close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000100946

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Егоров Александф Геннадьевич
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ
Л Е Д О В Ы Х У С Л О В И Й В АРКТИЧЕСКИХ М О Р Я Х РОССИИ
В С В Я З И с МНОГОЛЕТНИМИ БАРИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ
В АРКТИКЕ
Специальность 25.00.28 - океанология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
докторагеографическихнаук
Санкт-Петербург - 2005 г.
Работа
выполнена
исследовательском институте.
в
Арктическом
Официальные оппоненты:
доктор географических наук,
старший научный сотрудник
доктор физико-математических наук.
профессор
доктор географических наук,
профессор
и
антарктическом
научно-
Зубакин Геннадий Константинович
Распопов Олег Михайлович
Смирнов Николай Павлович
Ведущая организация:
Санкт-Петербургский Государственный университет.
Защита состоится 3 ноября 2005 года в 13 часов на заседании
диссертационного совета Д 327.002.01 при Арктическом и антарктическом научноисследовательском институте по адресу: 199397, Санкт-Петербург, ул. Беринга, д. 38.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
антарктического научно-исследовательского института.
Автореферат разослан " 3 " о<А^«й-^7ьи.
Ученый секретарь диссертационного совета—
7^
<.'
Арктического
и
2005 г.
/^l-y'^^
^■^. Радионов
ЮЬМ
19S09
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Ледяной покров является ведущей физико-географической особенностью и
наиболее хараюгерным природным отличием арктических морей России. Арктические
льды служат основным препятствием для экономически эффективного судоходства по
трассам Северного морского пути - кратчайшей морской артерии, связывающей
западные и восточные окраины евразийского материка. Тяжелые ледовые условия
представляют собой главную угрозу для экологически безопасной добычи и
транспортировки углеводородов полярных месторождений Российского Севера.
Наконец, морские льды являются важной - хоть и небольшой по размерам - частью
климатической системы северного полушария Земли. Изменчивость ледовых условий
- как сезонная, так и межгодовая - является естественным регулятором хозяйственной
деятельности в арктических морях, а также индикатором климатических
трансформаций в высоких широтах. Поэтому неудивительно, что закономерности
формирования ледовых условий арктических морей традиционно являются одной из
приоритетных целей отечественных полярных исследований. Отсюда ясно, что
научная
актуальность
настоящей
диссертационной
работы
определяются
постоянством и нарастающим разнообразием российских социально-экономических и
геополитических интересов в Арктике и арктических морях, а также необходимостью
мониторинга, анализа и прогнозирования полярного и ледового климата.
Основной особенностью многолетней изменчивости ледовых условий в 20-м
веке является чередование сменяющих друг друга периодов потепления и
похолодания Арктики, уменьшения и увеличения площади ледяного покрова.
Относительно будущего состояния льдов арктических морей мнения исследователей
расходятся, однако наиболее распространенной является точка зрения об
однонаправленном уменьшении площади полярных льдов вследствие нарастающего
глобального потепления, которое имеет антропогенное происхождение (ACIA, 2004).
Повышение температуры воздуха и уменьшение ледовитости 1930-40-х гг., а также
понижение температуры воздуха и увеличение ледовитости 1960-70-х гг., обычно
принимают за следствие естественной изменчивости циркуляции, которая
интерпретируется как xapaicrepnoe внутреннее состояние самой атмосферы,
способной генерировать неограниченный по времени спектр собственных колебаний.
Однако уже для следующего потепления 1990-2000-х гг. оценки, основанные на
модельных имитациях, показывают, что одно лишь естественное воздействие вряд ли
объясняет наблюдаемые глобальные изменения, наиболее вероятную причину
которых находят в повышении концентрации парниковых газов. И хотя в докладе
Межправительственной группы экспертов по изменению климата и признается, что
наряду с антропогенным воздействием наиболее значимым фактором изменения
климата могут являться колебания солнечной активности, все-таки в исследовании
<*0С НАЦИОНАЛЬНА/ '
БИБЛИОТЕКА/
механизма такого влияния ощущается недостаток надежных теоретических основ и
данных наблюдений (Climate Change, 2001). Выполненные в последнее время проекты
по изучению климата Арктики свидетельствуют о сложной природе его современных
изменений, которая не может быть сведена только к антропогенному воздействию и
нуждается в дальнейших исследованиях (Алексеев, 2003).
Автор настоящей работы является сторонником предположения о
естественных, без влияния человека и продуктов созданной им цивилизации,
причинах наблюдаемых изменений в состоянии полярного и ледового климата. Такая
точка зрения имеет глубокие корни в отечественной традиции изучения Арктики
(Визе, 1944, Климатический режим Арктики на рубеже X X и X X I вв., 1991).
Предположение о солнечной активности, как возможной причине формирования
аномалий атмосферной циркуляции в Арктике и ледовых аномалий в арктических
морях, поначалу рассматривалось как многообещающая исследовательская гипотеза.
Удлинение цепочки причинно-следственных отношений за счет процессов,
протекающих за пределами земной атмосферы, и известная цикличность в изменении
солнечной активности, вселяли надежду на эффективность использования солнечноземных связей при диагнозе и прогнозе природных условий. Однако эти ожидания не
подтвердились. Ведущей гидрометеорологической причиной обоснованного скепсиса
к потенциалу солнечно-земных связей является недостаточный уровень изученности
функционирования циркуляционного механизма, который обеспечивает передачу
воздействующего сигнала от ритмов солнечной активности к колебаниям приземной
атмосферы.
Основной исследовательской установкой настоящей работы является
предположение о том, что формирование многолетних аномалий ледовых условий
арктических морей России определяется естественными вариациями атмосферной
циркуляции в Арктике и сопряженных с ними изменениями приземного давления
воздуха. В свою очередь, изменения давления не бессистемны, не хаотичны, но
определенным образом упорядочены. Основным инструментом такого естественного,
природного упорядочения является пространственное перераспределение приземного
давления воздуха в соответствии со структурой солнечного цикла. Усиление
солнечной активности в течение нескольких лет около циклического максимума
сопровождается формированием взаимосвязанных аномалий приземного давления
воздуха прютивоположного знака в приатлантической и притихоокеанской Арктике.
Пространственные и временные закономерности естественных изменений аномалий
давления делают возможным их интерпретацию как многолетних барических
колебаний. Эти колебания сопровождаются изменением гидрометеорологических
условий в северной полярной области, в том числе и ледовых условий в арктических
морях России.
С другой стороны, ледяной покров на акватории арктических морей России
является надежным показателем изменения атмосферной циркуляции, в том числе и
той ее составляющей, которая формируется под воздействием цикличности солнечной
активности. Геоп^афические особенности северо-евразийского мелководья делают
возможным проявление солнечно-атмосферных ритмов в виде реализации аномалии
ледовых условий в море и комбинации таких аномалий в нескольких смежных морях.
Как следствие, особенности распределения ледовых условий по пространству
арктических морей являются интегральным индикатором солнечно обусловленных
изменений в приземной атмосфере северной полярной области. Особо оговорим, что
исходный геофизический механизм, посредством которого происходит изменение
атмосферной циркуляции и возбуждение барических колебаний, современной науке
до сих пор неизвестен.
Таким образом, основной целью настоящего исследования является анализ
закономерностей формирования ледовых условий арктических морей, которые
проявляются в физико-географической среде сибирского мелководья в результате
воздействия той составляющей многолетней изменчивости атмосферной циркуляции
в Арктике, которая соответствует ритмике солнечной активности. Соответственно,
под
многолетними
барическими
колебаниями
понимаются
естественные
долгопериодные аномалии приземного давления воздуха, изменения которого в
пространстве и времени соответствуют годам усиления и ослабления солнечной
активности.
Методы исследования основаны на комплексном физико-географическом
подходе изучения природных объектов с применением методов статистического
анализа характеристик ледовых и гидрометеорологических условий.
Научная новизна состоит в том, что полученные в результате исследования
положения и выводы в совокупности представляют научное обобщение, которое
позволяет создать цельное, внутренне непротиворечивое представление о
согласованно функционирующем природном механизме, который обеспечивает
многолетнюю естественную изменчивость гидрометеорологических условий в
Арктике, включая закономерности формирования ледовых условий в арктических
морях России.
у^Р чяттрпу выносятся следующие положения:
1. Формирование климатических периодов потепления и похолодания
Арктики, многолетних изменений количества и распределения льдов в арктических
морях России в течение 20-го столетия может быть объяснено без привлечения
антропогенной гипотезы, исходя из естественных пространственно-временных
изменений
атмосферной
циркуляции
и
приземного
давления
воздуха,
соответствующих многолетней цикличности солнечной активности.
2. Усиление солнечной активности в солнечном цикле сопровождается
формированием взаимосвязанных
аномалий приземного давления воздуха
противоположного знака в приатлантической и притихоокеанской части Арктики.
Солнечно обусловленные барические колебания в холодный сезон года регулируют
интенсивность обмена между умеренными и высокими широтами и формируют
низкочастотное природное колебание, которое определяет естественные изменения
полярного климата в виде чередования потеплений и похолоданий с периодом 50-60
лет и соответствующего уменьшения и увеличения ледовитости арктических морей.
3. Закономерности барических колебаний в теплый сезон года определяют
крупномасштабные особенности распределения ледовых аномалий по акватории
северо-евразийского мелководья. Многолетнее формирование ледовой оппозиции
между западными и восточными арктическими морями России является природным
явлением с переменной повторяемостью, изменчивость которой регулируется
солнечно обусловленным режимом взаимосвязанных воздушных переносов к западу и
востоку от Северной Земли.
4. Высокоширотная область является регионом наибольшего размаха той
части естественных изменений давления воздуха, которые упорядочены в
соответствии со структурой солнечного цикла, и откуда солнечно обусловленные
барические колебания распространяются в умеренные и низкие широты. Комбинация
знака ледовых аномалий между арктическими морями России служит надежным и
объективным индикатором солнечно-земных связей.
Практическая значимость работы определяется углублением и расширением
знаний о масштабе и характере естественной изменчивости полярного климата и
закономерностях формирования многолетних периодов разрастания и сокращения
площади ледяного покрова в Арктике и арктических морях России, что может
способствовать реальной оценке возможных изменений природных условий в
будущем и выбору адекватного сценария реагирования на эти изменения.
Апробация работы
Результаты
исследования
докладывались
на
отечественных
и
международных семинарах, конференциях и симпозиумах: Всесоюзной конференции
"Морские льды и хозяйственная деятельность на шельфе" (1989 г.), I, I I , III, IV, V I
международных конференциях "Освоение шельфа арктических морей России" (1993,
1995, 1997, 1999, 2СЮЗ гг.). Российско-норвежском рабочем совещании (1995 г.),
международных конференциях РОАС'95 (1995 г.), РОАС'99 (1999 г.) и РОАС'01
(2001 г.), международной конференции ОМАЕ'99 (1999 г.), IV Российской научнотехнической конференции "Современное состояние, проблемы навигации и
океанографии" (2001 г.), заключительной конференции международной программы
A C S Y S (2003 г.), заседании Океанографической комиссии Русского географического
общества (2003 г.), X I I I Гляциологическом симпозиуме "Сокращение гляциосферы:
факты и анализ" (2004 г.), а также на заседаниях Центральной методической комиссии
по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам при Гидрометцентре
Р Ф (1998-2003 гг.).
Кроме того, основные результаты работы докладывались на заседаниях
научного совета отдела ледового режима и прогнозов, секции океанологии и
ледоведения Ученого совета А А Н И И и итоговых сессиях Ученого совета ААНИИ. В
полном объеме диссертация была представлена на объединенном заседании секции
океанологии и ледоведения и секции метеорологии и геофизики Ученого совета
ААНИИ (май 2004 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано около 40 работ во всероссийских
изданиях (Доклады Академии наук. Метеорология и гидрология, Геомагнетизм и
аэрономия), изданиях А А Н И И (Проблемы Арктики и Антарктики, Труды ААНИИ), а
также в зарубежных изданиях.
Личный вклад автора заключался в сборе и обработке исходного материала,
постановке целей и задач исследования, их реализации, аналитическом обобщении
полученных результатов.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка
литературы, включающего 473 наименования. Объем работы составляет 327 страниц,
включая 100 рисунков и 96 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение представляет собой преамбулу последующего исследования, где
обосновывается актуальность работы, выполнен краткий обзор предыдущих
исследований, сформулированы цели и задачи диссертации, отмечена научная
новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения,
выносимые на защиту.
Первая глава "Формирование аномалий ледовых условий в арктических
морях России" включает ледово-географическое районирование акватории
арктических морей, исследование связанности ледовых условий пространственно
разнесенных
естественных
районов
и
гидрометеорологических
условий
формирования ледовой оппозиции и ледовой однородности, а также описание
используемых в работе ледовых и метеорологических данных.
Географические условия северной полярной области характеризуются
уникальным естественным разнообразием. Разделение природной целостности на
составные части в соответствии с характером ее внутреннего строения обеспечивает
достоверность и надежность информации о состоянии природной системы, а также
репрезентативность и адекватность исследовательских выводов об особенностях ее
функционирования. Поэтому районирование акватории является обязательным
предварительным этапом исследования природы арктических морей. Первые попытки
определения границ в расположении таксонов проводились в соответствии с
последовательностью открытия, изучения и освоения полярных акваторий. В
результате работ Колчака (1909), Шокальского (1918), Свердрупа (1930), Визе (1944),
Гордиенко (1945) было разработано деление арктических акваторий на моря, части
морей и ледяные массивы, положенное в основу системы гидрометеорологического
обеспечения судоходства на трассах Северного морского пути. В настоящей работе
выполнен
оригинальный
вариант
ледово-геофафического
районирования
арктических
морей,
учитывающий
пространственную
неоднородность
последовательности очищения акватории ото льдов. Основной таксономической
единицей является однородный ледовый район, под которым понимается закономерно
формирующаяся и режимно изменяющаяся часть моря с относительно однородными,
отличными от смежных акваторий, сезонными особенностями ледовых условий
(Крутских, 1978).
В соответствии с неоднородностью географических и ледовых признаков на
зональной акватории арктических морей, меридионально разделенных крупными
архипелагами и островами, выделено 15 однородных ледовых районов. На акватории
юго-западной части Карского моря выделено 3 района, северо-восточной части
Карского моря - 5 районов, моря Лаптевых - 4 района, Восточно-Сибирского и
Чукотского морей - 3 района. Показано, что различие количественных показателей
ледовых условий между однородными акваториями является доказательством
физико-географической обоснованности и статистической надежности проведенного
районирования. Ледово-географическое районирование позволяет проводить
количественный анализ особенностей формирования ледовых условий арктических
морей. Нормальное распределение адекватно описывает подавляющую часть
статистических особенностей анализируемой выборки. Районирование неоднородного
ледового
пространства
является
методологическим
аналогом
природных
закономерностей, приближающим способ исследования к физико-геофафическому
существу гидрометеорологических процессов (Спичкин, 1987).
Основу используемой в работе ледовой информации составляют карты
распределения сплоченности льдов в арктических морях в июне-сентябре за 19332003 гг., построенные в отделе ледового режима и прогнозов ААНИИ по данным
ледовой авиаразведки, попутных и специализированных судовых донесений, данных
наблюдений на полярных станциях, спутникового мониторинга. Единицей
определения пространственного расположения льдов различной сплоченности
является регулярный квадрат со стороной 50 км. Всего на акватории арктических
морей расположены 1085 элементарных квадратов. В качестве наиболее объективных
характеристик описания ледовых условий используются ледовитость (площадь льдов
любой сплоченности) и площадь сплоченных льдов (7-10 баллов). Временной
интервал наблюдений составляет 1 декаду. 10 декадных карт с конца июня по конец
сентября исчерпывающим образом описывают сезонные особенности изменения
ледовых условий в летний период.
Основу барической информации составляют карты о среднемесячном
распределении приземного давления воздуха за 1923-2003 гг. Северная полярная
8
область равномерно - примерно через 400 км - покрыта 195 узлами, в которых
снимались значения давления воздуха. Для упрощения процедуры анализа исходная
сетка может быть сведена в 21 обобщающий узел. Для исследования сопряженности
поля барики высоких и умеренных широт были использованы данные о давлении
воздуха по кругам 40° и 55° с.ш. через 30° долготы. Основу температурной
информации составляют данные о среднегодовых аномалиях приземной температуры
воздуха в циркумполярной зоне между 70° и 85° с.ш. за период 1923-2003 гг. Вся эта
информация собирается, обрабатывается и хранится в отделе долгосрочных
метеорологических прогнозов ААНИИ. Основу информации о среднемесячных
индексах арктической осцилляции за 1923-2003 гг. составляют данные Колорадского
университета (США) (электронный адрес: http://horizon.atmos.colostate.edu). В
качестве среднегодовых значений числа Вольфа в течение 16-23-го солнечных циклов
используются
данные
'Solar-Geophysical
Data'
(электронный
адрес:
http://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA).
Арктические
моря характеризуются
не только
пространственной
неоднородностью ледовых условий, что делает возможным их деление, но и обладают
очевидной ледово-географической целостностью, которая определяется, прежде
всего, наличием связей между ледовыми условиями пространственно разнесенных
морей и однородных районов. Установлено, что наиболее важной структурной
особенностью арктических морей является наличие аномально-оппозиционных и
аномально-однородных акваторий. Оппозиционные акватории составляют районы северо­
восточной части Карского моря, с одной стороны, и Восточно-Сибирского и Чукотского
морей, - с другой; характерной особенностью является формирование ледовых аномалий
протгивоположного знака в летний период. Однородные акватории составляют районы
юго-западной части Карского моря, с одной сторюны, и моря Лаптевых, - с другой;
характерной особенностью является формирование ледовых аномалий одинакового знака.
Сделан вывод, что различная мера связанности пространственно
разнесенных районов связана с особенностями крупномасштабного распределения
аномалий ледовых условий в арктических морях. Все разнообразие прюстранственной
неоднородности ледяного покрова может быть сведено в два класса - ледовой
оппозиции и ледовой однородности. Ледовая оппозиция заключается в формировании
в западном (северо-восточная часть Карского моря) и восточном (ВосточноСибирское + Чукотское моря) регионах сибирского шельфа противоположных по
знаку аномалий ледовых условий. Море Лаптевых является буфером с
равновероятным по знаку фоном ледовитости. Напротив, ледовая однородность
заключается в формировании одинакового знака ледовых аномалий сразу на всем
протяжении арктических морей - от Новой Земли до Берингова пролива. Каждый
календарный год может быть отнесен к одному из классов. Трудами большого
количества исследователей (Итин, 1933, Визе, 1944, Слепцов-Шевлевич, 1971,
Захаров, 1976, Ковалев, 1985) установлено, что ледовая оппозиция это не случайное и
мало значащее явление, но важная природная закономерность, которая реализуется на
более или менее длительных временных периодах.
В работе показано, что ледовая оппозиция формируется при устойчивом
стационировании в летний сезон центра аномалий давления к востоку от Северной
Земли, на меридиане моря Лаптевых. Противоположные по направлению воздушные
переносы в западных и восточных арктических морях образуют к западу от Северной
Земли и к востоку от Новосибирских островов ледовые аномалии противоположного
знака; при этом в северо-восточной части Карского моря и в Восточно-Сибирском
море наблюдается примерно одинаковый по величине модуль аномалий. Ледовая
однородность формируется при устойчивом стационировании зимой и в начале лета
центра аномалий давления к западу от Северной Земли, на меридиане Карского моря.
Одинаковые по направлению переносы образуют в арктических морях ледовые
аномалии одного знака; в море Лаптевых наблюдается максимум модуля аномалий.
Таким образом, пространственное смещение области наибольшей барической
изменчивости относительно Северной Земли приводит к целому спектру
гидрометеорологических изменений сибирского шельфа, наиболее важными из
которых являются пространственные особенности распределения аномалий ледовых
условий по акватории арктических морей России.
Вторая глава "Многолетние ледово-циркуляционные ритмы в Арктике и
арктических морях" содержит анализ ледовой классификации в виде комбинации
ледовых аномалий между арктическими морями как эффективного индикатора
атмосферной циркуляции в Арктике, исследование основных ритмов циркуляции
атмосферы в высоких широтах и ледовых условий в арктических морях, а также
многолетних особенностей формирования ледовой оппозиции и ледовой
однородности.
Ледовые и циркуляционные условия в Арктике создают единый
гидрометеорологический
комплекс,
взаимно
связанный
и
целостно
функционирующий. Изменчивость циркуляции формирует аномалии ледовитости, а
аномальность ледовых условий, в свою очередь, является индикатором режима
атмосферной циркуляции. Цельность ледово-циркуляционного подхода является
традиционной для отечественных арктических исследований, начиная с первого
метеорологического и ледового прогноза (Мультановский, 1915), первых обобщений
гидрометеорологического и ледового режима (Шокальский, 1918, Евгенов, 1930),
формулирования методических основ прогнозирования (Визе, 1944).
Классификация является одним из распространенных приемов анализа
ледового режима. Совпадение знака аномалии в однородных акваториях и
противоположность знака аномалии в оппозиционных акваториях позволяет
редуцировать ледовое разнообразие сибирского шельфа в три пространственных
группы: 1) юго-западная часть Карского моря + море Лаптевых (или только одно море
Лаптевых, если учесть, что в Ю З К М наблюдаются самые легкие - из всех морей 10
ледовые условия), 2) северо-восточная часть Карского моря, 3) Восточно-Сибирское
море + Чукотское море. В зависимости от сочетания знака аномалии среднесезонной
площади сплоченных льдов ледовые условия арктических морей в летний период сведены
в 8 характерных классов, по четыре сочетания в двух зеркально противоположных
комбинациях. Пространственное распределение аномалий между ледовыми районами
уникально для каждого класса.
Каждый календарный год может быть отнесен к одному из ледовых классов,
который формируется как результат типовых особенностей атмосферной циркуляции в
течение предшествующего года. Например, для класса ледовой однородности характерно
усиление зональной циркуляции, а для класса ледовой оппозиции - усиление
меридиональной циркуляции. Таким образом, особенности распределения ледовых
аномалий по пространству арктических морей могут служить надежным объективным
показателем для идентификации усиления форм атмосферной циркуляции. Как
известно, различные циркуляционные индексы широко используются при
метеорологическом анализе, как в зарубежных классификациях (Россби, 1951), так и в
отечественных (Дзердзеевский, 1945, Вангенгейм-Гирс, 1952, 1974, Кац, 1960,
Дмитриев, 1994). Интерпретация ледовой классификации как индикатора состояния
атмосферы делает возможным эвристическую замену поля макробарического рельефа
в Арктике на поле комбинации ледовых аномалий арктических морей и последующий
анализ последнего в отношении исследования многолетней преемственности ледовых
и циркуляционных условий.
В результате анализа установлено, что основной особенностью межгодовой
преемственности комбинации ледовых аномалий является преобладание двух
режимов преобразований. Для одного характерно сохранение исходного (однородного
или оппозиционного) сочетания, а для второго - нарушение исходного сочетания и
его трансформация в противоположное (однородного - в оппозиционное и
оппозиционного - в однородное). Двойной режим преобразований подвержен
ритмичности с шагом в 10-11 лет. Сохранение исходной комбинации отмечается в
течение нескольких лет подряд, затем ситуация изменяется - преобладающим
становится преобразование с нарушением исходной комбинации и т.д. Другой
особенностью межгодовой преемственности преобразований является устойчивое
сохранение
преобладающего
знака (положительного
или
отрицательного)
комбинации ледовых аномалий и изменение этого знака на противоположный;
периоды сохранения и изменения чередуются с интервалом в 20-22 года.
Суперпозиция
установленных
закономерностей
характеризует
межгодовую
преемственность состояния атмосферы в Арктике, которая заключается в ритмически
упорядоченном чередовании усиления зональной и меридиональной формы
циркуляции с шагом 10-11 лет, а также в смене циклонического и
антициклонического макробарического рельефа с шагом 20-22 года.
11
Ритмичность
в
состоянии
приземной
атмосферы
определяет
соответствующую изменчивость ледовых условий в арктических морях, которая
сводится к суперпозиции трех ритмов продолжительностью 20-30, 10-20 и 5-6 лет с
характерным обострением гидрометеорологических аномалий в оппозиционных или
однородных акваториях. Показано, что наиболее масштабная тенденция ледового
климата заключается в зональном смещении области наибольшей изменчивости
ледовых условий с западных арктических морей в 1930-60-е гг. (западное ледовое
колебание) на восточные арктические моря в 1970-20(Ю-е гг. (восточное ледовое
колебание). Причина западно-восточного ледового колебания определяется
пространственной изменчивостью атмосферной циркуляции относительно Северной
Земли: при расположении доминант макробарического рельефа к западу от
архипелага наибольшие ледовые аномалии наблюдаются в морях Карском и
Баренцевом, а при расположении доминант макробарического рельефа к востоку от
Северной Земли наибольшие ледовые аномалии наблюдаются в морях Лаптевых,
Восточно-Сибирском и Чукотском. Переход от западного ледового колебания к
восточному ледовому колебанию произошел вблизи границы 1960Г70 гг.
Каждое из ледовых колебаний, в свою очередь, состоит из двух стадий,
чередующихся по знаку аномалий. Сначала легкие условия (1930-50-е гг.) сменились
тяжелыми (1960-е гг.) при западном ледовом колебании, которое трансформировалось
в восточное ледовое колебание при тяжелых условиях (1970-80-е гг.), и сменивших их
легких (1990-20(Ю-е гг.). Причина существования стадий заключается в двух
вариантах пространственно зеркального, аномально противоположного расположения
барических доминант внутри текущего ледового колебания. Области наибольшего
размаха ледовых аномалий расположены: при западном колебании - в северо­
восточной части Карского моря, при восточном колебании - в Восточно-Сибирском
море. Независимо от пространственных и количественных особенностей 10-20-летней
изменчивости, также наблюдались периоды устойчивого сохранения знака аномалии
суммарной ледовитости арктических морей преобладающей продолжительностью 5-6
лет; наибольшие отклонения формировались в аномально однородных акваториях
(море Лаптевых и юго-западная часть Карского моря).
Третья глава "Связь солнечных циклов и аномалий ледовых условий
арктических морей" содержит анализ корреляций основных циклов солнечной
активности (солнечного цикла, двойного цикла, векового цикла) с количественными,
комбинационными и пространственными особенностями формирования ледовых
аномалий в арктических морях, а также обзор современных представлений о влиянии
солнечной
активности
на
формирование
аномалий
ледовых
и
гидрометеорологических условий на Земле.
Установленная в двух предыдущих главах ритмика циркуляционных и
ледовых изменений делает очевидным и естественным предположение, что их
природа связана с многолетней изменчивостью солнечной активности. Изучение
12
воздействия изменчивости активности Солнца на гидрометеорологические условия
Земли имеет длинную, богатую и противоречивую историю. Для упрощения анализа
и систематизации огромного количества исследований по проблеме "Солнце - Земля",
с одной стороны, и усвоения наиболее ценного из этих результатов, - с другой,
выполнена периодизация работ по солнечно-атмосферным связям. В зависимости от
времени открытия различных циклов в изменении солнечной активности, технологий
и способов исследования солнечных и атмосферных циклов, степени развития
гидрометеорологической науки, наличия необходимых данных наблюдений,
осмысления уникальности солнечно-атмосферных связей и других факторов четыре
столетия исследования проблемы разделены на б этапов: 1610-1850 гг., 1850-1900 гг.,
1900-30 гг., 1930-60 гг., 1960-90 гг., после 1990 г.
Наиболее сложным и до сих пор не решенным вопросом является механизм
связи активности Солнца с гидрометеорологическими явлениями Земли. Если на
начальных этапах исследования проблемы большее внимание уделяли анализу
корреляций между солнечными и гидрометеорологическими показателями, то по мере
развития исследований основной упор был смещен на поиск конкретного механизма
(или механизмов), обеспечивающего передачу воздействия от активности Солнца к
приземной атмосфере Земли (Витинский и др., 1976). В основу предлагаемых
механизмов были положены различные взгляды - от возможного влияния солнечной
активности на гравитационную и солнечную постоянные до гипотез о воздействии
химических, конденсационных и электрических процессов, индуцируемых
аномалиями волновых или корпускулярных потоков солнечной энергии (Herman and
Goldberg, 1978). Природный механизм воздействия солнечной активности на
приземную атмосферу Земли пока неизвестен. Ни одна из предложенных гипотез,
идей или соображений не может объяснить разнообразных и порой противоречивых
результатов корреляций солнечных и земных характеристик. Именно отсутствие
приемлемых физических механизмов является главным препятствием широкого
признания реальности воздействия солнечной активности на погоду и климат
(Хромов, 1973, Монин, 1980).
Представляется, что одним из наиболее перспективных путей анализа
является исследование гидрометеорологических последствий воздействия солнечной
активности на крупномасштабное колебательное перераспределение давления
воздуха. Солнечно генерированное формирование барических аномалий приводит к
соответствующим изменениям все составляющие гидрометеорологической оболочки
Земли (Максимов, 1970), включая ледовые условия в арктических морях (Купецкий,
1989). В связи с физической неопределенностью причинно-следственных отношений
солнечно-земных связей в настоящей работе под солнечной обусловленностью
изменений гидрометеорологических и ледовых показателей понимается совпадение
во времени солнечных и земных явлений, т.е. имеется в виду анализ коррелирующих
событий, минуя стадию выяснения причин установленных связей.
13
Выполнен анализ корреляций основных циклов солнечной активности с
аномалиями ледовых и гидрометеорологических условий в арктических морях.
Показано, что многолетние изменения солнечной активности в солнечном цикле
сопровождаются усилением определенной формы атмосферной циркуляции,
пространственным смещением доминант макробарического ландшафта относительно
Северной Земли (рис. 1), а также формированием соответствующих вариантов
комбинаций знака аномалий ледовых условий между арктическими морями России.
При увеличении солнечной активности (от -4-го до 0-го года цикла)
наблюдается усиление меридиональной циркуляции в зимний период, локализация
области наибольшей барической изменчивости к востоку от Северной Земли в летний
период, и, как следствие, формирование оппозиционной комбинации ледовых
аномалий в арктических морях с максимумом отклонений в северо-восточной части
Карского моря и в Восточно-Сибирском море. Напротив, при уменьшении солнечной
активности (от +1-го до +6-го года цикла) наблюдается усиление зональной
циркуляции в зимний период, локализация области наибольшей барической
изменчивости к западу от Северной Земли в летний период, и, как следствие,
формирование однородной комбинации ледовых аномалий в арктических морях с
максимумом отклонений в море Лаптевых. В 77% случаев ледовая оппозиция
формируется в годы усиления, а ледовая однородность в годы ослабления солнечной
активности в солнечном цикле. Неизменность чередования циркуляционных
сценариев в солнечном цикле приводит к формированию характерной ледовой
периодичности прюдолжительностью в половину солнечного цикла.
Рис. 1. Разница давления воздуха в мае-июне (мб) между годами тяжелых и легких
ледовых условий при усилении (а) и ослаблении (б) активности в солнечном цикле
14
Установлено, что изменения солнечной активности в двойном солнечном
цикле
сопровождаются
чередованием
преобладания
циклонического
и
антициклонического макробарического ландшафта в Арктике и соответствующим
изменением знака аномалий суммарной ледовитости арктических морей. Вследствие
этого, границы двойных циклов маркируют две крупномасштабные трансформации в
арктических морях: в первой половине 1960-х гг. ледовые условия существенно
ухудшились, во второй половине 1980-х гг. - существенно улучшились. Двойной
солнечный цикл разделяет климатически единое ледовое колебание на две части отрицательных и положительных аномалий. При этом области наибольшей ледовоциркуляционной изменчивости пространственно устойчивы относительно Северной
Земли.
Изменения
солнечной активности
в
вековом
солнечном
цикле
сопровождаются многолетним пространственным смещением области наибольшей
ледовой и циркуляционной изменчивости относительно Северной Земли. Длительное
увеличение солнечной активности в вековом цикле (16-19-й циклы) сопровождается
расположением наибольших метеорологических и ледовых аномалий в западных
арктических морях, на границе Арктики с Северной Атлантикой, и формированием
западного ледового колебания. Напротив, длительное уменьшение солнечной
активности в вековом цикле (20-23-й циклы) сопровождается расположением
наибольших метеорологических и ледовых аномалий в восточных арктических морях,
на границе Арктики с Северной Пацификой, и формированием восточного ледового
колебания.
Четвертая глава "Солнечная активность и барические колебания в Арктике"
является узловой во всей работе и включает исследования пространственновременных закономерностей формирования многолетних изменений приземного
давления воздуха в солнечных циклах, в двойных солнечных циклах, в вековом
солнечном цикле, в четных и нечетных солнечных циклах, в высоких и умеренных
широтах северного полушария Земли, а также по проблеме неустойчивости солнечноземных связей.
В
работе предложен оригинальный способ выделение солнечно
обусловленной части изменений давления воздуха, который заключается в разделении
солнечного цикла на две части: годы от -1-го до +2-го объединяются в период
повышенной солнечной активности, а годы до -1-го и после +2-го объединяются в
период пониженной солнечной активности. Разница между полем давления для
периода повышенной и периода пониженной солнечной активности показывает, какие
многолетние изменения в пространственном распределении приземного давления
воздуха происходят при усилении солнечной активности относительно ее
ослабленного состояния в текущем солнечном цикле. Описанная процедура
производится отдельно для каждого солнечного цикла, начиная с 16-го. Усиление
солнечной активности сопровождается формированием статистически значимых
15
многолетних аномалий приземного давления воздуха, которые характеризуются
сезонными отличиями для зимнего (октябрь-апрель) и летнего (май-июнь) периода.
Установлено, что в зимний период наблюдается формирование
взаимосвязанных аномалий противоположного знака между обширными регионами
приатлантической и притихоокеанской Арктики, которые разделены узловой линией,
на которой изменения давления отсутствуют (рис. 2). Отмечено два режима
макробарических колебаний. При одном сценарии (16-й, 17-й, 19-й, 22-й циклы) с
ростом солнечной активности происходит уменьшение давления на границе Арктики
с Атлантическим океаном и соответствующее увеличение давления на границе
Арктики с Тихим океаном (режим обратной солнечно-барической связи). При другом
сценарии (18-й, 20-й, 21-й, незакончившийся 23-й циклы) наблюдается прямо
противоположная картина: увеличение давления на границе Арктики с
Атлантическим океаном и соответствующее уменьшение давления на фанице
Арктики с Тихим океаном (режим прямой солнечно-барической связи).
Рис.2. Разница приземного давления воздуха (мб) в октябре-апреле между годами
повышенной и пониженной солнечной активности в 16-23-м солнечных циклах
Наиболее важной пространственной особенностью узловой линии
барических колебаний в зимний период является ее постепенное перемещение в
течение 16-22-го циклов из района Исландского минимума через акваторию
Северного Ледовитого океана в район Алеутского минимума. Точнее, один край этой
линии более или менее неподвижно "закреплен" вблизи материкового основания
Аляски, а другой последовательно продрейфовал с запада на восток от границы СЛО
с Атлантическим океаном через моря евразийского мелководья до границы СЛО с
Тихим океаном. Узловая линия наблюдалась: в 16-17-м циклах - в Гренландском и
16
Норвежском морях, в 18-м цикле - в Баренцевом море, в 19-м цикле - в Карском
море, в 20-м цикле - в море Лаптевых, в 21-м цикле - в Восточно-Сибирском море, в
22-м цикле - в Чукотском море (в среднем для 16-22-го циклов узловая линия
пересекает северное побережье Евразии вблизи Северной Земли). Текущий 23-й
солнечный цикл еще не закончился, однако предварительный анализ показывает, что
с 1996 года узловая линия барических колебаний начинает обратное движение - с
востока на запад.
В летний период усиление солнечной активности сопровождается, вопервых, понижением давления на полюсной оси, проходящей через геомагнитный и
географический полюса северного полушария, через о-в Элсмир и Северную Землю,
и, во-вторых, смещением центра этого понижения в виде круговой пучности по
полюсной оси между побережьем Северной Америки и Евразии. На восходящей ветви
векового цикла (16-18-й циклы) пучность смещается от Канады через полюс к
Сибири, при максимуме (19-21-й циклы) располагается над евразийским материком в
районе Таймыра или над сибирским шельфом, а на нисходящей ветви (22-23-й циклы)
вновь перемещается через полярный океан обратно в сторону Северной Америки
(рис. 3).
16 цикл
Л'
'^-^
Рис.3. Разница приземного давления воздуха (мб) в мае-июне между годами
повышенной и пониженной солнечной активности в 16-23-м солнечных циклах
Кажущаяся хаотичность чередования солнечных циклов с прямой и
обратной связью солнечных и барических показателей исчезает, если их
последовательно упорядочить в соответствии с двойным солнечным циклом, который
начинается с четного солнечного. Показано, что на границе двойных циклов всегда
наблюдается обязательный переход от прямого режима связи к обратному, или
17
наоборот. А внутри двойных циклов реализуется определенная последовательность
комбинаций режимов. В 1923-43-м гг. в течение двух солнечных циклов (16-го и 17го) существовал режим обратной связи, а в 1964-85-м гг. в течение двух солнечных
циклов (20-го и 21-го) существовал режим прямой связи. Наряду с этими удвоенными
колебательными доминантами наблюдались переходные состояния: 1944-63-й гг.,
когда в течение 18-го и 19-го циклов сочетались режимы прямой и обратной связи, и
1986-2007(?)-й гг., когда в течение 22-го и 23-го циклов сочетаются режимы обратной
и прямой связи. Таким образом, в течение последних 4 двойных солнечных циклов
наблюдается упорядоченный перебор всех возможных вариантов сочетаний режимов
прямой и обратной солнечно-барической связи между четными и нечетными
солнечными циклами.
Установленные закономерности изменения давления воздуха позволяют
сделать вывод, что в естественной изменчивости атмосферной циркуляции в Арктике
присутствует многолетняя составляющая, упорядоченно настроенная на структуру
солнечного цикла. Временная особенность барических изменений заключается в том,
что в течение нескольких лет резкого усиления солнечной активности в солнечном
цикле происходит формирование аномалий приземного давления, которое или
увеличивается или уменьшается, причем, эти изменения наблюдаются и в
приатлантической, и в притихоокеанской части Арктики. Пространственная
особенность барических изменений заключается в том, что эти аномалии давления в
двух частях Арктики взаимосвязаны и противоположны по знаку: рост давления на
западе Арктики сопровождается его падением на востоке Арктики, и наоборот.
Наличие двух сценариев изменений давления и их чередование от одного цикла к
другому позволяют интерпретировать эти изменения как волнообразные барические
колебания. Таким образом, под барическими колебаниями в настоящей работе
понимаются многолетние циклические аномалии приземного давления, изменения
которого в пространстве и времени соответствуют годам усиления и ослабления
солнечной активности.
Закономерности барических колебаний позволяют ввести объективный
показатель их количественного состояния. Для зимнего периода таким показателем
является осредненная по площади разница аномалий давления воздуха между
областями, расположенными к западу и к востоку от узловой линии; она показывает,
какие изменения происходили с приземным давлением воздуха при увеличении
солнечной активности в солнечном цикле. Отрицательный знак разницы указывает на
обратный режим солнечно-барической связи, при котором наблюдается понижение
давления воздуха на границе Арктики с Северной Атлантикой (1930-40-е и 1990-2000е гг.); а положительный знак разницы - на прямой режим связи, при котором
наблюдается повышение давления воздуха на границе Арктики с Северной
Атлантикой (1960-70-е гг.). Для летнего периода показателем является осредненная
для всей Арктики аномалия давления воздуха; отрицательный знак указывает, что
18
центр пучности расположен над акваторией полярного океана
вблизи
географического полюса, а положительный - что центр пучности сместился с океана
на материк в районе северной Евразии. Показатели для зимнего и летнего периодов
связаны друг с другом и исчерпывающе характеризуют сезонные особенности
колебаний в течение года.
Построена классификация барических колебаний в зависимости от режима
солнечно-барической связи (прямой/обратный) и фазы векового солнечного цикла
(рост/максимум/падение). Все разнообразие колебаний сведено в 4 класса. Показано,
что усиление вековой солнечной активности при обратном режиме солнечнобарической связи сопровождается углублением отрицательной пучности к западу от
узловой линии зимой и смещением центра пучности в сторону Евразии летом, а при
прямом режиме солнечно-барической связи - углублением положительной пучности у
западу от узловой линии зимой и смещением центра пучности в сторону Северной
Америки летом. В результате, вековое усиление солнечной активности приводит к
акцептации и увеличению амплитуды барических колебаний (колебательный аналог
закона
Федорова-Уокера)
вблизи
Гренландско-Скандинавского
перешейка,
соединяющего Арктику с Северной Атлантикой.
Установлено, что четные и нечетные солнечные циклы характеризуются
различными пространственными особенностями барических колебаний. В нечетных
циклах происходит активизация колебаний к западу от полюсной оси, так что
наибольший размах барических градиентов формируется на границе Арктики с
Атлантическим океаном. Напротив, в четных циклах происходит активизация
колебаний к востоку от полюсной оси, так что наибольший размах барических
градиентов формируется на границе Арктики с Тихим океаном. Как следствие,
солнечно обусловленные барические колебания в северной полярной области
являются естественным посредником, который сводит воедино многолетнюю
циркуляционную изменчивость Северной Атлантики, Арктики и Северной Пацифики
в целостную колебательную систему. С другой стороны, в четные циклы, когда
узловая линия расположена к востоку от Северной Земли, наблюдается заметное
увеличение (для зимнего сезона - в 5 раз) размаха колебаний давления воздуха по
сравнению с нечетными циклами, когда узловая линия расположена к западу от
Северной Земли. Больший размах барических колебаний показывает, что именно
четный цикл является ведущим в двойном солнечном, и именно четный цикл
определяет основные особенности барических колебаний в течение всего двойного
солнечного цикла.
Анализ позволил сделать заключение, что солнечно обусловленные
изменения давления в Арктике являются важной составной частью многолетних
крупномасштабных колебаний, характерных для всего северного полушария Земли. В
зимний период усиление солнечной активности сопровождается формированием
противоположных по знаку аномалий давления воздуха в приатлантической и
19
притихоокеанской Арктике, с максимумом отклонений в районе Гренландии и
Берингова моря (рис. 4). Узловая линия на участке, разделяющем центры
разнонаправленного изменения давления, проходит по акватории Северного
Ледовитого океана и арктических морей России.
Рис. 4. Размах колебаний давления воздуха (мб) между режимами прямой (18, 20, 21,
23-й циклы) и обратной (16, 17,19,22-й циклы) солнечно-барической связи
В летний период усиление солнечной активности сопровождается
противоположно направленными изменениями давления воздуха в высоких и
умеренных широтах. Высокоширотная область понижения давления образует
характерный по форме эллипс, большая ось которого соответствует направлению
перемещению центра барических колебаний (рис. 5). При этом наибольший размах
солнечно
обусловленных
изменений
давления
наблюдается
именно
в
20
высокоширотной области северного полушария: 85-90% модуля барических аномалий
сосредоточены к северу от северного полярного круга. В результате, Арктика
представляет собой естественную природную лабораторию, где в наиболее полном и
значимом виде проявляются солнечно обусловленные изменения приземного
давления воздуха (Кондратьев, 2001). По мере продвижения из высокоширотной
области в умеренные и низкие широты, зависимые от изменений солнечной
активности барические аномалии постепенно уменьшаются. Таким образом,
барические колебания в Арктике являются объективным индикатором солнечно
обусловленных изменений давления воздуха во всем северном полушарии Земли, а
высокоширотные закономерности этих колебаний могут интерпретироваться как
универсальные и для полярных, и для умеренных широт.
Рис. 5. Разница давления воздуха (мб) в мае-июне между периодом повышенной и
пониженной солнечной активности в срюднем для 16-23-го солнечных циклов
21
Пятая глава "Барические колебания и формирование многолетних аномалий
циркуляционных и температурных условий в Арктике" включает исследования связи
барических колебаний с многолетними изменениями арктической осцилляции, с
интенсивностью обмена между умеренными и высокими широтами северного
полушария Земли, с акцептацией аномалий приземного давления воздуха в Арктике, а
также анализ особенностей формирования температурных колебаний в солнечном
цикле и многолетних изменений температуры воздуха в высоких широтах в 20-ом
столетии.
Естественная изменчивость приземного давления воздуха в виде
многолетних пространственно-временных колебаний, закономерности которых
коррелируют со структурой солнечных циклов, может рассматриваться как
возможная причина формирования природной изменчивости в северной полярной
области. Особенности солнечно обусловленных барических колебаний определяют
функционирование всего гидрометеорологического ансамбля Арктики.
Анализ показал, что упорядоченное чередование солнечных циклов с
увеличением и уменьшением давления воздуха в Арктике естественным образом
регулирует режим циркуляционного обмена между высокими и умеренными
широтами, показателем чего является арктическая осцилляция. АО была обнаружена
при разложении внетропического поля атмосферного давления северного полушария
на естественные ортогональные функции, первая (к=1) составляющая которой была
интерпретирована как неустойчивый колебательный процесс, в ходе которого
давление над Северным полюсом то возрастает, то падает, параллельно с его
противоположным изменением в кольцевой окраине полярного региона (Thompson
and Wallace, 1998). Это приводит к широтному смещению штормов в океане и
регулированию интенсивности переноса тепла и влаги в высокие широты. Причина
арктической осцилляции остается до сих пор неизвестной, однако в климатических
исследованиях ее обычно интерпретируют как естественную природную реакцию,
которая способна увеличивать мелкие атмосферные возмущения и трансформировать
их в крупномасштабные климатические сдвиги. Наиболее важной особенностью А О
является наличие трех многолетних периодов положительной и отрицательной
аномалии индекса. До 1939 г. и после 1988 г. выделяется фаза повышенных значений
АО, что показывает рост давления в высоких широтах, падение - в умеренных, и
усиление адвекции в Арктику (теплая фаза). Период 1940-88 гг. - фаза пониженных
значений АО, т.е. падение давления в высоких широтах, рост - в умеренных, и
ослабление адвекции в Арктику (холодная фаза).
Установлено, что изменения арктической осцилляции в течение солнечного
цикла аналогичны барическим колебаниям. Усиление солнечной активности в цикле
сопровождается двумя вариантами реакции индекса арктической осцилляции. В 1617-м и в 22-23-м циклах усиление солнечной активности приводит к увеличению
индекса АО, при этом во время солнечного максимума аномалия индекса становится
22
положительной; как следствие, формируется положительная аномалия АО для всего
солнечного цикла. В 20-21-м циклах усиление солнечной активности приводит к
уменьшению индекса АО, при этом во время солнечного максимума аномалия
индекса становится отрицательной; как следствие, формируется отрицательная
аномалия АО для всего солнечного цикла. 18-19-й циклы являются некоторым
переходным периодом между двумя состояниями. В результате, изменение, как
приземного давления воздуха, так и индекса АО в солнечных циклах имеет
одинаковую колебательную структуру. Поэтому солнечно обусловленные барические
колебания и рост/падение индекса арктической осцилляции можно интерпретировать
как два различных вида количественного описания одного и того же природного
явления, а именно: взаимосвязанного изменения атмосферного давления в высоких и
умеренных широтах северного полушария Земли.
Солнечно обусловленные барические колебания регулируют изменчивость
междуширотного обмена, в качестве показателя которого принята разница давления
между приполюсной областью и кольцевой окраиной полярного региона вблизи 5560° с.ш. Все девять многолетних экстремумов показателя в течение 16-22-го циклов
хронологически соответствуют годам максимума и минимума солнечной активности.
Закономерности барических колебаний в четных и нечетных солнечных циклах
определяют характерную ритмичность междуширотного обмена продолжительностью
в полтора солнечных цикла (около 15-16 лет). Как известно, воздействие солнечной
активности на изменение земного климата в глобальном масштабе не является
линейным процессом (Распопов и др., 2СЮ1). Причину этого видят в целом ряде
факторов, основными из которых являются сложная структура атмосферной
циркуляции, инерционность взаимодействия атмосферы с океаном, пространственная
неоднородность альбедо морской и материковой поверхности и т.д. Реакцию на
усиление солнечной активности в виде двух зеркально противоположных сценариев
изменения приземного давления воздуха (прямая и обратная солнечно-барическая
связь) можно рассматривать как исходную причину, приводящую к формированию
нелинейности в солнечно-атмосферных связях. Упорядоченное чередование циклов с
прямым и обратным режимом связи создает необходимые условия для формирования
осцилляции, продолжительность которых является производным от комбинации
основных циклов солнечной активности.
Существует прямо пропорциональная связь между усилением солнечной
активности в солнечном цикле и акцептацией барических аномалий. Усиление
солнечной активности приводит к увеличению отрицательных аномалий при режиме
обратной солнечно-барической связи и к увеличению положительных аномалий при
режиме прямой солнечно-барической связи; в результате, рост солнечной активности
сопровождается увеличением размаха барических колебаний. Напротив, ослабление
солнечной активности в солнечном цикле приводит к нивелированию барических
амплитуд. В результате, несколько лет усиленной солнечной активности в солнечном
23
цикле определяют барические условия для всего солнечного цикла. Каков знак
аномалии давления воздуха во время циклического максимума, таков же знак
аномалии давления в среднем для всего солнечного цикла. При этом величина
аномалии для всего цикла примерно в 2-3 раза меньше, чем для периода максимума.
Эта зависимость является принципиальной, из которой следует сама возможность
формулирования закона барической акцентации.
Показано, что регулирование солнечно обусловленными барическими
колебаниями интенсивности обмена между высокими и умеренными широтами, а
также барическая акцептация при усилении солнечной активности приводят к
возбуждению температурных колебаний в северной полярной области. Их генезис
заключается в перераспределении аномалий температуры воздуха в солнечном цикле
между годами с повышенной и пониженной солнечной активностью. Режим обратной
солнечно-барической связи вызывает локализацию положительных аномалий
температуры воздуха около нескольких лет усиленной солнечной активности и
отрицательных аномалий - около нескольких лет ослабленной солнечной активности.
Напротив, режим прямой солнечно-барической связи вызывает локализацию
отрицательных аномалий температуры воздуха около нескольких лет усиленной
солнечной активности и положительных аномалий - около нескольких лет
ослабленной солнечной активности. Перераспределение температурных аномалий
между годами с повышенной и пониженной солнечной активностью приводит к
формированию аномалии температуры воздуха в Арктике для всего солнечного
цикла. Режим обратной солнечно-барической связи с повышенной температурой
около циклического максимума определяет положительную аномалию температуры
воздуха в Арктике в течение всего солнечного цикла. Напротив, режим прямой
солнечно-барической связи с пониженной температурой около циклического
максимума определяет отрицательную аномалию температуры воздуха в Арктике в
течение всего солнечного цикла.
Как следствие, возбуждение температурных колебаний во время солнечного
цикла и закономерное чередование режимов обратной и прямой солнечно-барической
связи в четных и нечетных циклах сопровождается формированием многолетних
изменений температуры воздуха в 20-ом столетии в виде смены холодных и теплых
периодов по типу полувековой волны (рис. 6). Устойчивое повышение температуры
воздуха происходит при рюжиме обратной солнечно-барической связи, когда усиление
солнечной активности в солнечном цикле сопровождается уменьшением давления на
границе Арктики с Атлантикой и активизацией обмена с умеренными широтами.
Такая ситуация наблюдалась в 1930-1940-х гг., а также в 1990-2000-х гг. Различие
потеплений в первой и второй половине 20-го века заключается в том, что солнечно
обусловленное уменьшение давления воздуха в 1930-е гг. наблюдалось только в
приатлантической Арктике, а в 1990-е гг. - почти во всей северной полярной области,
что отражает факт перемещения во врюмени узловой линии барических колебаний с
24
запада на восток. Устойчивое понижение температуры воздуха происходит при
режиме прямой солнечно-барической связи, когда усиление солнечной активности в
солнечном цикле сопровождается увеличением давления на границе Арктики с
Атлантикой и ослаблением обмена с умеренными широтами. Такая ситуация
наблюдалась в 1960-70-х гг.
Рис. 6. Показатель (Р,мб) барических колебаний (сплошная линия) и аномалия
температуры воздуха в Арктике (Т, град.) (пунктир) в солнечных циклах 20-го века
Таким образом, собственная ритмика изменений солнечной активности
обеспечивает хронологическое чередование многолетних периодов похолоданий и
потеплений. Таким образом, анализ естественных аномалий поля приземного
давления воздуха в соответствии со структурой солнечного цикла показал наличие в
Арктике долгопериодного низкочастотного природного колебания, закономерности
которого формируют крупномасштабные фоновые изменения полярного климата в
виде чередования многолетних потеплений и похолоданий с периодом 50-60 лет. В
итоге, значительная часть изменений гидрометеорологических условий высоких
широт в 20-ом веке может быть объяснена с помощью естественных причин без
привлечения антрюпогенной гипотезы.
Шястяя глава "Барические колебания и формирование аномалий ледовых
условий в арктических морях России" включает исследование изменчивости
суммарной ледовитости арктических морей в течение солнечного цикла и
формирования длительных периодов улучшения и ухудшения ледовых условий в
течение 20-го столетия, анализ ледовых условий при усилении и ослаблении
активности в каждом солнечном цикле, изменения многолетней повторяемости
25
ледовой оппозиции в результате суперпозиции воздействий солнечных циклов
различной продолжительности, обзор современного состояния сверхдолгосрочного
прогнозирования солнечной активности, а также прогностическую экспертизу
солнечно обусловленных барических колебаний, гидрометеорологических и ледовых
условий в Арктике в первой трети 21-го века.
Установлено, что барические и температурные колебания в приземной
атмосфере Арктики сопровождаются формированием естественных аномалий
ледовых условий в арктических морях России временных масштабов,
соответствующих длительности солнечных циклов. Термобарические колебания
возбуждают формирование аналогичных по структуре ледовых колебаний в
арктических морях России. Их генезис заключается в перераспределении аномалий
суммарной ледовитости в солнечном цикле между годами с повышенной и
пониженной солнечной аетивностью. Режим обратной солнечно-барической связи
вызывает локализацию отрицательных аномалий ледовитости около лет усиленной
солнечной активности и положительных аномалий - около лет ослабленной
солнечной активности. Напротив, режим прямой солнечно-барической связи
вызывает локализацию положительных аномалий ледовитости около лет усиленной
солнечной активности и отрицательных аномалий - около лет ослабленной солнечной
активности. Следствием является формирование аномалии суммарной ледовитости
для всего солнечного цикла. Режим прямой солнечно-барической связи с повышенной
ледовитостью около циклического максимума определяет положительную аномалию
площади льдов для всего солнечного цикла. Режим обратной солнечно-барической
связи с пониженной ледовитостью около максимума определяет отрицательную
аномалию площади льдов для всего солнечного цикла.
Анализ позволил сделать вывод, что возбуждение ледовых колебаний во
время солнечного цикла и закономерное чередование циклов с различным режимом
колебаний в двойном и вековом циклах сопровождается формированием многолетних
периодов увеличения и уменьшения ледовитости в арктических морях. В течение
1930-90-х гг. наблюдалось несколько характерных климатических состояний
Северного Ледовитого океана и арктических морей России:
1. 16-17-й солнечные циклы (1923-43 гг.): начало устойчивого роста вековой
солнечной активности, два цикла подряд с режимом обратной солнечно-барической
связи, уменьшение приземного давления воздуха на границе Северной Атлантики с
е л о при усилении солнечной активности, положение узловой линии барических
колебаний к западу от Северной Земли, аномально высокая адвекция из умеренных
широт на акваторию Баренцева и Карского морей, потепление Западной Арктики,
уменьшение ледовитости арктических морей.
2. 18-19-й солнечные циклы (1944-63 гг.): вековой максимум солнечной
активности, переходный (прямой —> обратный) режим солнечно-барической связи,
26
постепенное уменьшение адвекции из умеренных широт, завершение периода
потепления Арктики, постепенное повышение ледовитости арктических морей.
3. 20-21-й солнечные циклы (1964-85 гг.); промежуточное понижение
солнечной активности между двумя вековыми максимумами, два цикла подряд с
режимом прямой солнечно-барической связи, повышение приземного давления на
границе Северной Атлантики с СЛО при усилении солнечной активности, положение
узловой линии барических колебаний вблизи полюсной оси у Северной Земли,
аномально низкая адвекция из умеренных широт, похолодание Арктики, повышение
ледовитости арктических морей.
4. 22-23-й солнечные циклы (1986-2007(7) гг.): начало устойчивого падения
вековой солнечной активности, переходный (обратный —> прямой) режим солнечнобарической связи, уменьшение приземного давления воздуха в Северной Атлантики и
большей части СЛО при усилении солнечной активности, положение узловой линии
барических колебаний к востоку от Северной Земли, аномально высокая адвекция из
умеренных широт на акваторию всех арктических морей, потепление всей - в том
числе Восточной - Арктики, уменьшение ледовитости арктических морей.
Показано, что дрейф узловой линии солнечно обусловленных барических
колебаний в холодный период года в циркумполярной зоне с запада на восток
сопровождается перемещением области наибольших ледовых аномалий, которая
наблюдалась: в Баренцевом море в 1920-30-ых гг., в Карском море в 1940-50-ых гг., в
море Лаптевых в 1970-ых гг., в Восточно-Сибирском и Чукотском морях в 1980-90-ых
гг. Восточное смещение ледовых аномалий, приводит, во-первых, к постепенному
увеличению количественного размаха 5-6-летних ледовых аномалий суммарной
площади арктических морей в течение 20-го века, а, во-вторых, к различиям в
распределении аномалий для западного и восточного ледового колебания. С этих
позиций пространственная неоднородность ледовых и гидрометеорологических
аномалий во время потеплений 1930-х и 1990-х гг. является естественным и
неизбежным следствием дрейфа узловой линии барических колебаний с запада на
восток и не может рассматриваться в качестве подтверждения антропогенной
природы потепления в конце 20-го столетия.
Выполнен анализ связи солнечно обусловленных барических колебаний в
теплый период года и крупномасштабных особенностей распределения ледовых
аномалий в арктических морях России. Многолетняя повторяемость реализации
ледовой оппозиции в 1930-90-х гг. характеризуется двумя основными особенностями.
Во-первых, наблюдается переменная повторяемость оппозиции внутри солнечного
цикла: для периода усиления солнечной активности в 17-22-м циклах повторяемость
оппозиции составляет от 50 до 100% (среднее значение около 75%), а для периода
ослабления солнечной активности - составляет от 16 до 60% (среднее значение менее
40%). Чередование периодов усиления и ослабления солнечной активности приводит
к характерной пилообразной повторяемости реализации ледовой оппозиции в течение
27
последних 6-ти циклов (рис. 7). Другая особенность связана с многолетней
изменчивостью повторяемости ледовой оппозиции с временным масштабом,
превышающим продолжительность солнечного цикла. В течение 1930-х - 1940-х гг., а
также 1980-х - 1990-х гг. повторяемость оппозиции составила в среднем около 75%, а
в течение 1950-х - 1970-х гг. - только 28%.
Установлено, что многолетняя изменчивость повторяемости ледовой
оппозиции регулируется колебаниями солнечно обусловленных аномалий приземного
давления воздуха. Усиление и ослабление солнечной активности в солнечном цикле
определяют пространственное положение области наибольшего размаха барических
колебаний летом относительно Северной Земли. Центр барических колебаний для
периода усиления солнечной активности располагается к западу от архипелага, а для
периода ее ослабления - к востоку от архипелага. Собственная ритмика активности
солнечной активности в солнечном цикле посредством изменения режима воздушных
переносов определяет ритмичность повторяемости ледовой оппозиции с периодом,
равным продолжительности солнечного цикла. При ослаблении солнечной
активности в арктических морях России с вероятностью около 70% формируется
ледовая однородность (годы от + 1-го до +6-Г0 солнечного цикла), а при ее усилении с
вероятностью около 75% формируется ледовая оппозиция (годы от -4-го до 0-го
солнечного цикла).
100
75
о
л
S
о
50
о
к
о.
о 25
17+
17-
18+ 18-
19+
19-
20+ 20-
21+
21- 22+ 22-
солнечные циклы
Рис. 7. Повторяемость ледовой оппозиции между западными и восточными
арктическими морями России при усилении (+) и ослаблении (-) аетивности
в 17-22-м солнечных циклах
28
в свою очередь, перемещение барических колебаний в вековом солнечном
цикле вдоль полюсной оси между Северной Америкой и Евразией определяет
многолетнюю изменчивость повторяемости ледовой оппозиции с временным
масщтабом около двух десятилетий. Когда пучность барических колебаний (в 193040-х гг. и в 1980-90-х гг.) расположена над акваторией полярного океана, то в
западных и восточных арктических морях активизируются воздушные переносы
противоположного направления и увеличивается вероятность формирования ледовой
оппозиции. Напротив, когда пучность барических колебаний (в 1950-70-х гг.)
расположена над северным побережьем Евразии, то во всех арктических морях
активизируются воздушные переносы одинакового направления и уменьшается
вероятность формирования ледовой оппозиции.
Таким образом, совместное воздействие солнечного цикла и векового
солнечного цикла регулируют частоту реализации ледовой оппозиции. В солнечном
цикле наблюдается следующая причинно-следственная цепочка природных явлений:
устойчивое увеличение/уменьшение солнечной активности до/после циклического
максимума —* смещение центра барической пучности к востоку/западу от Северной
Земли -^ противоположные/одинаковые по направлению воздушные переносы в
западных
и восточных
арктических
морях —> формирование ледовой
оппозиции/ледовой однородности. В вековом солнечном цикле наблюдается другая
причинно-следственная цепочка: устойчивое изменение солнечной активности в
течение нескольких солнечных циклов —> перемещение барической пучности от
побережья Северной Америки к побережью Евразии вдоль полюсной оси —^
локализация барической пучности над акваторией СЛО/над севером Евразии —>
противоположные/одинаковые по направлению воздушные переносы в западных и
восточных арктических морях —> формирювание ледовой оппозиции/ледовой
однородности.
Суперпозиция двух указанных факторов определяет естественное
разнообразие многолетних сценариев формирования ледовой оппозиции. В частности,
многолетнее увеличение повторяемости оппозиции (до 83%) наблюдается во время
усиления активности в солнечном цикле, и в тех циклах, когда центр барической
пучности расположен над полярной акваторией вблизи географического полюса;
именно при таком сочетании природных факторов формируются наиболее
акцентированные воздушные переносы противоположных направлений в западных и
восточных арктических морях. Напротив, многолетнее уменьшение повторяемости
оппозиции (до 26%) наблюдается во время ослабления активности в солнечном цикле,
и в тех циклах, когда центр барической пучности смещается с полярного океана на
евразийский материк; именно при таком сочетании природных факторов наиболее
вероятно формирование одинаковых по направлению воздушных переносов во всех
арктических морях. При остальных сочетаниях природных условий повторяемость
29
ледовой оппозиции лишь незначительно отличается от среднемноголетней (около
55%).
Установленные природные закономерности делают
принципиально
возможным предвидение гидрометеорологических условий в Арктике на несколько
солнечных циклов вперед. Наиболее влиятельным в современной климатологии
является предположение об антропогенной природе наблюдаемых изменений
полярного (и глобального) климата. При перспективной имитации природных
изменений однонаправленная тенденция потепления климата последних 3-4
десятилетий распространяется на весь 21-й век, к концу которого эмиссия парниковых
газов приведет - как ожидается - к повышению температуры воздуха в Арктике на 47°С, резкому сокращению площади морских льдов, гарантированному очищению ото
льдов акватории арктических морей России в конце летнего сезона и
безледокольному плаванию по трассам СМП (ACIA, 2004). Такие радикальные
прогнозы основаны на преувеличенном представлении о результатах воздействия
продуктов человеческой деятельности на атмосферную циркуляцию Земли и
недостаточном учете колебательного характера естественной изменчивости климата.
Для прогностической экспертизы полярного климата на основе солнечноземных связей обязательно необходим промежуточный прогноз солнечной
аю-ивности. Отсутствие общепризнанных научных представлений о процессах в
недрах Солнца и механизме передачи солнечных воздействий затрудняют
предвидение земных последствий солнечных ритмов. В работе выполнен обзор
различных версий сверхдолгосрючных прогнозов для периода ослабления солнечной
активности в вековом цикле. Согласно современным представлениям (Храмова, 2001,
Козлова, 2002), начавшееся в конце 20-го века ослабление активности Солнца
продлится в течение 24-го и 25-го циклов, т.е. солнечная активность в первой
четверти/трети 21-го столетия прогнозируется относительно низкой. Ослабление
активности Солнца скажется на особенностях барических колебаний. Ожидается, что
в зимний период продолжится начавшийся в 23-ем цикле дрейф узловой линии
барических колебаний с востока на запад Арктики. В летний период можно ожидать
продолжение начавшегося с 22-го цикла дрейфа отрицательной пучности барических
колебаний от Евразии через полярный океан в сторону Северной Америки. Наконец,
для длительного периода ослабления солнечной активности ожидается преобладание
режима прямой солнечно-барической связи.
Ожидаемые особенности солнечно обусловленных барических колебаний
предопределят многолетнее состояние гидрометеорологических условий в северной
полярной области. Усиление солнечной активности вблизи циклического максимума
ближайших солнечных циклов будет сопровождаться преимущественно увеличением
давления воздуха на границе Арктики с Атлантикой и уменьшением адвекции из
умеренных широт в северную полярную область. Это приведет к завершению
текущего периода потепления Арктики. В течение 2010-20-х гг. наиболее вероятно
30
формирование очередного циклического похолодания Арктики и увеличение
ледовитости арктических морей России, а также уменьшение повторяемости ледовой
оппозиции. В целом для 21-го столетия можно ожидать продолжение колебательного
чередования многолетних периодов потепления и похолодания Арктики, сокращения
и расширения площади морских льдов по типу полувековой волны, что является
наиболее характерной особенностью естественной изменчивости полярного климата.
Заключение
Итогом диссертационной работы является обобщение закономерностей
формирования ледовых условий арктических морей России в связи с многолетними
солнечно обусловленными барическими колебаниями в Арктике. Основные
результаты выполненного исследования сформулированы в виде нескольких выводов.
1. Формирование ледовых и гидрометеорологических аномалий в
арктических
морях
России
является
следствием
и
составной
частью
функционирования природного комплекса "солнечная активность -> атмосферная
циркуляция в Арктике —> география сибирского шельфа". Солнечно обусловленные
аномалии приземного давления воздуха и изменения атмосферной циркуляции в
северной полярной области сопровождаются формированием и пространственновременным распределением ледовых аномалий по акватории арктических морей
России. Собственная ритмика солнечной активности коррелирует с относительно
низкочастотной частью изменчивости атмосферных и ледовых условий с
характерным временным интервалом от 2-3 лет до нескольких десятилетий.
2. Основным природным механизмом, обеспечивающим трансляцию
климатического
сигнала
от
собственной
активности
Солнца
к
гидрометеорологической оболочке Земли, являются естественные аномалии
приземного давления воздуха, пространственно-временные закономерности которых
позволяют интерпретировать эти изменения по типу стояче-поступательных
барических колебаний. Усиление солнечной активности в солнечном цикле
сопровождается: в зимний период формированием противоположных по знаку
аномалий давления в приатлантической и притихоокеанской Арктике, а в летний
период - формированием отрицательной пучности на полюсной оси, проходящей
через геомагнитный и географический полюса северного полушария, и соединяющей
Северную Америку и Евразию через о-в Элсмир и Северную Землю.
3. Существуют два основных состояния барических колебаний в солнечном
цикле - режим обратной солнечно-барической связи (16-й, 17-й, 19-й, 22-й циклы) и
режим прямой солнечно-барической связи (18-й, 20-й, 21-й, 23-й циклы). При режиме
обратной связи усиление солнечной активности сопровождается в зимний период
уменьшением давления на границе Арктики с Атлантикой и повышением - на границе
Арктики с Тихим океаном; в летний период глубина отрицательной пучности на
полюсной оси увеличивается и располагается над акваторией СЛО. При режиме
прямой связи усиление солнечной активности сопровождается в зимний период
31
увеличением давления на границе Арктики с Атлантикой и уменьшением - на фанице
Арктики с Тихим океаном; в летний период глубина пучности уменьшается и
располагается над севером Евразии.
4. Особенности барических колебаний в пространстве и времени
коррелируются с двойным и вековым солнечным циклом. В двойном цикле
наблюдается упорядоченное чередование режимов обратной и прямой солнечнобарической связи между четными и нечетными солнечными циклами. В вековом
цикле происходит пространственное смещение узловой линии барических колебаний
в циркумполярной зоне Арктики с запада на восток от меридиана исландского
минимума до меридиана алеутского минимума через акваторию Северного
Ледовитого океана зимой, и соответствующее смещение центра барической пучности
вдоль полюсной оси между Северной Америкой и Евразией летом.
5. Результатом барических колебаний является изменение интенсивности
циркуляционного обмена между умеренными и высокими широтами, что находит
отражение в многолетних изменениях арктической осцилляции. Изменения
арктической осцилляции в течение солнечного цикла повторяют структуру изменений
солнечно обусловленных аномалий давления. Усиление солнечной активности в
циклах с обратным режимом солнечно-барической связи сопровождается
увеличением индекса арктической осцилляции и активизацией междуширотного
обмена, а усиление солнечной активности в циклах с прямым режимом солнечнобарической связи - уменьшением индекса арктической осцилляции и ослаблением
междуширотного обмена.
6. Регулирование солнечно обусловленными барическими колебаниями
интенсивности обмена между высокими и умеренными широтами приводит к
возбуждению температурных колебаний в северной полярной области. Режим
обратной солнечно-барической связи определяет формирование положительной, а
режим прямой солнечно-барической связи - отрицательной аномалии температуры
воздуха в Арктике в течение всего солнечного цикла. Упорядоченное чередование
режимов обратной и прямой солнечно-барической связи в двойном и вековом
солнечных циклах определяет формирование многолетних изменений температуры
воздуха в виде смены холодных и теплых периодов (потепление 1930-х гг. —>
похолодание 1960-х гг. —> потепление 1990-х гг.). Итогом является формирование в
Арктике
долгопериодного
низкочастотного
термобарического
колебания,
закономерности которого формируют крупномасштабные фоновые изменения
полярного климата в виде чередования многолетних потеплений и похолоданий с
периодом 50-60 лет. В итоге, значительная часть изменений гидрометеорологических
условий высоких широт в 20-ом веке может быть объяснена с помощью естественных
причин без привлечения антропогенной гипотезы.
7. Солнечно обусловленные термобарические изменения возбуждают
аналогичные по структуре ледовые колебания в арктических морях России. Их
32
генезис заключается в перераспределении аномалий суммарной ледовитости в
солнечном цикле между годами с повышенной и пониженной солнечной
активностью. Режим прямой солнечно-барической связи с повышенной деловитостью
около циклического максимума определяет формирование положительной аномалии
площади льдов для всего солнечного цикла. Режим обратной солнечно-барической
связи с пониженной деловитостью около максимума определяет формирование
отрицательной аномалии площади льдов для всего солнечного цикла. Возбуждение
ледовых колебаний приводит к формированию многолетних периодов уменьшения и
увеличения ледовитости в арктических морях. Уменьшение ледовитости происходит
при режиме обратной солнечно-барической связи, когда усиление солнечной
активности сопровождается уменьшением давления на границе Арктики с
Атлантикой и повышением температуры воздуха (1930-1940-х гг. и 1990-2000-х гг.).
Увеличение ледовитости происходит при режиме прямой солнечно-барической связи,
когда усиление солнечной активности сопровождается увеличением давления на
границе Арктики с Атлантикой и понижением температуры воздуха (1960-70-х гг.).
8. Перемещение узловой линии барических колебаний в течение 1920-90-ых
гг. с запада на восток арктических морей России приводит к соответствующему
дрейфу области наибольшей ледовой изменчивости. При расположении узловой
линии барических колебаний к западу от Северной Земли в 1б-19-ом циклах (1920-50ые гг.) максимальные ледовые отклонения наблюдаются в морях Баренцевом и
Карском (западное ледовое колебание). При расположении узловой линии барических
колебаний к востоку от Северной Земли в 20-22-ом циклах (1970-90-ые гг.)
максимальные отклонения наблюдаются в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском
(восточное ледовое колебание). Следствием является волновой характер
изменчивости при западном и восточном ледовом колебании, каждое из которых
состоит из двух стадий, чередующихся по знаку аномалий. Легкие условия при
западном колебании в 1930-40-е гг. и легкие условия при восточном колебании в
1990-2000-е гг. разделены периодом тяжелых условий 1960-80-х гг., в течение
которого западное колебание трансформировалось в восточное колебание. Поэтому
рисунок распределения природных аномалий для западного и восточного колебания
существенно различается. С этих позиций пространственная неоднородность ледовых
и гидрометеорологических аномалий во время потеплений 1930-х и 1990-х гг.
является естественным следствием природных колебаний и не может рассматриваться
в качестве подтверждения антропогенной природы потепления в конце 20-го
столетия.
9. Многолетняя повторяемость реализации ледовой оппозиции между
западными и восточными арктическими морями в 1930-90-х гг. характеризуется
двумя особенностями. Во-первых, наблюдается переменная повторяемость оппозиции
BHjopH солнечного цикла: для периода усиления солнечной активности в 17-22-м
циклах повторяемость оппозиции составляет от 50 до 100% (среднее значение около
390С. НАЦИОНАЛЬНАЯ
БИБЛИОТЕКА
СПетеИург
•» m atr
■■' I т
г*
75%), а для периода ослабления солнечной активности - от 16 до 60% (срюднее
значении менее 40%). Чередование периодов усиления и ослабления солнечной
активности приводит к характерной пилообразной повторяемости ледовой оппозиции
в течение последних 6-ти циклов. Другая особенность связана с многолетней
изменчивостью повторяемости ледовой оппозиции с временным масштабом,
превышающим продолжительность солнечного цикла. В течение 1930 - 1940-х гг., а
также 1980 - 1990-х гг. повторяемость оппозиции составила в среднем около 75%, а в
течение 1950 - 1970-х гг. - только 28%.
10. Многолетняя изменчивость повторяемости ледовой оппозиции
регулируется колебаниями солнечно обусловленных аномалий приземного давления
воздуха. Усиление и ослабление активности в солнечном цикле сопровождается
пространственным смещением области наибольшего размаха барических колебаний
летом относительно Северной Земли: при усилении активности - к западу от
архипелага, а при ослаблении - к востоку от архипелага. Вследствие изменения
режима воздушных переносов повторяемость ледовой оппозиции увеличивается при
усилении солнечной активности (годы от -4-го до 0-го цикла) и уменьшается при ее
ослаблении (годы от +1-го до +6-го цикла). В свою очередь, перемещение пучности
барических колебаний вдоль полюсной оси между Северной Америкой и Евразией
определяет многолетнюю изменчивость повторяемости ледовой оппозиции с
временным масштабом около двух десятилетий. Когда пучность расположена над
акваторией полярного океана (1930-40-х гг. и 1980-90-х гг.), то активизируются
воздушные переносы противоположного направления в западных и восточных
арктических морях и увеличивается вероятность формирования ледовой оппозиции.
Напротив, когда пучность расположена над северным побережьем Евразии (1950-70-х
гг.), то во всех арктических морях активизируются воздушные переносы одинакового
направления, и уменьшается вероятность формирования ледовой оппозиции.
11. Наибольший размах настроенных на ритмику солнечной активности
барических колебаний в северном полушарии Земли отмечается именно в
высокоширотной зоне. Как следствие, Арктика представляет собой естественную
природную лабораторию, где в наиболее полном и значимом виде проявляются
многолетние солнечно обусловленные изменения приземного давления воздуха. В
частности, зональное смещение узловой линии барических колебаний по северо­
евразийскому мелководью зимой, а также тяготение отрицательной пучности
барических колебаний к меридиану Северной Земли летом, делает ледяной покров
арктических морей России объективным индикатором солнечно-земных связей.
Ледовая классификация, основанная на комбинации знака ледовых аномалий между
арктическими морями, является эффективным инструментом исследования солнечно
обусловленных изменений атмосферной циркуляции и аномалий приземного
давления воздуха.
34
12. Ритмичность в изменении солнечной активности и связанных с нею
барических колебаний делают принципиально возможным
климатическое
предвидение состояния природных условий в Арктике соответствующего масштаба
осреднения. Ожидаемое в течение трех ближайших десятилетий ослабление вековой
солнечной активности будет сопровождаться преимущественно прямым режимом
солнечно-барической связи, для которого характерно повышение давления воздуха на
границе Арктики с Атлантикой при усилении активности в солнечном цикле.
Связанное с этим уменьшение адвекции из умеренных широт, приведет к завершению
текущего периода потепления Арктики. В течение 2010-20-х гг. наиболее вероятно
формирование очередного циклического похолодания Арктики и увеличение
ледовитости арктических морей России, а также уменьшение повторяемости ледовой
оппозиции.
Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:
1. Прогноз сезонного хода площади сплоченных льдов в Карском море //
Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Морские льды и хозяйственная
деятельность на шельфе". - Мурманск. - 1989. - С. 55-56. (соавторы В.А. Спичкин,
А.Б. Тюряков).
2. Гидрометеорологические условия, соответствующие разъединению и
соединению Североземельского и Карского ледяных массивов в летнее время // Труды
ААНИИ. - 1990. - т. 423. - С. 50-58.
3. Однородные районы северо-восточной части Карского моря // Труды
АНИИ. - 1990. - т. 423. - С. 6-16. (соавтор В.А.Спичкин).
4. Анализ особенности летнего уменьшения площади ледяных массивов в
Новосибирском районе // Труды ААНИИ. - 1990. - т. 423. - С. 36-49. (соавторы
В.А.Спичкин, А.В.Юлин).
5. Закономерности формирования и долгосрочный прогноз ледовых условий
в северо-восточной части Карского моря в летний период: Дисс. на соис. уч. степ,
канд. геогр. наук. - Спб. - 1991. - 179 с.
6. Иерархическое районирование морей сибирского шельфа по ледовогеографическим признакам // Тезисы докладов 1 Международной конференции
"Освоение шельфа арктических морей России". - Спб.: СПГТИ. - 1993. - С. 60-61.
(соавтор В.А.Спичкин).
7. Season variability and their variations in the region of mastering of the Barents
and Kara seas // Proc. of the First International Conference on Development of the Russian
Arctic Offshore (RAO-93). - St. Petersburg, STU. - 1994. - P. 110-121. (co-authors Ye.U.
Mironov, V.A. Spichkin.).
8. Долгосрочный прогноз распределения сплоченных льдов в северо­
восточной части Карского моря // Труды ААНИИ. - 1994. - т. 432. - С. 107-118.
35
9. Типовые изменения площади сплоченного ледяного покрова как
неравновесный процесс // Труды ААНИИ. - 1994. - т. 432. - С. 164-194.
10. Метод локально-генетической типизации ледовых условий // Труды
ААНИИ. - 1994. - т. 432. - С. 146-163. (соавтор В.А.Спичкин).
11. Ледовый режим арктических морей России - В кн. "Руководство для
сквозного плавания судов по Северному морскому пути". - Спб.: Изд-во ГУНиО МО.
- 1995. - С. 51-68. (соавторы А.Я. Бузуев, В.Ф. Захаров, Е.И. Макаров, В.А. Спичкин,
А.Б. Тюряков, С В . Фролов).
12. Особенности изменений летних ледовых условий Карского моря в
последние годы // Тезисы докладов Российско-норвежского рабочего совещания-95. Спб.: ротпр. ААНИИ. - 1995. - С. 80-81. (соавтор В.А. Спичкин).
13. Обзор опасных ледовых явлений на шельфе Карского и Баренцева морей
// Тезисы докладов П Международной конференции "Освоение шельфа арктических
морей России". - Спб.: СПГТИ. - 1995. - С. 134-135. (соавтор В.А. Спичкин).
14. Оценка средней и максимальной толщины ровного ледяного покрова на
шельфе Баренцева и Карского морей // Тезисы докладов П международной
конференции "Освоение шельфа арктических морей России". - Спб.: СП1ТИ. - 1995.
- С. 163-165. (соавторы В.А. Спичкин, Е.У. Миронов, А.Б. Тюряков).
15. The use of local-genetic methods for ice distribution forecasting in summer for
providing support to shipping and engineering activities in the Kara sea // Ртос. POAC'95. St. Petersburg. - 1995. - vol. 3. - P. 131-140. (co-author V.A. Spichkin).
16. Особенности изз^чения морских льдов для обеспечения работ на
арктическом шельфе // Проблемы Арктики и Антарктики. - 1995. - вып. 69. - С. 5363. (соавторы В.А. Спичкин, Е.У. Миронов).
17. Структурно-статистическая классификация ледовых условий северо­
восточной части Карского моря // Труды ААНИИ. - 1997. - т. 437. - С. 72-82.
(соавтор В.А. Спичкин).
18. Однородные ледовые районы Восточно-Сибирского и Чукотского морей
// Труды ААНИИ. - 1997. - т. 437. - С. 61-71.
19. Долгосрочные ледовые прогнозы для обеспечения строительства в
Байдарацкой губе // Рефераты докладов Ш международной конференции "Освоение
шельфа арктических морей России". - Спб. - 1997. - С. 122-123 (соавтор В.А.
Спичкин).
20. Ледовые условия Байдарацкой губы. - Природные условия Байдарацкой
губы. Основные результаты исследований для строительства подводного перехода
системы магистральных газопроводов Ямал - Центр. - М.: ГЕОС. - 1997. - С. (2.3)112. (соавтор В.А. Спичкин).
21. Морские льды и их воздействие на дно в районе подводного
трубопровода через Байдарацкую губу // Рефераты докладов I I I международной
конференции "Освоение шельфа арктических морей России". - Спб. - 1997. - С. 19236
193. (соавторы А.В. Клепиков, В.Н. Малек, И.В. Степанов, О.Я. Тимофеев, В.А.
Спичкин).
22. Снижение размерности при анализе и прогнозе ледовых условий в югозападной части Карского моря // Труды ААНИИ. - 1999. - т. 438. - С. 83-99. (соавтор
В.А.Спичкин).
23. Устойчивость ледяного покрова различной сплоченности и долгосрочное
прогнозирование // Труды ААНИИ. - 1999. - т. 438. - С. 99-116. (соавтор
В.А.Спичкин).
24. Ice geographical classification of the Arctic seas of Russia // Proceeding of
OMAE'99, 18 International Conferences on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. St. Jones, Canada. - A S M E , NY. - 1999. - P. 210-213. (co-author V.A. Spichkin).
25. Структурная классификация распределения льдов юго-западной части
Карского моря для обеспечения эксплуатации инженерных сооружений в летний
период // Рефераты докладов IV международной конференции "Освоение шельфа
арктических морей России". - Спб. - 1999. - С. 152-153 (соавтор В.А. Спичкин).
26. Магнитная ритмичность Солнца и ожидаемое ухудшение ледовых
условий арктических морей России в начале X X I века // Сборник докладов 4-ой
Российской научно-технической конференции "Современное состояние, проблемы
навигации и океанографии" ('НО-2001'). - Спб. - 2001. - т. 2. - С. 328-331.
27. Ice anomaly formation in the Siberian shelf seas and the 11-year cycle of the
solar activity // POAC'Ol. - Ottawa, Canada. - 2001. - P. 121-126.
28. Диагностическая и прогностическая информационная продукция о
состоянии ледяного покрова в российских арктических морях // Тезисы докладов
конференции "Информационные ресурсы об океане - актуальные проблемы
формирования, распространения и использования в научных исследованиях и в
морской деятельности". - М. - 2002. - С. 169-171. (соавтор А.В.Юлин).
29. Солнечная активность и формирование ледовой оппозиции в арктических
морях России // Тезисы докладов итоговой сессии Ученого совета ААНИИ по
результатам работ 2002 г. - Спб. - 2003. - С. 35-36.
30. Солнечный цикл и многолетняя барическая волна в приземной атмосфере
Арктики // Доклады Академии наук. - 2003. - т. 393. - № 3. - С. 402^06.
31. Гелиомодулированная барическая волна и арктическая осцилляция //
Тезисы докладов итоговой сессии Ученого совета ААНИИ по результатам работ 2002
г. - Спб. - 2003. - С. 53-54.
32. Специализированная информационная система для обеспечения морских
операций на акватории арктических морей России // Рефераты докладов V I
международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России". - Спб. 2003. - С. 258-259. (соавторы В.Т.Соколов, И.М.Ашик, И.В.Лавренов, О.С.Девятаев,
А.В.Юлин, В.Г.Смирнов).
37
33. Солнечная активность, барическая волна в приземной атмосфере
Арктики и многолетние изменения арктической осцилляции // Метеорология и
гидрология. - 2004. - № 2. - С. 27-37.
34. Солнечная активность как возможная причина многолетней
изменчивости площади морских льдов в Арктике // X I I I Гляциологический
симпозиум. Сокращение гляциосферы: факты и анализ. - Тезисы докладов. - Спб. 2004.-С. 67.
35. Об одной возможности вероятностной интерпретации ледовых прогнозов
(на примере прогноза дат достижения морским льдом толщины 20-25 см в
арктических морях) - // Труды ААНИИ. - 2004. - т. 449. - С. 331-355. (соавтор В.Г.
Дмитриев).
36. Rhythm of solar-modulated baric wave within the surface layer of Arctic
atmosphere and variability of the Arctic Oscillation // Arctic Climate System Study
(ACSYS). Progress in Understanding the Arctic Climate System: The A C S Y S Decade and
Beyond. Proceedings of the ACSYS Final Science Conference. - St. Petersburg, Russia. 11-14 Nov. 2003. - WCRP-118 (CD); WMO/TD № 1232. - September 2004.
37. Солнечная активность и многолетние изменения приземного давления
воздуха в северной полярной области // Геомагнетизм и аэрономия. - 2004. - т. 44. № 5. - С. 683-689.
38. Солнечно обусловленные барические колебания в Арктике и
многолетняя повторяемость ледовой оппозиции в арктических морях России //
Доклады Академии наук. - 2005. - т. 401. - № 2. - С. 242-247.
39. Солнечно обусловленные изменения приземного давления воздуха в
Арктике и многолетние особенности распределения льдов в арктических морях
России в летний период // Метеорология и гидрология. - 2005. - № 8. - С. 14-24.
38
1118602
РЫБ Русский фонд
2006-4
19809
Ротапринт ААНИИ. Заказ № 21. Тираж 100 экз.
22.09.2005 г.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 980 Кб
Теги
bd000100946
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа