1. Skip to Menu
  2. Skip to Content
  3. Skip to Footer


Сезонные индексы блокирования западного переноса в умеренных широтах Северного полушария в 2013 г.


С. н. с. Отдела климатологии ВНИИГМИ-МЦД, к. г. н. Клещенко Л.К. ( Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. )
Зав. лаб. ИГКЭ, д. ф.- м. н. Ранькова Э.Я. ( Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. )

С процессами блокирования в Северном полушарии обычно связаны существенные климатические аномалии, такие как засухи, наводнения, длительные периоды жаркой либо холодной погоды и т.д. Примером из недалекого прошлого может служить аномально жаркое лето на Европейской территории России в 2010 г. Поскольку с такими аномалиями могут быть связаны существенные экономические потери, изучение процессов блокирования продолжает оставаться одной из важных задач климатических исследований.

Исходные данные и метод анализа

В основу метода, используемого в настоящей работе для выделения эпизодов блокирования западного переноса в Северном полушарии, положен известный факт длительного существования в этот период малоподвижного, высокого гребня или антициклона. Алгоритм идентификации таких ситуаций построен на анализе временных рядов отклонений геопотенциала H500 в узлах регулярной координатной сетки от среднеширотных значений – VLH [2, 3].

Эпизод блокирования в точке определяется как отрезок временного ряда VLH(t) длиной VD, в течение которого положительные значения VLH, превышающие пороговое значение C0, сохраняются не менее 7 дней (допускается двухдневный перерыв). Для каждого такого локального эпизода определяются индивидуальные характеристики, основными из которых являются его продолжительность и интенсивность (суммарная для эпизода величина превышения значений VLH уровня С0). По индивидуальным характеристикам эпизодов блокирования для каждого сезона рассчитываются интегральные характеристики – локальные сезонные индексы блокирования: число эпизодов блокирования NBL в рассматриваемой точке, суммарные за сезон продолжительность TD и интенсивность TIэпизодов блокирования. Эти индексы использовались нами в [1, 6, 7] при сопоставлении режимов циркуляции в средней тропосфере по данным наблюдений, климатического моделирования и различных версий реанализа.

В данной работе использованы ежедневные данные геопотенциала H500 в узлах регулярной сетки 2.5x2.5° за 1948-2013 гг. (массив сформирован c.н.с. ИГКЭ Смирновым В.Д. по данным реанализа NCEP/NCAR[11]). В настоящее время данные реанализов нашли широкое применение в гидрометеорологических исследованиях, поскольку они доступны, не содержат пропусков, имеют высокое пространственное разрешение и продлеваются в реальном времени. Соответствие полей геопотенциала Н500 по данным реанализа и аэрологическим наблюдениям отмечено во многих работах (например, [9, 10]). В частности, в работе [1] нами показано также и соответствие рассчитанных по этим данным характеристик эпизодов блокирования.

Индивидуальные и интегральные характеристики эпизодов блокирования, а также их статистики, были получены по этим данным в широтном поясе 47.5-65° с. ш. Оценки статистик рассчитаны по данным всего ряда (1949-2013 гг.) и для периода 1976-2013 гг. (период наиболее интенсивного современного глобального потепления [8]).

Расчеты выполнены для четырех 120-дневных сезонов (календарные сезоны, продленные в обе стороны на 15 дней, чтобы не потерять эпизоды блокирования на границах сезона): зима – [16.11, 16.03], весна – [15.02, 16.06], лето – [17.05, 16.09], осень – [17.08, 16.12]. В качестве уровня С0 использованы стандартные отклонения VLH для центральных месяцев сезонов, рассчитанные за период 1961-2010 гг. Поскольку основные особенности долготного распределения различных характеристик эпизодов блокирования похожи, будем рассматривать только одну из них – суммарную за сезон продолжительность эпизодов блокирования TD. Отметим дополнительно, что по сравнению с ранее выполненным исследованием этой же характеристики по данным за 1951-2006 гг. [4, 5], основные сезонные и географические особенности распределения ее средних многолетних значений («норм») практически не изменились, тогда как картина сезонных трендов в исследуемых рядах изменилась весьма существенно.

Основные сезонные и географические особенности распределения средней многолетней продолжительности эпизодов блокирования в умеренных широтах Северного полушария
На рис. 1 для каждого из четырех сезонов показано изменение статистик индекса TD за период 1976-2013 гг. вдоль параллели 55º с. ш. (параллель выбрана как наиболее представительная для территории России в широтном поясе 47.5-65с.ш.). Как следует из рисунка, в умеренных широтах Северного полушария во все сезоны выделяются два сектора активного блокирования: атлантико-европейский и североамериканский. В первом из них наибольшая продолжительность блокирования отмечается зимой и только в этот сезон район наиболее активного блокирования расположен не на континенте, а в восточном секторе Северной Атлантики. От зимы к лету область активного блокирования ослабевает и смещается в восточном направлении, достигая центральных районов европейской территории России. Дополнительно летом на западе Якутии формируется вторичный максимум. Второй, североамериканский сектор активного блокирования приходится на западные районы Северной Америки. По сравнению с атлантико-европейским сектором, он характеризуется большей межсезонной устойчивостью – его смещение на восток от зимы к лету незначительно. Во все сезоны активность блокирования в североамериканском секторе меньше, чем в Европе.

Рис. 1. Оценки статистических характеристик (за 1976-2013 гг.) сезонной продолжительности эпизодов блокирования на параллели 55º с. ш.: E среднее многолетнее значение, B угловой коэффициент линейного тренда, D вклад линейного тренда в дисперсию ряда.

Оценки многолетних изменений сезонных индексов блокирования
Оценки многолетних изменений суммарной (за сезон) продолжительности эпизодов блокирования TD для зоны 50-65° с. ш. в период 1976-2013 гг. представлены на рис. 1 двумя характеристиками линейного тренда: коэффициентом тренда (синие и красные вертикальные отрезки) и его вкладом в дисперсию ряда (черная кривая). Области с существенным (более 15%) вкладом тренда в дисперсию (как положительного, так и отрицательного) отмечаются в рассматриваемом широтном поясе во все четыре сезона, но большей частью имеют небольшую долготную протяженность. Ниже, при выделении областей максимальных трендов, будет пониматься максимум по интенсивности тренда (по модулю коэффициента b).

Для зимнего сезона можно отметить две незначительные области с отрицательным трендом индекса TD (ослабление блокирования), обе – в Евразии, в окрестности меридианов 30 и 90 в. д. Вторая область заметно более обширная и расположена южнее: максимальные значения тренда (b = -8дней/10лет, D= 22%) зафиксированы на 50° с. ш.

Для весеннего сезона отмечаются три области с тенденцией к уменьшению продолжительности блокирования. Наиболее обширная из них занимает Европейскую территорию России, где величина тренда достигает -8дней/10лет при вкладе в дисперсию 29%. Вторая область с отрицательным, но менее интенсивным, трендомTD расположена на западе Канадского сектора (b=-6дней/10лет, D=17%), а третья, с отрицательным трендом много меньшей протяженности, – на западе Северной Атлантики. Область с существенным положительным трендом продолжительности блокирования в весенний сезон (b = 8дней/10лет, D = 30%) отмечается на востоке России, в районе полуострова Камчатка (усиление процессов блокирования).

В летний сезон обширная область с отрицательным трендом TDв 1976-2013 гг. занимает почти всю акваторию Атлантического океана рассматриваемой широтной зоны; тренд достигает максимума b = -5дней/10лет в ее южных районах, где описывает до 25% полной дисперсии. Вторая область ослабления блокирования в этот период находится на территории Западной Сибири (b=-5дней/10лет, D=17%). Между ними на европейской территории России расположена область существенного положительного тренда с максимумом на параллели 55° с. ш. (b=+6дней/10лет, D=17%). Отмечается еще и третья область отрицательного тренда в западных районах Северной Америки, но здесь вклад тренда в суммарную дисперсию не достигает 10%.

Области существенного тренда индекса TD для осеннего сезона весьма незначительны по площади. Одна из них, с тенденцией к ослаблению блокирования, расположена в восточных районах Западной Сибири; максимальный тренд наблюдается в этой зоне южнее 55° с. ш. (b= -6дней/10лет, D = 20%). Область с увеличением суммарной продолжительности эпизодов блокирования отмечается в Тихом океане, севернее 55-й параллели (b=+3дней/10лет, D=21%). В остальных областях вклад тренда в суммарную дисперсию не достигает 10%.

В таблице представлены оценки статистических параметров, рассчитанные для рядов суммарной продолжительности эпизодов блокирования, осредненной по 40-градусным участкам параллели 55° с. ш. Они характеризуют многолетние изменения индекса TD в трех регионах России вдоль выбранной параллели: на ее европейской части (20-60° в. д.), в Западной (60-100° в. д.) и Восточной (100-140° в. д.) Сибири. Оценки приведены для двух периодов: 1949-2013 гг. и 1976-2013 гг. Многолетние (на всем периоде) изменения осредненных значений индексов TD характеризуются сравнительно незначительными трендами на фоне большой межгодовой изменчивости (тренд объясняет не более 8% суммарной изменчивости). Однако, в период с 1976 года в изменениях суммарной продолжительности блокирования на европейской части России, согласно полученным оценкам, линейные тенденции проявляются более определенно (рис. 2). В весенний сезон здесь отмечается уменьшение продолжительности эпизодов блокирования
(b=-3дней/10лет, D=14%) , а в летний сезон – ее увеличение (b=+3дней/10лет, D=11%).

Таблица. Статистические оценки сезонной продолжительности блокирования
на территории России, 55° с. ш.

Сезон

Сектор,
° в. д.

1949-2013гг.

1976-2013 гг.

E

S

b

D

E

S

b

D

Зима

20-60

29.8

13.1

0.1

0.0

29.4

11.2

-1.0

1.0

60-100

26.1

13.1

-0.3

0.2

26.0

13.7

-1.7

2.0

100-140

2.4

2.7

0.1

0.4

2.9

2.9

-0.6

5.5

Весна

20-60

37.7

11.9

-1.2

3.9

37.0

12.3

-4.1

13.7

60-100

21.5

9.8

0.2

0.2

22.8

9.9

-1.2

1.8

100-140

2.3

2.7

0.4

7.3

3.0

3.3

0.1

0.1

Лето

20-60

30.4

11.7

0.8

1.8

30.9

12.1

3.7

11.2

60-100

17.7

8.6

0.1

0.1

18.8

8.7

-1.7

5.0

100-140

14.9

10.2

1.4

7.5

16.9

10.1

1.0

1.1

Осень

20-60

30.2

12.4

-0.4

0.4

29.3

12.2

1.1

1.0

60-100

17.1

9.4

0.8

2.6

18.9

10.0

-1.6

3.3

100-140

2.9

3.4

0.1

0.1

3.2

3.5

-0.6

3.7

Примечание: E– среднее значение (дни), S – стандартное отклонение (дни),bкоэффициент линейного тренда (дни/10 лет), Dвклад тренда в дисперсию ряда (%).


Рис. 2. Многолетние изменения сезонной продолжительности эпизодов блокирования в регионе (55º с. ш.; 20-60º в. д.), 1948-2013 гг.

Особенности процессов блокирования в широтном поясе 50-65º с. ш. в 2013 г.
На рис. 3 для каждого сезона представлено изменение суммарной (за сезон) продолжительности эпизодов блокирования TD вдоль параллели 55° с. ш. (в зависимости от долготы). Приведены оценки за 2013 год (вертикальные отрезки) на фоне средних многолетних значений за 1976-2013 гг. (зеленая кривая).

Рис. 3. Сезонная продолжительность эпизодов блокирования на параллели 55º с. ш.: в среднем за 1976-2013 гг. (зеленая кривая) и в 2013 г. (вертикальные отрезки)

Зима. Зимний сезон 2012-2013 г. в рассматриваемом широтном поясе характеризуется отсутствием активных процессов блокирования. Повсеместно преобладали отрицательные аномалии суммарной за сезон продолжительности эпизодов блокирования (наблюдаемая в 2013 г. сезонная продолжительность «блоков» ниже средних многолетних значений за 1976-2013 гг.). В результате, среднеширотная сезонная продолжительность блокирования зимой 2013 г. оказалась существенно ниже «нормы» на всех широтах; аномалия составила в северо-западных районах Европы до -40 дней, на юго-востоке Западной Сибири до -32 дней, а на западе Северной Америки до -28 дней. Активное блокирование (продолжительность «блоков» выше «нормы») наблюдалась в районе Уральских гор (центр на 60° с. ш., аномалии до +16 дней) и на юго-востоке Атлантики (аномалии до +22 дней).

Весна. Для весны 2013 г. в поясе 50-65º с. ш., как и для зимы, характерно слабое развитие блокирующей активности – среднеширотная продолжительность блокирования на всех широтах ниже нормы. Области положительных аномалий отмечались на океанических акваториях (на севере Атлантического океана до +18 дней и на юго-востоке Тихого океана более +30 дней) и на крайнем северо-востоке России (с максимальными значениями до +19 дней). На континентах рассматриваемого широтного пояса преобладали отрицательные аномалии, достигавшие -32 дней в Восточной Европе и -28 дней в Северной Америке.

Лето. В этот сезон распределение аномалий индекса TD существенно изменилось. Самая обширная и мощная область активного блокирования сформировалась на западе Северной Америки и в прилегающей акватории Тихого океана. Максимальные значения аномалий (до +49 дней) отмечались в северо-западных районах континента. Кроме того, область положительных аномалий TD наблюдалась на европейской территории России (до + 26 дней на параллели 55° с. ш. и до +36 дней в более северных районах), а также на крайнем юго-востоке Атлантического океана (до +26 дней на 55° с. ш. и до +36 дней в более южных широтах). Между этими двумя областями над Западной Европой сохранился очаг отрицательных аномалий TD до -22 дней. Отрицательные аномалии до -24 дней сохранились и в азиатской части России. Слабые отрицательные аномалии наблюдались на большей части Северной Атлантики и на востоке Северной Америки.

Осень. Основные особенности осеннего сезона 2013 г. связаны с ослаблением антициклонической деятельности на европейской части России, в результате чего вся рассматриваемая широтная зона Евразийского материка, как и в весенний сезон, оказалась занята отрицательными аномалиями индекса TD. В западном полушарии долготное положение аномалий принципиально не изменилось: сохранялись существенные положительные аномалии TD в Северной Америке (более +40 дней), а также в Тихом и Атлантическом океанах.

Таким образом, в 2013 г. на территории России положительные аномалии индекса блокирования TDотмечались только в летний сезон. В ее европейской части в районе Москвы наблюдалось четыре периода с устойчивой антициклонической циркуляцией, которые можно отнести к эпизодам «потенциального» блокирования. Первый из них начался еще в мае и согласно полученным оценкам продолжался по 6 июня. Даты других периодов: 10-17 июня, 24 июня-7 июля, 6-23 августа. Суммарная продолжительность устойчивой антициклонической циркуляции в этом районе составила 64 дня, а ее аномалия достигла +27 дней. В результате лето в Москве было относительно теплым: в среднем за сезон температура воздуха составила здесь +19.0ºС, аномалия +1.9ºС.

 

Список литературы

1. Аристова Л.Н., Клещенко Л.К., Груза Г.В., Ранькова Э.Я., 2004: Характеристики эпизодов блокирования в Северном и Южном полушариях. Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 200-летию Казанского университета (Казань, 9-21 октября 2004 г.), 265-267.
2. Груза Г.В., Коровкина Л.В., 1991: Климатический мониторинг процессов блокирования западного переноса в Северном полушарии. Метеорология и гидрология, № 8, 11-17.
3. Груза Г.В., Коровкина Л.В.,1991: Сезонные особенности пространственного распределения индексов блокирования в Северном полушарии. Метеорология и гидрология, № 3, 108-110.
4. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Клещенко Л.К., Аристова Л.Н.,2003: Статистический анализ сезонных индексов блокирования в Северном полушарии. Труды ВНИИГМИ-МЦД, вып.171, 127-150.
5. Клещенко Л.К., Аристова Л.Н., Груза Г.В., Ранькова Э.Я., 2003: Сезонные индексы блокирования в северном полушарии:  статистический режим по реальным и модельным данным. Всемирная конференция по изменению климата. Москва, 29 сентября-3 октября 2003г. Тезисы докладов. – М.: ИГКЭ, с. 410.
6. Клещенко Л.К., Ранькова Э.Я., 2007: Оценкивоспроизведения моделью ИВМ РАН характеристик циркуляции в средней тропосфере. Труды ВНИИГМИ-МЦД, вып.173, 113-127.
7. Клещенко Л.К., Ранькова Э.Я., 2010: Характеристики блокирования в средней тропосфере: сопоставление оценок по данным реанализов NCEP/NCAR и JRA. Труды ВНИИГМИ-МЦД, вып. 175, 144-158.
8. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Том 1. Изменения климата / Под ред. А.Н. Бедрицкого и др. – М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), 2008. Т. 1. – 228 с.
9. Рубинштейн К.Г., Стерин А.М.,2002: Сравнение результатов реанализа с аэрологическими данными. Изв. РАН, ФАО, т. 38, № 3, 301-315.

10. Хан В.М., Стерин А.М., Рубинштейн К.Г., 2003: Оценки трендов температуры в свободной атмосфере по данным реанализа и радиозондовым наблюдениям. Метеорология и гидрология, № 12, 5-18.
11. Kalnay E. et al.,1996: The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 437-484.