текст)

Наиболее заметный отклик в атмосфере на аномалии ТПО, связанные с ЭНЮК, проявляется в процессах глубокой конвекции (аномалии осадков). При ВТ Эль-Ниньо осадки интенсифицируются на востоке и в центре тропического Тихого океана, при ЦТ Эль-Ниньо - в центретропического Тихого океана и чуть западнее (рис. 3). Модели неплохо воспроизводят структуру аномалий осадков при двух типах Эль-Ниньо, нозанижают значения аномалий и сокращают зону распространения положительных аномалий осадков, относительно их положения по данным GPCP (кроме модели FIO-ESM, где зона положительных аномалий смещена на восток тропического Тихого океана).

Рисунок 3. То же, что на рис. 2, только для аномалий осадков (мм/сут), в качестве реанализа используется архив осадков GPCP (1979-2015 гг.), для моделей - 35-ти летние периоды в модельных годах (см. текст)

В поле атмосферной циркуляции при двух типах Эль-Ниньо отмечаются существенные различия. В нижней тропосфере на изобарической поверхности 850 гПа при ВТ Эль-Ниньо прослеживаются аномальные западные ветры почти над всем Тихим океаном с максимумом над экватором в центральной части океана (рис. 4). В моделях структура аномалий U850 в период ВТ Эль-Ниньо воспроизводится реалистично, наиболее близки к данным реанализа оказались модели BNU-ESM и CCSM4. При ЦТ Эль-Ниньо в нижней тропосфере тоже наблюдается зона западных аномалий, но она имеет меньший охват и расположена западнее, чем при ВТ Эль-Ниньо. Структура аномалий U850 при ЦТ Эль-Ниньо моделями воспроизводится несколько хуже, чем при ВТ Эль-Ниньо: в большинстве моделей зона западных аномалий смещена на запад по сравнению с данными реанализа. В верхней тропосфере над экваториальным Тихим океаном в период Эль-Ниньо образуется зона восточных аномалий ветра. При ЦТ Эль-Ниньо максимум восточных аномалий ветра расположен немного западнее по сравнению с его локализацией при ВТ Эль-Ниньо. Модели, в целом, правильно воспроизводят структуру аномалий ветра в верхней тропосфере в период Эль-Ниньо двух типов, однако для ВТ Эль-Ниньо успешнее, чем для ЦТ Эль-Ниньо (рис. не приводится). Можно отметить общую проблему - занижение моделями абсолютных значений аномалий компонент ветра как в верхней, так и в нижней тропосфере.

Рисунок 4. То же, что на рис. 2, только для зональной компоненты скорости ветра (м•с-1) на изобарической поверхности 850 гПа (U850)

Для характеристики восходящих движений был использован аналог вертикальной скорости (щ500). Этот параметр имеет знак, обратный вертикальной компоненте скорости ветра, т.о., положительные аномалии щ500 соответствуют усилению нисходящих или ослаблению восходящих движений, а отрицательные аномалии - усилению восходящих и ослаблению нисходящих движений. Для ВТ Эль-Ниньо структура распределения вертикальных движений имеет вид "бумеранга" (рис. 5). При ЦТ Эль-Ниньо зона восходящих движений находится на западе и в центре тропического Тихого океана. Моделями правильно воспроизводится пространственная структура аномалийщ500 при двух типах Эль-Ниньо, однако модели FIO-ESM и MIROC5 завышают абсолютные значения отрицательных аномалий щ500 для двух типов Эль-Ниньо.

Рисунок 5. То же, что на рис. 1, только для аналога вертикальной скорости (Па•с-1) на изобарической поверхности 500 гПа (щ500)

На основании сравнения композиционных карт, построенных по данным контрольного эксперимента (рис. 2-5), с данными реанализа, показано, что все исследуемые 6 моделей проекта CMIP5 реалистично воспроизводят особенности пространственной структуры аномалий метеопараметров при двух типах Эль-Ниньо в "настоящем" климате, поэтому они могут быть использованы для исследования эволюции Эль-Ниньо в будущем климате.

Для исследования модификации Эль-Ниньо в будущем климате использованы два контрастирующих по характеристикам сценария изменений климата - RCP 2.6 и RCP 8.5 (RCP - Representative Concentration Pathways) (VanVuurenetal., 2011), реализация r1i1p1. Краткое описание сценариев приведено в табл. 3. Наибольшее внимание уделяется исследованию различий в характеристиках Эль-Ниньо в максимально контрастирующих условиях (экспериментах piControl и RCP 8.5).

Таблица 3. Описание сценариев RCP 2.6 и RCP 8.5 ¹⁾

¹⁾ адаптировано из (Rogeljetal., 2012),

²⁾ изменение по отношению к доиндустриальному уровню.

Выделение событий ВТ и ЦТ Эль-Ниньо в экспериментах RCP 2.6 и RCP 8.5 проведено по той же методике, что и для эксперимента piControl. Из АТПО для сценариев будущего климата убран тренд потепления. Разложение АТПО по ЭОФ не показало существенного пространственного смещения областей максимальной изменчивости первых двух мод ЭОФ в будущем климате ни по одной из исследуемых моделей по отношению к эксперименту piControl, поэтому в качестве регионов Nino3 и Nino4 использованы регионы, приведённые в табл. 2. Пороговые значения для индексов Nino3 и Nino4 в будущем климате, рассчитанные по формуле (2), имеют значительный межмодельный разброс (табл. 4). Отмечается зависимость порогового значения от эксперимента для каждой конкретной модели: для моделей BNU-ESM, CNRM-CM5 и MIROC5 с потеплением климата (piControl>RCP 2.6 > RCP8.5) пороговое значение повышается, что говорит об увеличении среднеквадратического отклонения индексов Nino3 и Nino4, в модели CCSM4 пороговые значения снижаются.

Таблица 4. Пороговые значения индексов Nino3 и Nino4 для климатических моделей по сценариям piControl, RCP 2.6, RCP 8.5

¹⁾ Для модели INM-CM4 данные по сценарию RCP 2.6 в открытом доступе не представлены.

По данным исследуемых моделей проведён композиционный анализ аномалий ТПО, осадков, зональной скорости ветра на изобарических поверхностях 850 и 200 гПа, аналога вертикальной скорости на изобарической поверхности 500 гПа для условий будущего климата. В качестве расчётноговзят период 2071-2100 гг, когда достигается наибольшее различие радиационного форсинга с контрольным экспериментом. Для оценки изменения атмосферных характеристик при ВТ и ЦТ Эль-Ниньо в условиях более тёплого климата проанализирована разность композиционных карт по сценарию piControl и сценарию RCP 8.5. Для оценки значимости разностей использованt-критерий Стьюдента (Caietal., 2015; Hametal., 2015). Для оценки влияния интенсивности радиационного форсинга на характеристики Эль-Ниньо проведено сравнение экспериментов RCP 2.6 и RCP 8.5.

Результаты

В оценках влияния потепления климата на явление Эль-Ниньо исследователи в первую очередь обращают внимание на изменение периода Эль-Ниньо и его амплитуды. На рис. 6 приведены средние, максимальные и минимальные значения амплитуды ТПО в районах Nino3 и Nino 4 для контрольного эксперимента и двух сценариев потепления климата. Известно, что ВТ Эль-Ниньо имеет большую интенсивность, чем ЦТ Эль-Ниньо (Jianand Rong-Cai, 2014), что воспроизводится во всех моделях. Однако модели не демонстрируют согласованного отклика в изменении амплитуды на потепление. При наибольшем потеплении (RCP 8.5) для ВТ Эль-Ниньо средняя за цикл Эль-Ниньо амплитуда увеличивается по моделям BNU-ESM и MIROC5, для ЦТ Эль-Ниньо - только по модели MIROC5. Остальные модели не показывают существенного изменения средней амплитуды. При наибольшем потеплении по результатам большинства моделей (кроме MIROC5) наблюдается уменьшение максимальных значений амплитуды АТПО при двух типах Эль-Ниньо.

Как было отмечено в предыдущих работах (LeeandMcPhaden, 2010; Caietal., 2014; Hametal., 2015, и др.), в условиях потепления климата может изменяться повторяемость Эль-Ниньо, а также соотношение между Эль-Ниньо двух типов. Проведенный в данной работе спектральный анализ индексов Nino3 и Nino4 показал, что в более теплом климате значительного сдвига спектрального максимума как ВТ, так и ЦТ Эль-Ниньо не наблюдается.

По данным контрольного эксперимента и экспериментов RCP 2.6 и RCP 8.5, максимум энергии в спектре индексов приходится на период 3-7 лет во всех исследуемых моделях. Однако, так как спектральный максимум Эль-Ниньо достаточно широк и не имеет ярко выраженного пика, был проведен более детальный анализ повторяемости Эль-Ниньо в будущем климате. Изменения повторяемости Эль-Ниньо в будущем климате по сравнению с контрольным экспериментом приведены на рис. 7.

Рисунок 6. Диаграмма амплитуды АТПО (°С) в регионах Nino3 (а) и Nino4 (б) при ВТ и ЦТ Эль-Ниньо, соответственно, по данным экспериментов piControl, RCP 2.6 и RCP 8.5. Указаны средние (столбцами), максимальные и минимальные за исследуемый период значения (красными линиями) амплитуды

При наиболее интенсивном потеплении климата повторяемость ВТ Эль-Ниньо меняется в моделях незначительно-увеличивается в моделях CNRM-CM5, FIO-ESM и INM-CM4, уменьшается в модели BNU-ESM (рис. 7а). Для ЦТ Эль-Ниньо модели демонстрируют существенный разброс в оценке изменения повторяемости в более тёплом климате по сравнению с piContro l(рис. 7б), но при этом почти все модели (за исключением CCSM4) дают увеличение числа ЦТ явлений (до удвоения - в модели CNRM-CM5).

Рисунок 7. Отношение количества случаев ВТ Эль-Ниньо (а) и ЦТ Эль-Ниньо (б) по сценарию RCP 8.5 (2006-2100 гг.) к количеству случаев по данным эксперимента piControl (100 модельных лет для каждой модели)

Особое внимание уделено соотношению между количеством Эль-Ниньо двух типов, так как в ряде работ (например, Yehetal., 2009; Leeand McPhaden, 2010) высказывалось предположение, что потепление климата сопровождается увеличением числа ЦТ Эль-Ниньо. Было рассчитано отношение количества ВТк ЦТ Эль-Ниньо при наибольшем потеплении климата (RCP 8.5) и по данным контрольного эксперимента (рис. 8). В большинстве моделей в общем количестве случаев Эль-Ниньо при потеплении климата увеличивается доля ЦТ Эль-Ниньо и уменьшается доля ВТ Эль-Ниньо, что согласуется с выводами предыдущих исследований (например, Yehetal., 2009; Leeand McPhaden, 2010).

Рисунок 8. Отношение количества ВТ к ЦТ Эль-Ниньо по данным эксперимента piControl и RCP 8.5

Изменение среднего состояния системы океан-атмосфера сказывается не только на частоте возникновения явлений Эль-Ниньо, но и на интенсивности и распределении аномалий, возникающих как в океане, так и в атмосфере. Для оценки изменения аномалий, возникающих в период Эль-Ниньо, при наиболее интенсивном потеплении (сценарий RCP 8.5) по отношению к контрольному эксперименту были проанализированы разности композиционных карт АТПО, аномалий осадков, U850, U200, щ500 в тропической зоне Тихого океана.

Интересно отметить, что в большинстве моделей аномалии ТПО, наблюдающиеся как при ВТ, так и при ЦТ Эль-Ниньо, при потеплении климата уменьшаются (рис. 9), причем это происходит без изменения локализации зоны максимума АТПО, однако для ЦТ Эль-Ниньо ослабление интенсивности при потеплении климата выражено меньше. Исключение составляет модельMIROC5, где при потеплении происходит увеличение интенсивности двух типов Эль-Ниньо.

Рисунок 9. Композиционные карты разностей между АТПО (°С) по сценарию RCP 8.5 и эксперименту piControl по моделям BNU-ESM, CCSM4, CNRM-CM5, FIO-ESM, INM-CM4, MIROC5 при ВТ (верхняя панель) и ЦТ (нижняя панель) Эль-Ниньо. Период расчёта 2071-2100 гг. Разности, значимые на 95 %-м уровне вероятности по t-критерию Стьюдента, отмечены точками

Вслед за изменениямиАТПО происходят изменения интенсивности и локализации зон аномалий вертикальных движений (щ500) (рис. 10). Ослабление восходящих движений при потеплении наблюдается в моделях CCSM4, CNRM-CM5 и FIO-ESM для двух типов Эль-Ниньо. В модели FIO-ESM при ЦТ Эль-Ниньо в условиях потепления климата на востоке и в центре Тихого океана наблюдается усиление восходящих движений. В модели MIROC5, вслед за увеличением аномалий ТПО при двух типах Эль-Ниньо усиливаются восходящие движения в центре и на востоке (при ВТ) и на западе (при ЦТ) тропического Тихого океана.

Рисунок 10. То же, чтои на рис. 9, только для аномалий аналога вертикальной скорости (Па/с) на изобарической поверхности 500 гПа

Изменения вертикальных движений в средней тропосфере отражают изменения интенсивности процессов глубокой конвекции и связанных с ними осадков. Поэтому характер изменений поля аномалий осадков, связанных с Эль-Ниньо (рис. 11), в будущем климате в целом соответствует изменениям поля вертикальных движений (рис. 10). В большинстве моделей в приэкваториальном поясе аномалии осадков, связанные с Эль-Ниньо, уменьшаются. Исключение составляют модель MIROC5 для обоих типов Эль-Ниньо, BNU-ESM для ВТ и FIO-ESM для ЦТ явлений, в которых аномалии осадков усиливаются при потеплении климата.

Рисунок 11. То же, что и на рис. 9, только для аномалий осадков (мм/сут)

В период Эль-Ниньо над тропической зоной Тихого океана происходит практически полная перестройка атмосферной циркуляции во всей толще тропосферы, и в первую очередь зонального ветра, скорость которого тесно связана с АТПО (Bjerknes, 1969). Аномалии атмосферной циркуляции в период Эль-Ниньо существенно изменяются при потеплении климата.

На рис. 12представлены разности аномалий зонального ветра в нижней тропосфере в период Эль-Ниньо, полученные по данным экспериментов RCP8.5 и контрольного. В моделях FIO-ESM, CCSM4 и INM-CM4при интенсивном потеплении при ВТ Эль-Ниньо происходит ослабление западных аномалий U850на востоке и в центре Тихого океана. При ЦТ Эль-Ниньо слабое увеличение западных аномалий U850 отмечается для моделей BNU-ESM и CCSM4. МодельMIROC5 воспроизводит более значительное ослабление пассатов при потеплении климата. В верхней тропосфере в случае ВТ Эль-Ниньо происходит уменьшение восточных аномалий U200 по модели CCSM4, в модели FIO-ESM ослабление восточных аномалий отмечается на востоке тропического Тихого океана, а на западе восточные аномалии U200 возрастают. Увеличение восточных аномалий U200 отмечаются в моделях MIROC5, INM-CM4 и BNU-ESM. Для ЦТ Эль-Ниньо характерно усиление восточных ветров при потеплении климата в моделях MIROC5, FIO-ESM и BNU-ESM. Уменьшение восточных аномалий U200 наблюдается при интенсивном потеплении в моделяхCNRM-CM5 и INM-CM4 (рис. не приводится).

Рисунок 12. То же, что и на рис. 9, только для зональной компоненты скорости ветра (м/с) на изобарической поверхности 850 гПа

Необходимо отметить, что для всех моделей проведена оценка значимости различий аномалий исследуемых метеопараметров, полученных по контрольному эксперименту и эксперименту RCP8.5. Выявлено, что обнаруженные различия статистически значимы (на 95 %-м уровне вероятности по t-критерию Стьюдента) для многих моделей в центре и на востоке тропического Тихого океана в условиях ВТ Эль-Ниньо, в центре и на западе при ЦТ Эль-Ниньо.

Изменение характеристик Эль-Ниньо в будущем климате существенно зависит от темпов потепления, то есть от выбранного климатического сценария. Для оценки чувствительности отклика ТПО и метеопараметров в период Эль-Ниньо на интенсивность радиационного форсинга были рассчитаны разности аномалий, осреднённые в полосе вдоль экватора (5° ю.ш. - 5° с. ш.), по сценариям RCP 8.5 (самый интенсивный форсинг) и RCP 2.6 (самый слабый форсинг) для конца XXI века (2071-2100 гг.) (рис. 13). Осреднение вдоль экватора обусловлено тем, что наибольшие изменения в период Эль-Ниньо отмечаются именно при экваториальной полосе.

Рисунок 13. Разности экваториально осреднённых (в полосе 5°ю.ш. - 5°с. ш.) аномалий АТПО (°С) (а, б), осадков (мм) (в, г), зональной компоненты ветра(м•с-1) на изобарической поверхности 850 гПа (д, е), аналога вертикальной скорости (Па•с-1) на изобарической поверхности 500 гПа (ж, з) при ВТ (левый столбец) и ЦТ (правый столбец) Эль-Ниньо между сценариями RCP 8.5 и RCP 2.6 для конца XXIвека (2071-2100 гг.) по исследуемым моделям

Модели демонстрируют разный характер отклика АТПО на усиление потепления. В условиях ВТ Эль-Ниньо (рис. 13а) разброс модельных оценок варьируется вплоть до противоположных. В моделях BNU-ESM и MIROC5 АТПО при сценарии RCP 8.5 более, чем на 1°С превышают аномалии RCP 2.6. В моделях CCSM4 и FIO-ESM, при RCP 8.5, напротив, Эль-Ниньо ослабевает, АТПО на востоке Тихого океана уменьшается на 0.7-0.8°С. Характер изменения АТПО в случае ЦТ Эль-Ниньо (рис. 13б) более однороден - амплитуда ЦТ Эль-Ниньо при более сильном потеплении увеличивается в моделях BNU-ESM, FIO-ESM и MIROC5.

Изменение аномалий осадков в период Эль-Ниньо при увеличении потепления (рис. 13в, г), в целом, согласуются с характером изменений АТПО (рис. 13а, б). Максимальный отклик в осадках на увеличение потепления при ВТ Эль-Ниньо (рис. 13в) продемонстрировала модель FIO-ESM - аномалии осадков при увеличении потепления уменьшаются на 5 мм. В случае ЦТ Эль-Ниньо (рис. 13г) некоторое увеличение осадков на западе Тихого океана показывают модели CNRM-CM5 и MIROC5, а в центре Тихого океана резкое увеличение осадков при ЦТ Эль-Ниньо отмечается для модели FIO-ESM.

Однозначного отклика зональной компоненты ветра в нижней тропосфере (U850) на увеличение потепления для ВТ Эль-Ниньо не обнаружено (рис. 13д). В моделях CCSM4 и FIO-ESM западная аномалия над востоком и центром тропического Тихого океана ослабевает, на западе в районе морского континента Индонезия - усиливается. Противоположные результаты показывает модель MIROC5. При ЦТ Эль-Ниньо модели демонстрируют существенное увеличение западной аномалии ветра на западе (до 4 м/с) и меньшее (1-2 м/с) в центре тропического Тихого океана (рис. 13е). Исключение составляет модель CNRM-CM5, в которой происходит уменьшение западной аномалии ветра над всем тропическим Тихим океаном при сценарии RCP 8.5 по сравнению с RCP 2.6.

Характер изменения вертикальных движений в условиях Эль-Ниньо при усилении потепления различается в зависимости от модели (рис. 13ж, з). При ВТ Эль-Ниньо (рис. 13ж) в модели MIROC5 происходит усиление восходящих движений на востоке и в центре экваториальной зоны Тихого океана, на западе усиливаются нисходящие движения. В модели FIO-ESM, напротив, восходящие движения в центре и на востоке Тихого океана ослабевают. В случае ЦТ Эль-Ниньо (рис. 13з) усиливаются восходящие движения на западе Тихого океана в модели MIROC5 и ослабевают в модели CCSM4 и FIO-ESM. Эти результаты согласуются с характером изменения АТПО в моделях при усилении потепления - восходящие движения усиливаются в зоне повышения ТПО.

Таким образом, можно заключить, что высказанный в предыдущих исследованиях вывод об усилении аномалий, связанных с Эль-Ниньо, при интенсификации глобального потепления не подтверждается результатами данного анализа. Модели демонстрируют существенный разброс в оценках, при этом в ряде моделей при увеличении потепления Эль-Ниньо ослабевает. Необходимо отметить, что отклик ВТ и ЦТ Эль-Ниньо на усиление радиационного форсинга также различается. В большинстве моделей аномалии, связанные с центральным Эль-Ниньо, увеличиваются в ответ на увеличение глобального потепления. ВТ Эль-Ниньо в некоторых моделях усиливается, в других - ослабевает.

Заключение

По данным климатических моделей проекта CMIP5 исследованы изменения характеристик двух типов Эль-Ниньо (восточно- и центрально-тихоокеанского) в будущем климате.

На первом этапе проведена оценка способности моделей реалистично воспроизводить два типа Эль-Ниньо, их периодичность, а также особенности пространственной структуры аномалий океанологических и метеорологических параметров (температуры поверхности океана, осадков, скорости ветра в нижней и верхней тропосфере, вертикальных движений в средней тропосфере) посредством сравнения модельных результатов по данным контрольного эксперимента (с доиндустриальным содержанием углекислого газа) с данными реанализов (HadISST, NCEP/NCAR, GPCP). Для последующего анализа выбрано 6 моделей из 23. По данным выбранных моделей (BNU-ESM, CCSM4, CNRM-CM5, FIO-ESM, INM-CM4, FIO-ESM) проведена оценка изменения частоты и соотношения двух типов Эль-Ниньо, интенсивности и распределения аномалий в океане и атмосфере при потеплении климата. Показано, что при интенсивном потеплении (сценарий RCP 8.5) повторяемость ЦТ Эль-Ниньо по оценкам большинства моделей возрастает (кроме модели CCSM4), а повторяемость ВТ Эль-Ниньо меняется незначительно - увеличивается в моделях CNRM-CM5, FIO-ESM и INM-CM4, снижается в модели BNU-ESM. В большинстве моделей интенсивность Эль-Ниньо двух типов при потеплении ослабевает, однако для ЦТ Эль-Ниньо ослабление интенсивности выражено меньше, чем для ВТ. Исключение составляет модель MIROC5, где при потеплении климата происходит усиление интенсивности двух типов Эль-Ниньо.