Зміна поля тиску повітря над Північною півкулею, над територією Атлантико-Європейського сектора і Україною у ХХ-ХХI століттях

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

11.00.09 - метеорологія, кліматологія, агрометеорологія

ЗМІНА ПОЛЯ ТИСКУ ПОВІТРЯ НАД ПІВНІЧНОЮ ПІВКУЛЕЮ, НАД ТЕРИТОРІЄЮ АТЛАНТИКО-ЄВРОПЕЙСЬКОГО СЕКТОРА І УКРАЇНОЮ У ХХ - ХХI СТОЛІТТЯХ

ВИКОНАЛА ЧАЙКА ДАР'Я ЮРІЇВНА

КИЇВ - 2008



АНОТАЦІЯ

Чайка Д.Ю. Зміна поля тиску повітря над Північною півкулею, над територією Атлантико-Європейського сектора і Україною у ХХ-ХХI століттях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.09 - метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню зміни великомасштабної та регіональної циркуляції атмосфери протягом ХХ століття і побудові сценаріїв її зміни у першій половині ХХI століття під впливом природного, антропогенного і природно-антропогенного чинників.

На основі аналізу середніх десятилітніх полів тиску на рівні моря у січні над Північною півкулею протягом ХХ століття виявлено вплив природного, антропогенного і природно-антропогенного чинників на зміну поля тиску, за допомогою яких побудовано сценарії поля тиску на перші три десятиліття і до середини ХХI століття.

Ключові слова: циркуляція атмосфери, центри дії атмосфери, інтегральні характеристики полів, розкладання в ряд Фур'є, сценарії поля тиску.

температура повітря атмосфера погодний



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми обумовлена тим, що клімат у глобальному і регіональному масштабі не є постійним і зазнає змін, як від століття до століття, так і протягом століття. Передбачати майбутні зміни клімату означає передбачати соціально-економічні наслідки його зміни, які дуже важливі для життєдіяльності людства. Тому вивчення, розуміння змін клімату у минулому, сучасному і майбутньому є актуальним і складним завданням сучасної метеорології, розв'язок якого сприятиме довгостроковому ефективному плануванню економічного розвитку країн, зокрема України.

Існують різні гіпотези зміни клімату. Відповідно до цих гіпотез зміни клімату можуть пояснюватися впливом космічних, астрономічних і геологічних чинників, зміною вмісту діоксиду вуглецю у повітрі і вулканічною діяльністю, а також внутрішніми зв'язками. Міжурядова група експертів зі зміни клімату відзначає у своїй доповіді „Climate Change 2007. The scientific basis, Contribution of working group 1 to the Third assessment report of the IPCC. Summary for Policymakers and Technical Summary”, що з високою мірою імовірності основною причиною зростання середньої глобальної температури у другій половині ХХ - на початку ХХI століття є збільшення в атмосфері вмісту парникових газів антропогенного походження.

Як правило, дослідження зміни клімату в більшості робіт проводяться за допомогою довгих рядів спостережень середньої температури або опадів по земній кулі, по півкулях, окремих регіонах або окремих станціях. Проте, досліджувати зміни глобального і регіонального клімату за допомогою великомасштабної і регіональної циркуляції атмосфери більш об'єктивно, оскільки вона формує температурно-вологістний режим на земній кулі і в окремих її регіонах. Дана дисертаційна робота присвячена дослідженню минулих, сучасних і майбутніх змін великомасштабної і регіональної циркуляції атмосфери на основі емпіричного матеріалу ХХ століття. В роботі зміни великомасштабної і регіональної циркуляції атмосфери аналізуються за допомогою зміни тиску повітря над Північною півкулею і стану кліматичних центрів дії атмосфери протягом ХХ століття. Отримане в даному дослідженні розуміння фізичних механізмів змін циркуляції атмосфери упродовж ХХ століття з урахуванням періодів глобального потепління послугувало розвитку нових сценаріїв подальшої зміни клімату. Розроблені сценарії полів тиску повітря на основі фізико-статистичного підходу для десятиліть першої половини ХХI століття з урахуванням впливу на атмосферу природного, антропогенного і природно-антропогенного чинників над територією Північної півкулі, Атлантико-Європейського сектора і України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що склали зміст дисертації, проведені згідно з галузевими планами науково-дослідних робіт Державного комітету України з гідрометеорології:

НДР за темою 3/06. “Аналіз сучасного і побудова сценаріїв майбутнього клімату України”, розділ 5 „Побудова окремих сценаріїв зміни кліматичних параметрів на території Атлантико-Європейського сектора під впливом природніх, антропогенних і природно-антропогенних складових у найближче десятиліття ” (2006-2008гг.), № д/р 0106V007307;

договір № ДП/42-2003 “Виявлення особливостей аномальності кліматичного режиму України в найближче десятиріччя, які впливають на збереження біорізноманіття, земельні ресурси і на розвиток економіки держави”(2.2.7.Б) з Міністерством освіти і науки України (2003-2006 рр.), №ДР 01030006558.

Мета і завдання дослідження. Проведення аналізу стану центрів дії атмосфери помірних широт Північної півкулі, а також регіональної циркуляції атмосфери над територією Атлантико-Європейського сектора і України від десятиліття до десятиліття впродовж ХХ століття для виявлення реакції циркуляції атмосфери на природний, антропогенний і природно-антропогенний чинники. Створення сценаріїв зміни тиску повітря над Північною півкулею і окремими її регіонами, зокрема Україною, до середини ХХI століття з урахуванням впливу природного, антропогенного і природно-антропогенного чинників.

Для досягнення цієї мети були вирішені наступні завдання:

1. Вивчені зміни поля тиску повітря на рівні моря над територією помірних широт Північної півкулі і в її регіонах - Атлантико-Європейському секторі і Україні в січні і липні від десятиліття до десятиліття ХХ століття;

2. Вивчені зміни поля середньомісячної приземної температури повітря над територією помірних широт Північної півкулі і в її регіонах - Атлантико-Європейському секторі і Україні в січні і липні від десятиліття до десятиліття ХХ століття;

3. Досліджено стан і положення центрів дії атмосфери за допомогою розкладання в ряд Фур'є інтегральної характеристики поля тиску на рівні моря над Північною півкулею в ХХ столітті;

4. Розроблені сценарії зміни тиску повітря при впливі на нього антропогенного, природного і природно-антропогенного чинників для перших трьох десятиліть і до середини ХХI століття.

5. Визначені і проаналізовані атмосферні процеси, які формують сучасні аномальні погодні умови над територією Атлантико-Європейського сектора і України в останні десятиліття.

Об'єкт і предмет дослідження. Об'єкт дослідження - середні поля тиску повітря на рівні моря і приземної температури повітря для січня і липня кожного десятиліття ХХ століття. Предметом дослідження є стан центрів дії атмосфери, які відповідали за характер циркуляції і погодні умови над регіонами Північної півкулі впродовж ХХ століття.

Методи досліджень. У дисертації використовуються методи синоптичного аналізу, теорії розпізнавання образів, теорії розкладання у ряд Фур'є полів тиску, фізико-статистичні методи.

Наукова новизна результатів, отриманих автором.

1.Отримано особливості зміни великомасштабної циркуляції атмосфери січня і липня над територією помірних широт Північної півкулі, Атлантико-Європейського сектора і України від десятиліття до десятиліття ХХ століття.

2.Отримано особливості зміни середньомісячної температури повітря січня і липня над територією помірних широт Північної півкулі, Атлантико-Європейського сектора і України від десятиліття до десятиліття ХХ століття.

3.За допомогою меридіонального осереднення розрахована інтегральна характеристика поля тиску повітря на рівні моря, яка дозволила вивчити стан центрів дії атмосфери Північної півкулі від десятиліття до десятиліття.

4.За допомогою аналізу фазових кутів встановлено зсув інтегральних характеристик поля тиску до заходу в першій половині ХХ століття і на схід у другій половині ХХ століття.

5.Отримано збіг положення інтегральних характеристик поля тиску кінця і початку ХХ століття, коли відмічалися теплі зими. Найбільший зсув інтегральних характеристик до заходу в середині ХХ століття відповідав морозному температурному режиму.

6.Побудовано сценарії поля тиску повітря січня над Північною півкулею для трьох перших десятиліть і до середини ХХI століття з урахуванням природного, антропогенного і природно-антропогенного впливу:

*Сценарій зміни тиску повітря під впливом антропогенного чинника вказує на істотне зниження тиску повітря в Ісландському мінімумі і розширення області його дії на південь до середини ХХI століття;

*Сценарій зміни тиску повітря під впливом природного чинника вказує на загострення і посилення в меридіональному напрямі всіх кліматичних центрів дії атмосфери і пов'язаних з ними погодних умов у Північній півкулі;

*Сценарій зміни тиску повітря під впливом природно-антропогенного чинника вказує на збереження тих станів центрів дії атмосфери, які існують в даний час.

7.Вперше визначено атмосферні процеси, які формують сучасні аномальні погодні умови над територією Атлантико-Європейського сектора і Україною в останні десятиліття.

Практичне значення отриманих результатів. У даній роботі проведено дослідження зміни поля тиску повітря і стану центрів дії атмосфери над Північною півкулею протягом ХХ століття і отримано розуміння його перетворення, яке необхідно використовувати в побудові сценаріїв майбутнього клімату. Запропоновані в даній роботі физико-статистичні сценарії зміни поля тиску до середини ХХI століття в результаті природної, антропогенної і природно-антропогенної дії можуть використовуватися для ефективного планування різних галузей економіки і допоможуть передбачити соціально-економічні наслідки майбутніх змін клімату. Виявлено нові типи синоптичних ситуацій останніх десятиліть, на яких формуються стихійні метеорологічні явища, що враховуються в прогностичній схемі довгострокового прогнозу погоди УкрНДГМІ при складанні деталізованого прогнозу погоди з місячною завчасністю для території України і можуть також використовуватися гідрометслужбою для складання прогнозів погоди на середній строк.

Особистий внесок претендента.

-проаналізовано і визначено зміни полів тиску січня і липня для десятиліть ХХ століття над територією Північної півкулі, Атлантико-Європейського сектора і України;

-проаналізовано і визначено зміни полів приземної температури січня і липня для десятиліть ХХ століття над територією Північної півкулі, Атлантико-Європейського сектора і України;

-виявлено нові типи синоптичних ситуацій останніх десятиліть, на яких формуються стихійні метеорологічні явища;

-на основі розрахунку інтегральних характеристик поля тиску повітря над Північною півкулею побудовано часову діаграму, яка показала характер стану центрів дії атмосфери від десятиліття до десятиліття ХХ століття;

-за допомогою розкладання у ряд Фур'є розраховано амплітуду і фазу інтегральних характеристик полів тиску повітря для кожного десятиліття ХХ століття.

За методичного сприяння наукового керівника на основі фізико-статистичного підходу розроблено сценарії поля тиску над територією Північної півкулі на першу половину ХХI століття.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і окремі результати, отримані під час написання дисертації, докладалися і обговорювалися на секції метеорології Вченої ради УкрНДГМІ, у відділі кліматичних досліджень і довгострокового прогнозу погоди УкрНДГМІ і на наступних конференціях: Міжнародній конференції з вимірювань, моделювання і інформаційних системах для вивчення навколишнього середовища ENVIROMIS 2004 (Томськ, 2004г.), IV Українській конференції з космічних досліджень (Понізовка, 2004г.), Міжнародній науково-практичній конференції молодих учених і фахівців Геофізика-2005 (Санкт-Петербург (Петергоф), 2005г.), II міжнародній науково-технічній конференції «Навколишнє середовище - 2007: актуальні проблеми екології і гідрометеорології-інтеграция освіти і науки» (Одеса, 2007), Scientific International Conference “The Climate of Poland in Historical Times in Relation to the Climate of Europe” (Torun, 2007), SCAR/IASC IPY Open Science Conference (Санкт-Петербург, 2008).

2. ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання, представлено використані методи досліджень, практичне значення і наукову новизну отриманих результатів. Відмічено особистий внесок претендента. Вказано зв'язок з науковими темами і конференції, де були апробовані результати досліджень.

У першому розділі розглянуто сучасний стан питання. Відзначається, що з середини ХХ століття проблема зміни клімату є однією з найважливіших проблем кліматології.

Дослідження проблеми зміни клімату складаються з двох підходів - дослідження за допомогою моделей загальної циркуляції атмосфери і емпіричного підходу.

Існують різні гіпотези зміни клімату. Згідно з ними зміни клімату можуть бути пояснені зовнішніми (космічними, астрономічними, геологічними, вулканічними) і внутрішніми (взаємодія системи атмосфера-океан-суша, зміна сніжного покриву, випаровування з поверхні океану, Ель-Ніньо, зміна напряму течій в океані) чинниками. Міжурядова група експертів зі зміни клімату відзначає у своїй доповіді, що з високою мірою достовірності основною причиною зростання середньої глобальної температури у другій половині ХХ століття є збільшення вмісту парникових газів антропогенного походження в атмосфері.

Не дивлячись на це, існує багато досліджень, які не відкидають також вплив на зміну клімату природних чинників. Проте, останнім часом деякі вчені (наприклад, Бориcєнков Є.П., Фразієр К., Хамакер Дж., Хендерсон-Селлерс А. і інші) вважають, що тривалий вплив антропогенного чинника може призвести до зниження глобальної температури, оскільки забруднення повітря і збільшення концентрації аерозолів в атмосфері послабить сонячну радіацію, що поступає. Такий ефект може бути більшим, ніж нагріваючий ефект парникових газів, а також збільшення концентрації парникових газів в атмосфері призведе до збільшення кількості хмарності.

У другому розділі представлено результати дослідження зміни полів тиску повітря і приземної температури від десятиліття до десятиліття протягом ХХ століття. Початковою інформацією є середньомісячні поля тиску повітря на рівні моря і приземної температури помірних широт Північної півкулі з електронного архіву ВНДІГМІ-СЦД (м.Обнінськ, Росія), Метеорологічної служби в Харроу, Англія, Великобританія, даних відділу кліматичних досліджень і довгострокового прогнозу погоди УкрНДГМІ з 1986 р., дані реаналізу Європейського центру середньострокових прогнозів погоди (ECMWF the 40 Years Re-Analysis, ERA-40, <http://data.ecmwf.int/data/d/era40_daily/>) і дані університету м. Кельна.

Зміна баричного поля протягом ХХ століття розглядалася щодо 3-х періодів зміни глобальної температури в ХХ столітті: першого глобального потепління (1911-1943 рр.), періоду стабілізації (до середини 70-х), другого глобального потепління (з 1976 р. до нашого часу). Враховуючи помітний вплив глобального потепління на температурний режим у зимовий сезон, в роботі переважно досліджуються поля тиску січня, коли синоптичні процеси мають найбільшу активність, щодо інших сезонів.

У підрозділі 2.1 наведено дослідження зміни полів тиску від періоду до періоду зміни глобальної температури упродовж ХХ століття. Підвищення глобальної температури супроводжується у період першого глобального потепління різким загостренням баричних утворень по відношенню до поля тиску першого десятиліття ХХ століття. При цьому особливо відмічається посилення і розширення Сибірського максимуму до кінця періоду. В результаті цього на території Атлантико-Європейського сектора формуються морозні стійкі зими.

Протягом періоду стабілізації відмічаються незначні зміни баричного поля над Північною півкулею, і тому морозні зими в Європі з кінця попереднього періоду глобального потепління зберігаються упродовж всього періоду стабілізації.

В період другого глобального потепління знов відзначається помітна зміна поля тиску і стану центрів дії атмосфери біля землі. Найбільші зміни відбуваються в областях Ісландського мінімуму, Північно-Атлантичного гребеня і Європейської улоговини. В цілому над Північною півкулею можна відзначити падіння тиску. Зміни - протилежні по відношенню до змін в перший період глобального потепління. Істотне послаблення Сибірського антициклону взимку в цей період різко змінює температурний режим у бік потепління в Європі. Таким чином, можна відзначити, що зміна глобальної температури протягом ХХ століття супроводжувалася помітним перетворенням полів тиску і стану центрів дії атмосфери від десятиліття до десятиліття.

У підрозділі 2.2 наведено дослідження зміни полів приземної температури від періоду до періоду зміни глобальної температури упродовж ХХ століття. До кінця першого глобального потепління відбувається посилення меридіонального проникнення холодного повітря на південь і теплого повітря на північ Тихого і Атлантичного океанів, що призводить до різкої мерідіональності у розподілі потоків тепла і холоду на території Північної півкулі і загострення центрів дії атмосфери. Таке перетворення температурного поля до кінця періоду особливо визначається посиленням Сибірського максимуму та Ісландського мінімуму.

Зміна температурного режиму над територією Північної півкулі у період стабілізації глобальної температури практично не спостерігається і зберігає стан кінця першого періоду глобального потепління.

У другому періоді глобального потепління також спостерігається перетворення температурного поля над Північною півкулею, яке до кінця ХХ століття призводить до повернення температурного режиму до його стану в першому десятилітті ХХ століття. В результаті знов відмічається підвищення температури на території Євразії і похолодання над американським континентом.

У підрозділі 2.3 показано зміну липневого поля тиску повітря і температури біля поверхні землі над Північною півкулею, на території Атлантико-Європейського сектора і в Україні упродовж 1960-2000 рр. Виявлено, що хоча літнє поле тиску над Північною півкулею має згладжений стан по відношенню до зимового, до кінця ХХ століття відбувається посилення циклонічної діяльності над Північною півкулею, послаблення баричних утворень високого тиску і, в результаті, літні посушливі атмосферні процеси передостаннього десятиліття ХХ століття над територією Європи зменшилися до кінця століття.

У третьому розділі представлено аналіз інтегральної характеристики поля тиску повітря кожного десятиліття, отриманої за допомогою меридіонального осереднення поля. Меридіональне осреднення поля тиску повітря над Північною півкулею від десятиліття до десятиліття дозволило провести аналіз великомасштабної циркуляції атмосфери, що формувала погодні умови у кожному десятилітті.

Представлення полів тиску в електронному архіві має вид матриці Р:

, (1)

де р_ij - значення тиску в ij-ому вузлі регулярної географічної сітки з кроком 10^о за широтою і 5^о за довготою; N=7 - кількість широт, n=36 - кількість довгот. У підрозділі 3.1 за допомогою меридіонального осереднення поля тиску

розраховано його інтегральну характеристику для кожного десятиліття

, (2)

де j = 1, 2,...,36 і відповідає номеру довготи від -180^о сх.д. до 180 ^о сх.д.

Найбільші і найменші значення визначають місцерозташування центрів дії атмосфери над територією Північної півкулі. Їх положення і значення вказують на стан центрів дії атмосфери у кожному десятилітті. На рис. 1 три максимуми відповідають основним центрам дії атмосфери високого тиску в зимовий час - Канадському і Сибірському антициклонам, середній максимум - незначний, розташований поблизу 10^о сх.д., і відповідає зимовому Північно-Атлантичному гребеню.

Мінімальні значення (рис.1) вказують положення кліматичних центрів дії атмосфери низького тиску: Ісландської і Алеутської депресії, і розташованої між ними (поблизу 30^о сх.д.) Європейської улоговини. Північно-Атлантичний гребінь відокремлює Європейську улоговину від Ісландського мінімуму.

Побудована часова діаграма зміни великомасштабної циркуляції атмосфери від десятиліття до десятиліття ХХ століття (рис.2), яка дозволила розглянути і проаналізувати часовий стан всіх центрів дії атмосфери січня від десятиліття до десятиліття впродовж ХХ століття. На рис.2 по осі абсцис вказані довготи, по осі ординат - номер десятиліття ХХ століття. Підвищення глобальної температури спостерігається після першого десятиліття ХХ століття, з 1911 р. Тому циркуляція першого десятиліття є контрольною для усіх подальших десятиліть глобального потепління ХХ століття. До кінця першого періоду глобального потепління великомасштабна циркуляція атмосфери перетворюється у бік посилення Сибірського максимуму та Ісландської депресії. Послаблення Канадського максимуму підвищило температуру над Північною Америкою, слабкий стан Сибірського максимуму в перші десятиліття першого потепління зберігав теплі зими на території Євразії. Посилення і розширення до заходу Сибірського максимуму до кінця першого потепління призвело до холодних зим над Європою.

В період стабілізації Сибірський максимум займає велику територію, виносячи морозне повітря до Європи. У цей період відбувається також посилення і розширення Канадського максимуму, який збільшує у цей період кількість холодних зим в Північній Америці. В цілому над Північною півкулею відбувається зростання тиску, що позначається на послабленні Ісландського мінімуму, Європейської улоговини і Алеутської депресії. Такий стан зимової циркуляції атмосфери над Північною півкулею в окремі роки періоду стабілізації глобальної температури формує морозостійкі зими. Цей стан великомасштабної циркуляції атмосфери продовжує відзначатися у першому десятилітті другого потепління.

До кінця ХХ століття відбувається падіння тиску над територією Північної півкулі, яке позначилося в посиленні усіх кліматичних мінімумів тиску і послабленні, скороченні території кліматичних максимумів тиску. Особливо відмічається поглиблення Алеутської депресії і Європейської улоговини, яка під впливом Північно-Атлантичного гребеня зміщується на схід. Звуження з двох боків Сибірського максимуму сусідніми центрами дії атмосфери перекрили доступ холодного повітря до Європи.

Таким чином, стан центрів дії атмосфери під впливом глобального потепління від десятиліття до десятиліття ХХ століття змінювався і, залежно від їх розташування і активності, змінювався температурний режим від десятиліття до десятиліття над територією Північної півкулі і її регіонами. Положення і стан великомасштабної циркуляції атмосфери кінця ХХ століття повернулося до її характеру на початку ХХ століття.

Наведена в дисертації діаграма відхилення інтегральних характеристик десятиліть від середньої столітньої дозволяє побачити, що найбільші зміни в тиску над Північною півкулею упродовж попереднього століття відбулися до його кінця. У підрозділі 3.2 дослідження інтегральних характеристик температури помірних широт Північної півкулі за допомогою їх часової діаграми показали, що в перші десятиліття ХХ століття зміни температури вкрай незначні. З середини і до кінця першого періоду глобального потепління ХХ століття на більшій частині даної території відбувається зростання температури. Збільшення температури спостерігається над Північною Америкою, Атлантичним океаном і в районі Сибіру, а також у Тихому океані. Підвищення температури складає до +2^оС. Однак, на території східного Сибіру зміни температури незначні.

У перше десятиліття періоду стабілізації глобальної температури зміна інтегральних характеристик температури над Північною півкулею незначна. Однак вже з середини періоду стабілізації відмічається падіння температури на усій території, особливо помітне у Північній Америці і над Тихим океаном. Але в цілому, стан температурного режиму над Північною півкулею протягом всього періоду можна вважати відносно стабільним.

У другий період глобального потепління спостерігається посилення всіх додатніх та від'ємних осередків температури. Особливо відмічається зростання температури над Атлантико-Європейським сектором.

Таким чином, зміни інтегральних характеристик приземної температури упродовж ХХ століття формуються змінами великомасштабної циркуляції атмосфери і характеризуються зростанням температури у період першого глобального потепління, стійким станом у період стабілізації і посиленням додатніх та від'ємних осередків температури у період другого глобального потепління, що призводить до активізації центрів дії атмосфери на початку ХХI століття. У підрозділі 3.3 інтегральна характеристика баричного поля січня кожного десятиліття для Північної півкулі представлена у вигляді розкладання у ряд Фур'є:

, (4 )

де j=1,2,3,...,n, n=36 і відповідає кількості довгот (-180 ч180 град.) на Північній півкулі при кроці 10^о, і -коефіцієнти розкладання (4), які розраховуються за формулами:

, (5)

, (6)

, (7)

m=0,1,2,..., n-1 -хвильове число.

Знайдено для m=1,2,3,4 амплітуду A_m і фазу Ф_m :

, (8).

Фазові кути дозволили не тільки виявити положення хвилі, але і її динаміку від десятиліття до десятиліття. Напрям руху хвилі визначений за допомогою різниці фаз сусідніх десятиліть:

Ф_m = Ф ^k_m - Ф ^{k -1}_m, (9)

де Ф^k_m - фаза m-ої хвилі k-ого десятиліття, а Ф^{k - 1}_m - фаза m-ої хвилі (k-1) -го десятиліття, k=1,..,10.

Від'ємна різниця характеризує зсув хвилі зі сходу на захід, додатня - із заходу на схід. На рис.3 показаний зсув тривихорової системи циркуляції атмосфери при m=3 на Північній півкулі (три мінімуми - Європейський, Алеутський, Ісландський і три максимуми - Сибірський, Канадський і Північно-Атлантичний між ними). Як видно з рис. 3, зсув тривихорової хвилі в будь-якому напрямі призводить у наступному десятилітті до зворотного напряму. Це вказує на те, що хвиля прагне повернутися до свого початкового положення. Однак в останні десятиліття ХХ століття спостерігається найбільший зсув на схід. Враховуючи це, можна припустити, що хвиля прагне повернутися до свого первинного стану - стану першого десятиліття, від якого в результаті окремих зсувів впродовж десятиліть вона помітно відхилялася до заходу.

Найбільше відхилення до заходу спостерігалося у період стабілізації, і це відхилення супроводжувалося холодним температурним режимом взимку у більшості регіонів Північної півкулі. Швидкий зсув на схід, який спостерігається в останні десятиліття, також змінює температурний режим над територією Північної півкулі. Такий зсув призводить до підвищення температурного режиму над Північною півкулею. В останні десятиліття прагнення тривихорової хвилі повернутися до початкового стану дозволило їй зайняти положення, близьке до її положення у середині першого потепління. Слід зазначити, що такий зсув на схід є крайнім і можна припустити, що в подальше десятиліття це повинно призвести до зсуву хвилі на захід. Результатом зсуву на захід тривихорової хвилі може бути поява в подальшому десятилітті холодних і морозних зим.

У четвертому розділі побудовано сценарії баричних полів на першу половину ХХI століття. Для побудови сценаріїв було використано відхилення, , і , які показали характер зміни середніх полів тиску періодів різної зміни глобальної температури ХХ століття один щодо одного. - середнє поле тиску повітря над Північною півкулею i-ого періоду глобальної температури, i=1, 2, 3 - перший період глобального потепління, період стабілізації і другий період глобального потепління відповідно.

У підрозділі 4.1 проведено дослідження зміни поля тиску на рівні моря першого і другого глобального потепління щодо середнього періоду стабілізації глобальної температури. Це дало можливість отримати, що друге потепління є продовженням першого потепління. Порівняння двох різниць і показало, що два представлені поля зміни тиску другого і першого потепління ХХ століття ідентичні за просторовим положенням основних осередків додатніх та від'ємних змін тиску. Це вказує на те, що протягом століття найбільш помітний вплив на циркуляцію атмосфери з посиленням до кінця століття надавав чинник, що створив перше глобальне потепління. Враховуючи, що антропогенна діяльність у першому періоді потепління ХХ століття була незначною, можна вважати, що цей чинник природного походження.

У підрозділі 4.2 розраховано антропогенну, природну і природно-антропогенну складові, виходячи з твердження, що перше потепління ХХ століття відбувалося під впливом природного чинника Р_Е = ДР^4-1, а друге - природно-антропогенного чинника

Р₃¹⁰-Р₂⁶=Е+А,

Р_А= (Р₃¹⁰ - Р₂⁶ )

Р_Е - антропогенний чинник. Виявлено, що вплив природної і антропогенної складових на поле тиску повітря Північної півкулі протилежний. Коефіцієнт (2/5) перед Р_А, Р_Е ,(Р_А+ Р_Е) вказує на 0,2^оС підвищення температури над Північною півкулею в останньому десятилітті ХХ століття щодо підвищення температури на 0,5^оС в друге потепління над Північною півкулею. Найменшу середню квадратичну помилку за сценарієм для останнього десятиліття отримав природно-антропогенний сценарій (1,5), тоді як антропогенний сценарій отримав (2,8). У підрозділі 4.4 побудовано сценарії поля тиску повітря на три перші десятиліття ХХI століття з урахуванням того, що глобальна температура продовжуватиме підвищуватися рівномірно на 0,2^оС. Порівняння сценаріїв на перше десятиліття ХХI століття з осередненим полем тиску за 2000-2008 рр. показало якнайкращу подібність зі сценарієм зміни під впливом природно-антропогенного чинника. У підрозділі 4.5 проводилося зіставлення полів тиску при однаковій аномалії температури над Північною півкулею на прикладі періоду 1950-1979рр. Зниження температури на 0,2^оС спостерігалося до останнього десятиліття періоду стабілізації глобальної температури (1959-1978рр.) і потім в наступне десятиліття відбувалося підвищення температури на 0,2^оС. Як показано в дисертації, зміна поля тиску у цей період відбувається за рахунок антропогенного чинника, що посилюється, який знизив температуру над Північною півкулею до кінця періоду стабілізації. У подальше десятиліття в результаті додавання природного чинника відмічається підйом температури над Північною півкулею на 0,2^оС.

Зіставляючи ці два моменти, можна зробити наступне припущення: вплив природного чинника у другій половині ХХ століття в першу чергу йде на погашення антропогенного чинника і, тільки після цього, якщо його потужність вища, він підвищуватиме температуру.

Було запропоновано, що при підвищенні температури на 0,2^оС, зміна тиску над Північною півкулею повинна бути близькою між собою, тобто (- ДР^7-6? ДР^8-7) і тоді

Р⁸= Р⁷+ ДР^8-7 ?Р⁷+(- ДР^7-6) ;

Р⁷+ Р⁸-Р⁷ ?Р⁷- Р⁷+Р⁶

У підрозділі 4.6 побудовано сценарії баричного поля під впливом природного, антропогенного і природно-антропогенного чинників до середини XXI століття. Для побудови сценарію поля тиску до середини ХХI століття під впливом тільки антропогенного чинника враховувався його вплив ДР_А¹⁰ , ДР_А⁹ , ДР_А⁸ в останні три десятиліття:

Р = Р¹⁰ +(ДР_А¹⁰ +ДР_А⁹ + ДР_А⁸ )= Р¹⁰+( Р¹⁰- Р⁷ - ДР^5-1 ), (10)

де ДР^5-1 - зміна тиску в результаті природного чинника.

Сценарій зміни тиску повітря на рівні моря у помірних широтах до середини ХХI століття в результаті впливу природного чинника:



Р = Р¹⁰ + ДР^5-1 = Р¹⁰ + Р⁵ - Р¹ (11)

Сценарій зміни тиску повітря у помірних широтах до середини ХХI століття в результаті впливу природно-антропогенного чинника:

Р =Р¹⁰ + ДР^10-7= Р¹⁰ + Р¹⁰- Р⁷=2ЧР¹⁰- Р⁷ (12)

Сценарій зміни тиску повітря на рівні моря в результаті впливу антропогенного чинника показав (рис.4), що по відношенню до поточного поля приземного тиску помірних широт Північної півкулі повинна посилюватися циклонічна діяльність у північних широтах. При цьому повинен посилюватися Канадський максимум і слабшати Сибірський максимум. Такий розподіл тиску повітря над Північною півкулею сприятиме частому вторгненню холодного повітря на територію Північної Америки і на південь північної Атлантики. У той же час на Євроазіатському континенті слід чекати теплі зимові погодні умови. У північних широтах можливе збільшення опадів.

Сценарій зміни тиску повітря в результаті впливу природного чинника (рис.5) показав, що по відношенню до поточного поля тиску циркуляція атмосфери набуватиме різко вираженого меридіонального характеру. В результаті цього погодні умови в зимовий сезон до середини XXI століття стануть аномальними.

Розвиток Сибірського антициклону створить морозні умови в Європі. Опускання Ісландського мінімуму і Алеутської депресії спричинить за собою проникнення арктичного повітря у південні широти Північної півкулі. В цілому, погодні умови у Північній півкулі повинні в окремі дні мати рекордні значення похолодань, опадів і штормових вітрів.

Сценарій зміни тиску повітря в результаті впливу природно-антропогенного чинника показав (рис.6), що по відношенню до поточного поля тиску помірних широт Північної півкулі циркуляція атмосфери мало зміниться. Алеутський мінімум залишиться практично без змін за географічним положенням і за значеннями в центрі. Канадський максимум загостриться і розшириться на північний захід, скоротивши територію Ісландського мінімуму. Північно-Атлантичний гребінь зміститься до заходу на 30^о, розширивши територію Європейської улоговини і зменшивши територію Ісландського мінімуму з півдня. Ісландський мінімум поглибиться, його східна периферія опуститься на південь, відокремлюючи від Сибірського максимуму гребінь.

На території Європи відбуватиметься формування області високого тиску. Сибірський максимум послабшає. Процеси набудуть зонального характеру. Такий розподіл приземного тиску сформує теплі умови на території Європи і України. В результаті цього погодні умови у зимовий сезон до середини XXI століття будуть зберігатися. Стан центрів дії атмосфери до середини XXI століття буде мало змінений, і тому при цій циркуляції атмосфери формуватимуться теплі зимові погодні умови з різкою зміною в окремі дні, коли можливі сильні снігопади, шторм, різкі перепади температури повітря.

Треба підкреслити, що отримані в даному підрозділі результати сценаріїв підтверджують раніше отримані в підрозділі 4.4 сценарії поля тиску на рівні моря для третього десятиліття XXI століття.



ВИСНОВКИ

1. До кінця першого періоду глобального потепління основну роль взимку над Північною півкулею відігравали Сибірський максимум, який створював холодні і сніжні зими на території Європи і України, і Ісландський мінімум, який сприяв підвищенню температури над територією Північної Америки.

2. Поля тиску взимку упродовж періоду стабілізації зберігаються на рівні кінця першого періоду потепління.

3. Перетворення поля тиску на рівні моря, що відбулося в період другого глобального потепління в цілому над Північною півкулею, а також над Атлантико-Європейським сектором, повернуло до характеру просторового розподілу поля тиску повітря в першому десятилітті ХХ століття.

4. Аналіз різниці фазових кутів інтегральних характеристик поля тиску сусідніх десятиліть показав, що найбільший зсув великомасштабної циркуляції атмосфери до заходу відмічався у період стабілізації і відповідав в більшості регіонів Північної півкулі аномально холодному температурному режиму взимку. Найбільший зсув великомасштабної циркуляції атмосфери на схід відзначався на початку і у кінці ХХ століття при режимі підвищеної зимової температури над Північною півкулею. Характер зсуву циркуляції атмосфери протягом ХХ століття дозволяє припустити у наступні десятиліття зсув сучасного положення циркуляції атмосфери на захід, що принесе холодні зими у більшість регіонів Північної півкулі.

5. Найбільш і найменш імовірні типи синоптичних процесів в останні десятиліття формуються на «смугах тепла». Перший тип визначається обширним антициклоном, стійким у часі і просторі з аномально теплими сухими процесами в усі сезони в Європі і Україні. Другий тип призводить до стихійних метеорологічних явищ на вузькій області низького тиску великої протяжності.

6. Отримано нові сценарії зміни тиску повітря на рівні моря над Північною півкулею, які дозволяють завчасно розрахувати погодні умови над Північною півкулею, Атлантико-Європейському секторі і в Україні під впливом антропогенного, природного і природно-антропогенного чинників до середини і протягом трьох перших десятиліть ХХI століття.

7. Оцінку запропонованих сценаріїв проведено на незалежному матеріалі окремих десятиліть. Прогноз на поточне десятиліття йде за сценарієм природно-антропогенного чинника. Запропоновані в дисертації сценарії зміни тиску повітря і погодних умов до середини ХХI століття можуть бути використані у плануванні майбутнього соціально-економічного розвитку України.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Мартазинова В.Ф. Влияние геофизических факторов на атмосферные процессы / В.Ф. Мартазинова, Д.Ю.Чайка // Наук.праці УкрНДГМІ.- 2002 - Вип.250. - С.115-123. (здобувачу належить виконання поставлених задач, проведення розрахунків та спільний аналіз отриманих результатів).

2. Мартазинова В.Ф. Изменение крупномасштабной атмосферной циркуляции на протяжении ХХ века и ее влияние на погодные условия и региональную циркуляцию воздуха в Украине/ В.Ф. Мартазинова, Е.К.Иванова., Д.Ю.Чайка//Геофизический журнал.-2006.- т.28, .№1 -С.51-60. (здобувачу належить виконання поставлених задач та спільний аналіз отриманих результатів).

3. Мартазинова В.Ф. Влияние глобального потепления на изменение крупномасштабной атмосферной циркуляции и формирование аномальных погодных условий в Украине./ В.Ф. Мартазинова, В.Г. Бахмутов, Д.Ю.Чайка// “Доповіді” НАН України.-2006-№2 -с.105-110. (здобувачу належить виконання поставлених задач та спільний аналіз отриманих результатів).

4. Чайка Д.Ю. Связь крупномасштабной атмосферной циркуляции с землетрясениями в Атлантико - Европейском секторе /Д.Ю.Чайка, В.Ф.Мартазинова// Российский геофизический журнал.-2006.-№43-44.-С.30-35. (здобувачу належить виявлення географічного положення вісей низького тиску та пов'язаних з ними сейсмічних зон та спільний аналіз отриманих результатів).

5. Мартазинова В.Ф. Изменение атмосферной циркуляции в Северном полушарии в течении периода глобального потепления в ХХ веке./ В.Ф.Мартазинова, Е.К.Иванова, Д.Ю.Чайка //Український географічний журнал. -2007.- №3- С.10-20. (здобувачу належить виявлення особливостей зміни великомасштабної атмосферної циркуляції над Північною півкулею і спільний аналіз отриманих результатів).

6. Мартазинова В.Ф. Изменение поля давления января на протяжении ХХ ст. на территории Атлантико-Европейского сектора./ В.Ф. Мартазинова, Д.Ю.Чайка// Метеорологія, кліматологія та гідрологія.-2008.-№50, ч.1.-С.25-30. (здобувачу належить виконання поставлених задач та спільний аналіз отриманих результатів).

7. Чайка Д.Ю. Влияние процессов литосферы на синоптические процессы и их стихийные явления /Д.Ю.Чайка, В.Ф.Мартазинова// Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды ENVIROMIS 2004: тезисы докл.-Томск, 2004.-С. 133-134. (здобувачу належить проведення розрахунків розкладання в ряд Фур'є осереднених по довготам за кожний день баричних полів з періодом в 1 місяць та спільний аналіз отриманих результатів).

8. Мартазинова В.Ф. Наблюдения из космоса атмосферных процессов перед землетрясением / В.Ф.Мартазинова, Е.К.Иванова, Д.Ю.Чайка// Сб.тезисов. IV Украинская конференция по космическим исследованиям, 19-26.09.2004 Крым, Понизовка.-2004.- С.63. (здобувачу належить виконання поставлених задач та спільний аналіз отриманих результатів).

9. Чайка Д.Ю. Связь крупномасштабной атмосферной циркуляции с землетрясениями в Атлантико-Европейском секторе / Д.Ю.Чайка, И.Н.Крупельницкая // Сб. тезисов. Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов Геофизика-2005, 12-15 сент.2005, Санкт-Петербург .-2005.-С.303-305. (здобувачу належить виявлення географічного положення вісей низького тиску та пов'язаних з ними сейсмічних зон та спільний аналіз отриманих результатів).

10. Чайка Д.Ю. Изменение среднемесячного барического поля января на протяжении ХХ ст. на территории Атлантико-Европейского сектора и сценарии его дальнейшего преобразования под влиянием различных факторов /Чайка Д.Ю.// Тези доповідей другої міжнар. наук.-техн. конф., присвяченої 75-річчю Одеського державного екологічного університету „Навколишнє природнє середовище-2007: актуальні проблеми екології та гідрометеорології, інтеграція освіти і науки”.-Одеса, 2007.-С.184.

11. Tymofeev V.E. Present-day climate of Eastern Europe as viewed against atmospheric circulation change /V.E.Tymofeev, Martazinova V.F., Ivanova E.K., Chayka D.Y.// Scientific International Conference “The Climate of Poland in Historical Times in Relation to the Climate of Europe”, 11-13.10.2007.-Torun, 2007.- P.62-64. (здобувачу належить виявлення особливостей великомасштабної циркуляції атмосфери Північної півкулі та спільний аналіз отриманих результатів).

12. Martazinova V.F. Atmospheric circulation in the Northern Hemisphere and in the Arctic area during the recent warming / V.F.Martazinova, D.Y.Chayka // Abstract volume. SCAR/IASC IPY Open Science Conference, St.Petersburg, July 8-11, 2008.- St.Petersburg , 2008.-P.180. (здобувачу належить виконання розрахунків та спільний аналіз отриманих результатів).

Размещено на Allbest.ru

...