Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
7
Добавлен:
15.03.2019
Размер:
71.42 Mб
Скачать

Лекция 7. Влияние автоколебаний в климатической системе на динамику климата

Незатухающие колебания в физической системе в отсутствие переменного внешнего воздействия, период и амплитуда которых определяются свойствами самой системы.

1.Автоколебания атмосферы

2.Автоколебания системы атмосфера – океан

3.Автоколебания системы атмосфера – океан – криосфера

4.Автоколебания системы атмосфера – океан – криосфера – биосфера - литосфера

Пределы временных масштабов (годы)

1.Зональная циркуляция

2.Центры действия атмосферы и индексы

3.Эль-Ниньо – Южное колебание

4.Гольфстрим

5.Криосфера

Процессы, влияющие на изменение климата и характерные временные масштабы их проявлений (Kutzbach J.E., 1974)

Общая циркуляция атмосферы

I

R

Изменение с широтой среднезональной тепловой радиации системы Земля -атмосфера и ее баланса.

R>0

R<0

700

 

370

 

 

 

370

700

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

декабрь-февраль

Для компенсации баланса необходим перенос тепла в высокие широты движениями воздуха и воды.

Тихий

океан

Среднезональные межширотные среднегодовые потоки тепла в атмосфере (1), океане (2) и суммарные (3).

Распределение составляющих общей циркуляции атмосферы

а) зональная в м/с, б) функция тока меридиональной циркуляции в 1013 г/c.

осреднение

 

июнь-август

 

 

пассатов и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

муссонов

 

 

 

ячейка

ячейка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

суперротация

 

субротация

 

Ферреля

Ферреля

 

 

 

 

Зональная составляющая скорости ветра (Wells, 1997)

зоны пустынь

зоны пустынь

1. Зональная циркуляция

На вращающихся планетах крупномасштабная циркуляция имеет квазигеострофический характер: в свободной атмосфере сила барического градиента и сила Кориолиса компенсируют друг друга.

 

 

│φ│<350 –восточные ветры, │φ│>350 –западные.

Число Кибеля-Россби :

Ro

U

 

tЗемли

U – скорость движения, L – расстояние, L/U – адекватное время,

fL

tобъекта

f 2 sin - параметр Кориолиса, f-1 – время вращения,

 

 

 

При Ro<1 жидкость при движении испытывает влияние вращения Земли.

Зональная осредненная компонента скорости ветра (u) в изобарической системе координат (ρ):

u R T

f a

T – температура,

Скорость ветра с высотой возрастает и ее

R – газовая постоянная,

максимальный рост в зонах атмосферного

φ – широта.

полярного фронта, где разграничение

 

теплого и холодного воздуха.

Доказательство зональной циркуляции

При отсутствии перемешивания распределение осевой компоненты момента импульса единицы массы воздуха l:

l r2 sin2

Ω- угловая скорость вращения Земли, r – геоцентрическое расстояние, θ=90-φ – дополнение широты до 900.

Для φ=│350│: l 2 / 3 R2

С учетом зонального переноса воздуха:

l ( r sin u)r sin

Из-за трения воздуха о поверхность Земли появляются вертикальные потоки момента импульса

В низких широтах тормозятся восточные ветры (момент импульса течет от Земли в атмосферу), в высоких – западные ветры (момент импульса стекает вниз)

где u>0 при│φ│>350 u<0 при │φ│<350, u – скорость ветра

Момент импульса переносится в направлении его градиента (из низких широт в высокие)

Траектории переноса момента импульса

Стационарное состояние: приток момента импульса в зонах восточных ветров = стоку момента импульса в зонах западных ветров.

Однако: зоны западных ветров расположены ближе к оси вращения Земли, чем восточных и момент сил трения восточных ветров больше, т.е. в атмосферу притекает момент импульса больше, чем стекает.

Западные ветры значительно превышают восточные и атмосфера вращается вокруг полярной оси быстрее Земли (суперротация атмосферы).

Общая циркуляция океана

Распределение среднегодовой температуры, Levitus, 1982

15-200

Средняя глубина

Распределение т-ры, солености и условной плотности воды, Tolstoy, Clay, 1966

ВКС – верхний квази-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

термоклина

однородный слой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зоны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полярная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глубинный

 

 

 

 

 

 

умеренная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

слой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тропическая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема поверхностных (дрейфовых) течений, Свердруп, 1989

Конвейер океанических течений ("петля Брокера”)

Общая циркуляция океана

E>P

 

P>E

 

ВЗК

 

Профили среднезональной среднесезонной разности испарение –

Круговорот (температура-плотность-соленость) вод

осадки (Е-Р) 1) июль-август 2) декабрь-февраль 3) среднегодовая

 

Термохалинный (тепло и соленость) механизм

Линии тока меридиональной циркуляции вод Атлантики

Квазидвухлетняя цикличность (КДЦ)

В1883 г. после извержения Кракатау установлены ветры восточного направления. В 1908 г. немецкий метеоролог А.Берсон обнаружил ветры западных направлений, дующих на высотах около 15 км (вблизи тропопаузы).

Вянваре 1960 года на конференции Американского метеорологического общества представлена работа Р Д. Рида (США) и Р А. Эбдона (Англия) «Стратосферная циркуляция», в которой была описана изменчивость фазы (направления) ветра на высотах и ее распространение с высот более 30 км вниз со скоростью около 1 км в месяц.

Рид указал, что полный цикл смены ветров происходит примерно за 26 месяцев. Так было открыто явление КДЦ, а сам термин «квазидвухлетней циркуляции» был введен в 1964 году. К началу 70-х годов было установлено, что средняя продолжительность КДЦ составляет 28 месяцев.

КДЦ возбуждается взаимодействием между средним потоком и распространяющимися вертикально экваториальными волнами, генерируемыми в тропосфере, главным образом, волны Кельвина и смешанные гравитационные волны Россби).

В экваториальной зоне эти волны возбуждаются конвективными возмущениями.

Индекс А.Л.Каца

500 гПа

100 гПа

10 гПа

Годовой ход индекса зональной циркуляции Каца на изобарических поверхностях в северной (сплошная) и южной (пунктирная) зонах северного полушария.

Взаимосвязь квазидвухлетнего компонента переноса массы в экваториальной стратосфере и аномалий месячных значений индексов зональной циркуляции

Сектор I – Атлантико-Европейский, Сектор II – Азиатский

Сектор III – Американский 50-700 с.ш. –северная зона, 35-500 с.ш. – южная зона.

2. Центры действия атмосферы

Зимой:

-хорошо выражены исландская и алеутская депрессии, -сибирский и североамериканский

антициклоны на континентах, -- предантарктическая зона

пониженного давления, -антициклоны в океанических

субтропиках,

-предэкваториальная полоса пониженного давления(эваториальная ложбина).

Летом:

-исландская депрессия проявляется

слабо, -алеутская депрессия исчезает,

-практически весь материк занимает

азиатская депрессия, -усиливается интенсивность

азорского и тихоокеанского антициклонов, - пояс антициклонов в южном полушарии.

http://data.oceaninfo.ru/applications/indexes/index.jsp

Индекс Северо-Атлантического колебания

Индекс Северо-Атлантического Колебания (САК или NAO) является суммарным измерением состояния циркуляции в средних широтах Северной Атлантики. САК отражает колебание атмосферной массы между севером и югом Северной Атлантики с центрами в районе Исландии (минимум) и в районе Азорских о-вов (максимум). Пространственные особенности и временная изменчивость САК обычно определяются по полю давления на уровне моря ( SLP ), для которого существует наиболее длительный ряд инструментальных наблюдений.

Пространственное распределение разности композиционных аномалий приземного давления в зимний сезон в годы положительной и отрицательной фазы САК с 1899 г . [ Hurell , 2000].

Зимний (декабрь-март) САК, основанный на разности нормализованного (на стандарт) давления на уровне моря между Лиссабоном и Рейкьявиком с 1864г.. Положительные значения характеризуют увеличение интенсивности западного переноса.

Соседние файлы в папке Климатология лабы