Повторяемость зимних атмосферных блокирований в Северном полушарии в разных фазах явлений Эль-Ниньо, Тихоокеанской десятилетней и Атлантической мультидесятилетней осцилляций

Полный текст

1. ВВЕДЕНИЕ

Все больше свидетельств наблюдаемых изменений экстремальных явлений, таких как волны тепла, сильные осадки, засухи, и оснований их связи с антропогенным влиянием [Сlimate Сhange. 2021]. Согласно Шестому докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата изменения климата [Сlimate Сhange, 2021], связанные с антропогенными воздействиями, уже влияют на многие экстремальные погодно-климатические явления во всех регионах Земли. По данным Росгидромета (http://www.meteorf.ru) количество опасных метеорологических явлений в России значительно увеличилось за последние два десятилетия на фоне быстрого потепления в России — с конца 20 века оно увеличивалось в среднем примерно на два десятка событий в год [Мохов, 2022а; Мохов, 2023].

Сильнейшие региональные погодно-климатические аномалии, в том числе экстремальные морозы, связаны с атмосферными блокированиями (блокингами) зонального переноса в тропосфере средних широт, определяемого геострофическим балансом силы Кориолиса и градиента давления. При трехъячейковой меридиональной циркуляции в тропосфере с повышенным давлением в субтропических широтах и пониженным в субполярных широтах геострофический ветер в тропосфере средних широт направлен с запада на восток. Режим блокирования в таком зональном потоке соответствует отсутствию меридионального градиента давления. Это достигается, когда в более высоких широтах находится блокирующий антициклон, а в более низких — циклон. Подобный вихревой диполь характеризует блокирование расщепляющего типа. Другой тип блокирования — омега-блокирование — с одним антициклоном и двумя циклонами. Есть еще блокирование меридионального типа, которое связано с обтеканием Уральских и Скалистых гор [Обухов и др., 1984].

Для блокингов характерна слабая предсказуемость и результаты модельных оценок тенденций изменения блокинговой активности при изменениях климата сильно различаются. Неопределенности количественных характеристик атмосферных блокингов связаны с разными их проявлениями, различием критериев их выделения и чувствительностью к сезонным особенностям региональных и глобальных климатических условий [Бардин, 2007; Груза, Коровкина, 1991а,б; Клещенко, Ранькова, 2021; Лупо и др., 2007; Мохов, Петухов, 1997; Мохов, Семенов, 2016; Мохов, Тимажев, 2022; Обухов и др,, 1984; Тищенко и др., 2013; Antokhina et al., 2018; Bacer et al., 2022; Bardin2005; Barnes et al., 2014; Barnes et al., 2012; Barriopedro et al., 2006; Croci-Maspoli et al., 2007; Diao et al., 2006; Dole, Gordon, 1983; Dunn-Sigouin, Son, 2013; Hansen, Sutera, 1983; Kwon et al., 2020; Luo et al., 2010; Masato et al., 2014; Pelly, Hoskins, 2003; Rex,1950a,b; Scherer et al., 2006; Timazhev, Mokhov, 2021; Tyrlis, Hoskins, 2008]. Особенности различных методов детектирования атмосферных блокирований, отмечены, в частности, в [Антохина и др., 2017; Мохов, Тимажев, 2019; Шакина, Иванова, 2010; Lupo, 2021].

В последние десятилетия на фоне глобального потепления отмечены холодные зимние режимы над континентами в Северном полушарии, связанные с атмосферными блокированиями. На их формирование влияют разные климатические процессы, определяющие межгодовую региональную изменчивость на фоне более долгопериодных изменений. Согласно оценкам, полученным в [Мохов, Петухов, 1997] по многолетним данным, при приповерхностном потеплении Северного полушария увеличивается характерное время жизни атмосферных блокирований в средних широтах, следствием которых являются, в частности, летние засухи и экстремальные морозы. Отмеченной эмпирической тенденции в [Мохов, Петухов, 1997] дано объяснение с использованием простого модельного подхода с оценкой параметра чувствительности характерной продолжительности блокингов τ к изменению температуры T в виде

$\frac{1}{\tau }\frac{d\tau }{dT}~\frac{1}{L}\frac{dL}{dT}-\frac{1}{U}\frac{dU}{dT}$, (1)

где U – характерная скорость ветра, L – характерный размер блокирующего антициклона. При простейшей оценке размера блокингов L масштабом Обухова для баротропной атмосферы L_О ~ T^1/2 их протяженность должна расти при потеплении (dL/dT = dL_О/dT > 0). При этом время жизни блокингов больше в более теплой тропосфере при более слабой зональной циркуляции в тропосфере. Это следует ожидать в связи с уменьшением меридионального температурного градиента и геострофической скорости ветра в тропосфере средних широт из-за более сильного потепления в арктических (полярных) широтах.

С полученными в [Мохов, Петухов, 1997] эмпирическими оценками в целом согласуются результаты расчетов с использованием климатической модели общей циркуляции при потеплении в связи с увеличением содержания СО₂ в атмосфере [Lupo et al., 1997]. По модельным расчетам было получено сильное увеличение количества и общей продолжительности атмосферных блокирований в зимние и весенние месяцы в Северном полушарии, в том числе над континентами и для евро-атлантического сектора. Это свидетельствует, в частности, об увеличении риска зимних морозов над континентальными регионами, как проявления климатической изменчивости, на фоне общего потепления.

Ослабление зональной циркуляции в тропосфере средних широт с увеличением извилистости струйного течения [Fransis, Vavrus, 2015] способствует увеличению риска прорыва холодных масс воздуха из Арктики и теплого воздуха из субтропиков и увеличению региональной изменчивости («нервозности») климата [Мохов, 2011]. Наряду с этим при общем потеплении зональная циркуляция в тропосфере в средних широтах может усиливаться в связи с выхолаживанием стратомезосферы, способствующим усилению струйного течения. В последние десятилетия проявляются тенденции изменения интенсивности субтропического струйного течения, в том числе некоторого усиления летом и более сильного ослабления зимой. При этом летом межгодовая изменчивость интенсивности струйного течения значительно меньше, чем зимой. Особенности связи сезонной активности блокирований с изменениями атмосферного струйного течения отмечены в [deVies et al., 2013].

На фоне региональных особенностей блокинговой активности из-за долгопериодных изменений климата отмечаются также региональные особенности, связанные с ключевыми модами естественной межгодовой и междесятилетней климатической изменчивости, такими как Эль-Ниньо / Южное колебание, Северо-Атлантическое колебание, Арктическое колебание, Атлантическая мультидесятилетняя осцилляция, Тихоокеанская десятилетняя осцилляция и др. [Мохов, 2020; Мохов, Медведев, 2022; Мохов, Тимажев, 2022; Barriopedro, Calvo, 2014; Li et al., 2018; Luo et al., 2022; Lupo et al., 2019; Mokhov, Smirnov, 2022; Mokhov, Timazhev, 2022; Renwick, Wallace, 1996; Wazneh et al., 2021; Wiedenmann et al., 2002].

В [Renwick, Wallace, 1996], в частности, по данным для 44 зим (1950–1994 гг.) получено, что повторяемость атмосферных блокирований зимой над Тихим океаном в Северном полушарии существенно больше в фазе Ла-Нинья, чем в фазе Эль-Ниньо. Учитывался также эффект Тихоокеанско-Североамериканского колебания (моды). Общая продолжительность атмосферных блокирований за год в Северном полушарии в целом, а также над Тихоокеанским сектором, согласно оценкам, полученным в [Wiedenmann et al., 2002] по данным реанализа для периода 1968–1998 гг., наибольшая в годы Ла-Нинья, а наименьшая в годы Эль-Ниньо (см. также [Мохов, 2006]). При этом над континентами в целом общая продолжительность атмосферных блокирований за год наибольшая при нейтральной фазе, тогда как над атлантическим сектором — минимальная.

В [Barriopedro, Calvo, 2014] представлены результаты анализа влияния явлений Эль-Ниньо на активность атмосферных блокирований в Северном полушарии как предвестников внезапных стратосферных потеплений в зимние сезоны с использованием данных реанализа для периода 1958–2010 гг. Получено, в частности, что зимние атмосферные блокирования над евро-атлантическими регионами обычно предшествуют внезапным стратосферным потеплениям во время Эль-Ниньо, а блокирования над восточной частью Тихого океана и азиатскими регионами чаще предшествуют внезапным стратосферным потеплениям во время Ла-Нинья.

Согласно [Chen, Yoon, 2002] заметное влияние на блокинговую активность связано с Тихоокеанским десятилетним колебанием, в частности над Тихим океаном в Северном полушарии (см. также [Мохов, 2021]). В [Li et al., 2018] отмечена связь атмосферных блокирований с Атлантической мультидесятилетней осцилляцией. C использованием данных реанализа для периода 1968–2018 гг. в [Lupo et al., 2019] отмечены сезонные особенности характеристик атмосферных блокирований (повторяемости, средней и общей продолжительности, интенсивности) в Северном и Южном полушариях, в том числе для Атлантического и Тихоокеанского секторов и над континентами в целом в разных фазах Эль-Ниньо с учетом фаз других ключевых мод климатической изменчивости, включая СевероАтлантическое колебание, Атлантическую мультидесятилетнюю и Тихоокеанскую десятилетнюю осцилляции.

Отмеченные особенности характеристик атмосферных блокирований связаны, в том числе, с влиянием событий Эль-Ниньо на субтропическое струйное течение — с увеличением интенсивности струйного течения в фазе Эль-Ниньо и ослабления в противоположной фазе Ла-Нинья. Существенно, что ядро субтропического струйного течения зимой смещается в средние широты, в которых проявляются атмосферные блокирования зонального переноса. В [Мохов, 2011] отмечено, что с точки зрения момента импульса блокирование в тропосфере способствует компенсации эффекта интенсификации струйного течения (выше по потоку относительно области формирования блокинга). В связи с этим есть перспектива более адекватного учета процессов, характеристики которых могут быть предикторами для формирования блокингов, при сохранении суммарного углового момента системы Земля–атмосфера полезными индикаторами являются угловая скорость вращения Земли и суммарный момент импульса атмосферы [Мохов, 2011].

В [Luo et al., 2021] отмечены особенности формирования режимов аномальных зимних морозов в среднеширотных азиатских регионах по данным для периода 1950–2019 гг. в связи с влиянием событий Эль-Ниньо на режим атмосферных блокирований над Уральскими горами. В [Luo et al., 2022] проведен анализ причин междесятилетних вариаций региональных аномалий с дипольной структурой, характеризуемой аномально холодными режимами над континентальными регионами при потеплении в арктических регионах (см. также [Мелешко и др., 2018; Семенов и др., 2012; Blackport, Screen, 2020; Luo et al., 2022]). Отмечены особенности связи этих аномалий с Атлантической мультидесятилетней и Тихоокеанской десятилетней осцилляциями.

В связи с блокированиями формируются аномалии атмосферных составляющих, в частности содержания озона в атмосфере — озоновые «мини-дыры» (ОМД) [Ситнов, Мохов, 2021; Barriopedro et al., 2010; Peters et al., 1995]. Согласно [Barriopedro et al., 2010] половина ОМД над европейскими регионами проявляется в условиях атмосферных блокирований, при этом связанные с блокингами ОМД отличаются наибольшей глубиной и устойчивостью. В связи с глобальным потеплением, на фоне увеличения вероятности более длительных атмосферных блокирований [Мохов и др., 2013; Мохов, Тимажев, 2019], в Евро-Атлантическом секторе ожидается учащение зимних ОМД [Barriopedro et al., 2010].

Анализ повторяемости атмосферных блокирований с учетом влияния ключевых мод естественной климатической изменчивости на фоне вековых тенденций с использованием данных наблюдений, реанализа и модельных расчетов необходим для оценки потенциальной предсказуемости региональных погодно-климатических аномалий и формирования и развития соответствующей системы прогностического оценивания возможных рисков и последствий.

С атмосферными блокированиями связаны сильнейшие региональные погодно-климатические аномалии со значимыми социально-экономическими и экологическими последствиями. Для российских регионов с использованием спутниковых данных и данных реанализа для последних десятилетий получены оценки значимой связи с атмосферными блокированиями площади природных пожаров и вызванных ими эмиссий в воздушную среду продуктов горения [Мохов и др., 2020]. С процессами атмосферного блокирования связана рекордная жара на европейской территории России летом 2010 года и рекордное наводнение на Амуре 2013 года. При этом вероятность атмосферных блокирований и риск погодно-климатических аномалий зависит от амплитуд и фаз ключевых мод климатической изменчивости, в частности явлений Эль-Ниньо. В [Мохов, 2023] по данным для последних десятилетий отмечено, что общая продолжительность атмосферных блокирований в Северном полушарии в положительной фазе АМО была существенно больше, чем в отрицательной. Формированию рекордного амурского наводнеиия 2013 года и камчатского «красного прилива» в 2020 году способствовали положительные аномалии температуры в западной части Тихого океана, соответствующие отрицательной фазе PDO [Мохов, 2021]. Согласно модельным оценкам при потеплении в связи с увеличением содержания СО₂ в атмосфере можно ожидать усиление интегрального действия блокингов в Северном полушарии, особенно над континентами в холодные месяцы года [Мохов, 2006] (см. также [Мохов, Тимажев, 2019]). При этом сильные зимние морозы над континентами в средних широтах не только не противоречат глобальному потеплению, но и могут быть его региональными индикаторами.

В данной работе анализируются режимы зимних атмосферных блокирований в Северном полушарии при совместном учете разных фаз явлений Эль-Ниньо, Тихоокеанской десятилетней и Атлантической мультидесятилетней осцилляций для периода 1979–2018 гг. В том числе существенно, что анализируются вариации повторяемости атмосферных блокирований в зависимости от долготы при разных типах Эль-Ниньо с различной повторяемостью и частотой межфазовых переходов [Мохов, 2022б].

2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА

В данной работе использовались данные реанализа ERA-Interim [Dee et al., 2011] для периода 1979–2019 гг. Доля дней с атмосферными блокированиями (повторяемость блокингов) определялась аналогично [Мохов, Тимажев, 2019; Lupo et al., 2019; 63MTL2014; Wiedenmann et al., 2002] с использованием подхода, предложенного в [Lejenäs, Øakland, 1983] (см. также [Tibaldi, Molteni, 1990]). Подобный подход использовался также в [Wiedenmann et al., 2002]. Атмосферные блокирования западного переноса в тропосфере средних широт достаточно просто диагностируются с использованием индекса I, характеризующего для каждой долготы λ разность значений геопотенциальной высоты H на уровне 500 гПа между субтропическими (40° с.ш.) и субполярными (60° c.ш.) широтами:

$I\left(\lambda \right)=H{\left(\lambda \right)}_{40°N}-H{\left(\lambda \right)}_{60°N}$. (2)

Области атмосферного блокирования с характерным масштабом порядка масштаба Обухова для баротропной атмосферы проявляются при выполнении условий

$$\begin{gathered} I\left(\lambda \right)<\mathrm{0,} \\ I\left(\lambda -{15}^{\circ }\right)+I\left(\lambda \right)+I\left(\lambda +{15}^{\circ }\right)<0 \end{gathered}$$ (3)

в диапазоне долгот не менее 30° от (λ – 15°) до (λ + 15°) в течение не менее 5 суток. Особенности этого метода в сопоставлении с другими методами отмечены, в частности, в [Мохов, Тимажев, 2019; Мохов, Тимажев, 2022; Lupo, 2021] (см. также [Bardin et al., 2005; Lejenäs, Øakland, 1983; Pelly, Hoskins, 2003; Scherer et al., 2006; Wiedenmann et al., 2002]).

Использовались также данные для индексов, характеризующих квазициклические Эль-Ниньо / Южное колебание (El-Nino / Southern Oscillation — ENSO), Тихоокеанскую десятилетнюю осцилляцию (Pacific Decadal Oscillation — PDO) и Атлантическую мультидесятилетнюю осцилляцию (Atlantic Multidecadal Oscillation — AMO) (https://psl.noaa.gov/gcos_wgsp/Timeseries/) [Enfield et al., 2001; Mantua et al., 1997; Rayner et al., 2003]. При этом учитывались явления Эль-Ниньо, детектируемые разными индексами.

Фазы Эль-Ниньо (E) и Ла-Нинья (L) выделялись, в частности, с использованием 5-месячного скользящего осреднения значений аномалии температуры поверхности океана (ТПО) в экваториальных широтах Тихого океана (5° с.ш. – 5° ю.ш.) — в восточной области Nino3 (150° з.д. – 90° з.д.) и центральной области Nino4 (160° в.д. – 150° з.д.). Фаза Эль-Ниньо (теплая фаза) и фаза Ла-Нинья (холодная фаза) определялись, соответственно, значениями аномалий ТПО не менее 0.5 K или не более –0.5 K в течение 6 месяцев подряд. Остальные случаи характеризовались как нейтральная фаза (N). Для анализируемого временного интервала 1979–2018 гг. было выделено 10 Е-фаз, 6 L-фаз, 24 N-фазы при использовании индекса Nino3 и 15 Е-фаз, 7 L-фаз, 18 N-фаз при использовании индекса Nino4.

Индекс АМО (I_AMO) определяется температурой поверхности Северной Атлантики в широтном поясе 0–70° с.ш. с вариациями с характерным периодом около шести десятилетий. Индекс PDO (I_PDO) определяется температурой поверхности Тихого океана севернее 20° с.ш. с вариациями с характерным периодом около двух десятилетий. Для AMO и PDO выделялись положительные (AMO+ и PDO+) и отрицательные (AMO- и PDO-) фазы с соответствующими зимними и среднегодовыми аномалиями индексов относительно многолетних средних значений. Подобные индексы, характеризующие ключевые квазициклические моды климатической изменчивости, использовались, в частности, в [Мохов, Тимажев, 2022; Lupo et al., 2019]. В данной работе предлагается выделять фазы AMO+ при I_AMO > I_AMO+ = 0.5 и AMO- при I_AMO < I_AMO– = –0.5, а также фазы PDO+ при I_PDO > I_PDO+ = 0.1 и PDO- при I_PDO < I_PDO– = –0.1. Величина I_AMO+ = -I_AMO– соответствует 3/4 среднеквадратического отклонения (СКО) межгодовых вариаций I_AMO. Величина I_PDO+ = -I_PDO– соответствует 1/2 СКО межгодовых вариаций I_PDO.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

Таблица характеризует число зимних сезонов (с декабря по февраль) — вариант I, а также число предшествующих лет (с января по декабрь) — вариант II, в фазах Эль-Ниньо (E), Ла-Нинья (L) и нейтральной (N) при использовании индексов Nino3 и Nino4 в зависимости от фаз AMO (AMO+ и AMO-) и PDO (PDO+ и PDO-) по данным для периода 1979–2018 гг. На фоне доминирующих зим в нейтральной фазе для периода 1979–2018 гг. E-фаза отмечалась более часто, чем L-фаза. При этом не отмечено зимних режимов в E-фазе при фазе PDO-, а также зимних режимов L-фазы при фазе PDO+ для зимнего сезона и предыдущего года.

 

Таблица. Число зимних сезонов (с декабря по февраль) — вариант I, а также число предшествующих лет (с января по декабрь) — вариант II, в фазах Эль-Ниньо (E), Ла-Нинья (L) и нейтральной (N) при использовании индексов Nino3 и Nino4 в зависимости от фаз AMO (AMO+ и AMO-) и PDO (PDO+ и PDO-) по данным для периода 1979–2018 гг.

Моды климатической изменчивости			N		E		L
			I	II	I	II	I	II
Nino3	AMO	AMO+	10	9	5	5	2	2
		AMO-	8	8	4	4	1	1
	PDO	PDO+	8	10	6	5	0	0
		PDO-	7	6	0	2	5	2
Nino4	AMO	AMO+	8	7	7	7	2	2
		AMO-	5	5	5	5	3	3
	PDO	PDO+	5	6	7	7	2	2
		PDO-	5	6	2	2	5	2

 

На рис. 1–4 представлены оценки повторяемости p зимних атмосферных блокирований (доли дней с блокированием) в средних широтах Северного полушария в зависимости от долготы — средние значения (черная кривая) и диапазон межгодовой изменчивости, характеризуемый СКО, по данным для периода 1979–2018 гг. Диапазон СКО приводится для оценки статистической значимости различий между разными фазами. Наибольшие значения средней повторяемости и межгодовой изменчивости зимних атмосферных блокирований отмечаются над европейскими регионами, а также над среднеширотными акваториями Тихого океана. Проявляется также увеличение повторяемости зимних блокирований над Уральскими горами. Пониженные значения p отмечаются для внутриконтинентальных регионов.

 

Рис. 1. Повторяемость зимних атмосферных блокирований (доли дней с блокированием) в средних широтах в Северного полушария в зависимости от долготы — средние значения (черная кривая) и диапазон межгодовой изменчивости, характеризуемый среднеквадратическими отклонениями (заштриховано), по данным для периода 1979–2018 гг. Представлены также оценки в фазах Эль-Ниньо (красный цвет), Ла-Нинья (синий цвет) и нейтральной фазе (зеленый цвет) с использованием индексов Nino3 (а) и Nino4 (б).

 

Рис. 2. Повторяемость зимних атмосферных блокирований в средних широтах Северного полушария в нейтральной фазе (N) Эль-Ниньо с использованием индексов Nino3 и Nino4, при разных фазах АМО (а, б) и PDO (в, г) в вариантах I (а, в) и II (б, г) на фоне средних значений (с заштрихованным диапазоном СКО) для всего периода 1979–2018 гг.

 

Рис. 3. Повторяемость зимних атмосферных блокирований в средних широтах Северного полушария в фазе Эль-Ниньо с использованием индексов Nino3 и Nino4, при разных фазах АМО (а, б) и PDO (в, г) в вариантах I (а, в) и II (б, г) на фоне средних значений (с заштрихованным диапазоном СКО) для всего периода 1979–2018 гг.

 

Рис. 4. Повторяемость зимних атмосферных блокирований в средних широтах Северного полушария в фазе Ла-Нинья с использованием индексов Nino3 и Nino4, при разных фазах АМО (а, б) и PDO (в, г) в вариантах I (а, в) и II (б, г) на фоне средних значений (с заштрихованным диапазоном СКО) для всего периода 1979–2018 гг.

 

На фоне средних значений для повторяемости атмосферных блокирований в средних широтах Северного полушария на рис. 1а, б представлены оценки для зим в E-фазе, L-фазе и N-фазе с использованием индексов Nino3 (а) и Nino4 (б) для периода 1979–2018 гг. Согласно рис. 1а максимальные значения повторяемости зимних атмосферных блокирований проявляются над евро-атлантическими регионами, а также над Тихим океаном при нейтральной фазе, диагностированной с использованием индекса Nino3. При этом наименьшие значения в области максимума p над евро-атлантическими регионами отмечаются в фазе Ла-Нинья. В фазе Эль-Ниньо для максимума p над евро-атлантическими регионами отмечено смещение на запад по сравнению с долготным положением максимума в нейтральной фазе и в фазе Ла-Нинья. Для максимума повторяемости атмосферных блокирований зимой над Тихим океаном в фазе Эль-Ниньо, наоборот, отмечено смещение на восток относительно долготного положения максимума в нейтральной фазе, тогда как в фазе Ла-Нинья — на запад. В целом, за исключением центрально-европейских и восточно-европейских регионов, значения p в фазе Эль-Ниньо больше, чем в фазе Ла-Нинья, для западного полушария и наоборот — для восточного. Минимальные значения p зимой проявляются над североамериканскими и азиатскими регионами.

Для особенностей повторяемости зимних блокирований для разных фаз явлений Эль-Ниньо при использовании индекса Nino4 (рис. 1б) наряду с общими с полученными при использовании индекса Nino3 (рис. 1а) отмечены существенные различия. В частности, при использовании индекса Nino4 на рис. 1б в фазе Ла-Нинья существенно более значимо проявляется локальный максимум p в области Уральских гор. Как и при использовании индекса Nino3, при использовании Nino4 в фазе Эль-Ниньо по сравнению с нейтральной фазой и фазой Ла-Нинья проявляется смещение максимума значений p на запад в евроатлантическом секторе и наоборот — в тихоокеанском секторе.

На рис. 2 представлены соответствующие оценки повторяемости зимних атмосферных блокирований в средних широтах Северного полушария в нейтральной фазе (N) для явлений Эль-Ниньо с использованием индексов Nino3 и Nino4, при разных фазах АМО (а,б) и PDO (в,г) в вариантах I (а,в) и II (б,г) на фоне средних значений p для всего периода 1979–2018 гг. Согласно рис. 2а значения p в нейтральной фазе Эль-Ниньо (при использовании и индекса Nino3, и индекса Nino4) наиболее сильно различаются в фазах AMO+ и AMO- над Тихим океаном и восточными азиатскими регионами: максимальные значения в фазе AMO- существенно выше, чем максимальные значения для среднего распределения p (около 15%) и заметно ниже — в фазе AMO+. Отмечены заметные вариации значений p в районе Уральских гор в фазе AMO- — с более высокими значениями при использовании индекса Nino3 и пониженными — при использовании индекса Nino4. Можно также отметить, что над большей частью Евразии значения p в фазе AMO- при использовании индекса Nino3 больше средних значений для всего периода 1979–2018 гг., а над значительной частью Северной Атлантики и регионами Западной Европы — меньше (в том числе и при использовании индекса Nino4). Отмеченные особенности в целом характерны и для рис. 2б.

Более существенные различия значений p в нейтральной фазе Эль-Ниньо (при использовании индексов Nino3 и Nino4) проявляются в фазах PDO+ и PDO- (рис. 2в,г), особенно над Тихим океаном: максимальные значения в фазе PDO+ существенно выше, чем максимальные значения для среднего распределения p и в фазе PDO-. При этом более контрастно проявляются различия p в фазах PDO+ и PDO- на рис. 2г не только над Тихим океаном, но и в области максимальных значений p над регионами западной части Европы и восточной частью Северной Атлантики — с более высокой, чем в среднем, повторяемостью блокирований в фазе PDO+ и более низкой — в фазе PDO-. Следует отметить, что на рис. 2в более протяженная по долготе область с более низкими значениями p в фазе PDO- и более высокими значениями в фазе PDO- — не только над Северной Атлантикой, но и над восточными регионами Северной Америки.

Аналогично, на рис. 3 приведены оценки повторяемости зимних атмосферных блокирований в средних широтах Северного полушария в фазе Эль-Ниньо (E) с использованием индексов Nino3 и Nino4, при разных фазах АМО (а,б) и PDO (в,г) в вариантах I (а,в) и II (б,г) на фоне средних значений p для всего периода 1979–2018 гг. В фазе Эль-Ниньо, как и в нейтральной фазе, отмечаются большие различия в фазах AMO+ и AMO- над Тихим океаном. В частности максимальные значения p в фазе AMO+ существенно больше, чем в фазе AMO-, особенно при канонических событиях, характеризуемых индексом Nino3 (рис. 3а,б). При этом в фазе AMO+ в условиях Эль-Ниньо повторяемость атмосферных блокирований заметно больше, чем в фазе AMO- и над значительной частью Атлантики и Северной Америки. В то же время в области максимальных значений p над регионами западной части Европы и над восточной частью Атлантики повторяемость атмосферных блокирований в фазе AMO- больше, чем в фазе AMO+.

Еще более существенные различия значений p в фазе Эль-Ниньо проявляются в фазах PDO+ и PDO- (рис. 3в,г). Следует учитывать, что события Эль-Ниньо в фазе PDO- были отмечены только дважды в варианте II, а в варианте I не были выявлены ни разу при использовании индекса Nino3. При этом отмечены экстремально большие значения p в областях максимумов повторяемости атмосферных блокирований в Евро-Атлантическом и Тихоокеанских секторах в фазе PDO- и пониженных соответствующих значений повторяемости блокирований в PDO+. В фазе PDO- проявились противоположные аномалии значений p в вариантах I (рис. 3в) и II (рис. 3г) над Атлантическим океаном, а также над восточными регионами Северной Америки — с экстремально большими оценками повторяемости атмосферных блокирований для варианта II и экстремально низкими для варианта I. Наряду с этим, в фазе PDO- в варианте I при событиях Эль-Ниньо, характеризуемых индексом Nino4, повторяемость атмосферных блокирований экстремально высокая над восточными регионами Азии и западной частью Тихого океана, тогда как при выделении явлений Эль-Ниньо по индексу Nino3 значения p близки к средним значениям для периода 1979–2018 гг.

На рис. 4 представлены соответствующие оценки повторяемости зимних атмосферных блокирований в средних широтах Северного полушария в фазе Ла-Нинья (с использованием индексов Nino3 и Nino4) при разных фазах АМО (а,б) и PDO (в,г) в вариантах I (а,в) и II (б,г) на фоне средних значений p для всего периода 1979–2018 гг. Проявляется очень большой диапазон вариаций повторяемости атмосферных блокирований при Ла-Нинья в разных фазах АМО и PDO. Это связано, в том числе, и с низкой частотой проявления отмеченных режимов — только для режимов Ла-Нинья в фазе PDO- выявлено 5 событий (рис. 4в), в остальных случаях не больше 3 событий в зависимости от фазы АМО и не больше 2 событий в зависимости от фазы PDO. А в фазе PDO+ не было отмечено ни одного канонического события Ла-Нинья (характеризуемого индексом Nino3).

В фазе Ла-Нинья, согласно рис. 4, наряду с максимумами p над Евро-Атлантическим и Тихоокеанским секторами проявляются экстремально высокие значения повторяемости атмосферных блокирований в области Уральских гор. Это отмечено в обоих вариантах I и II для фаз АМО+ и АМО-, а также для фазы PDO+ (при Ла-Нинья, диагностированным с использованием индекса Nino4).

В западном полушарии во время Ла-Нинья в фазе АМО+ оценки p над Атлантикой и восточными регионами Северной Америки существенно больше, чем в фазе AMO-, и больше средних значений p для периода 1979–2018 гг., а над восточной частью Тихого океана — наоборот (рис. 4а,б). В восточном полушарии соответствующие оценки p в фазе АМО+ больше средних значений повторяемости атмосферных блокирований над азиатскими регионами и западной частью Тихого океана, а также в целом больше, чем в фазе AMO-. При этом в области максимальных значений p над западно-европейскими регионами повторяемость атмосферных блокирований в фазе AMO- больше, чем в фазе АМО+ (и больше средних оценок p). Соответствующие оценки p в фазе АМО+ над восточно-европейскими регионами и значительной частью азиатских регионов при Ла-Нинья, детектируемых индексом Nino4, существенно больше, чем при использовании индекса Nino3.

Сильнейшие различия оценок p при Ла-Нинья получены для разных фаз PDO (рис. 4в,г). Во время Ла-Нинья, детектированных с использованием индекса Nino4, получены экстремально большие оценки повторяемости атмосферных блокирований в фазе PDO+ в области Уральских гор — значительно больше средних значений и оценок для фазы PDO-. Большие значения p отмечены в фазе PDO+ также в области максимума в Евро-Атлантическом секторе — больше средних значений и оценок для фазы PDO- (в варианте I). Значительно отличаются оценки p при Ла-Нинья для фазы PDO- в варианте II по сравнению с вариантом I. В частности, в варианте II оценки p в фазе PDO- существенно больше, чем в варианте I, над Атлантикой и восточными регионами Северной Америки, а также над азиатскими регионами.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты выявили значительные региональные аномалии повторяемости зимних атмосферных блокирований в Северном полушарии при разных фазах явлений Эль-Ниньо, Тихоокеанской десятилетней и Атлантической мультидесятилетней осцилляций по данным для последних десятилетий. В том числе отмечены особенности при разных индексах детектирования явлений Эль-Ниньо на фоне среднего распределения повторяемости зимних атмосферных блокирований для 40-летнего периода 1979–2018 гг. с максимумами в Евро-Атлантическом и Тихоокеанском секторах.

Отмечено, что в нейтральной фазе Эль-Ниньо повторяемость атмосферных блокирований в области зимних максимумов в Евро-Атлантическом и Тихоокеанском секторах существенно больше средних значений для периода 1979–2018 гг. при положительной фазе PDO, а также в области зимнего максимума в Тихоокеанском секторе при отрицательной фазе АМО. В фазе Эль-Ниньо отмечено, в частности, существенное увеличение повторяемости атмосферных блокирований над Тихим и Атлантическим океанами в отрицательной фазе Тихоокеанской десятилетней осцилляции, а также в положительной фазе Атлантической мультидесятилетней осцилляции. Значительное увеличение повторяемости атмосферных блокирований зимой отмечено в фазе Ла-Нинья (при использовании индекса Nino4) в области Уральских гор в положительной фазе PDO и отрицательной фазе АМО.

Результаты проведенного анализа межгодовой изменчивости повторяемости зимних режимов атмосферных блокирований при совместном учете эффектов Эль-Ниньо, Тихоокеанской десятилетней и Атлантической мультидесятилетней осцилляций необходимы для детализации оценок предсказуемости формирования экстремальных региональных режимов в зависимости от фаз ключевых мод межгодовой и междесятилетней климатической изменчивости. Полученные оценки для 40-летнего периода наряду с более статистически значимыми эффектами выявили региональные сезонные режимы с повышенной изменчивостью в разных фазах Эль-Ниньо, Тихоокеанской десятилетней и Атлантической мультидесятилетней осцилляций.

Для исследования возможности получения более статистически значимых оценок с обоснованием механизмов формирования выявленных особенностей необходим соответствующий анализ для больших временных интервалов с использованием различных данных и модельных расчетов. При анализе доступных данных не стоит пренебрегать статистически незначимыми оценками — с редкими сочетаниями фаз Эль-Ниньо, Тихоокеанской десятилетней и Атлантической мультидесятилетней осцилляций могут быть связаны экстремальные региональные климатические режимы. Особого внимания требуют оценки формирования режимов с потенциально большим риском негативных последствий, даже статистически незначимые по доступным данным.

Следует учитывать, что при изменениях климата изменяются и особенности естественной климатической изменчивости, в том числе проявления Эль-Ниньо, АМО и PDO, по-разному изменяются процессы формирования Эль-Ниньо различного типа [Мохов, 2022; Мохов и др., 2000; Mokhov et al., 2004; Мохов, 2022б; Мохов, Медведев, 2022]. Соответственно, следует ожидать изменений потенциала предсказуемости климатических аномалий в связи с этими модами. Наряду с региональными режимами со значимой повторяемостью атмосферных блокирований и значимыми ее вариациями значение имеют соответствующие режимы с устойчиво низкой повторяемостью блокирований.

Данная работа выполнена в соответствии с тематикой проекта РНФ 24-17-00211 с использованием результатов, полученных в рамках проекта РНФ 23-47-00104 и соглашения № 075-15-2021-577 Министерства науки и высшего образования РФ с ИФА им. А.М. Обухова РАН.

Об авторах

И. И. Мохов

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: mokhov@ifaran.ru
Россия, Пыжевский пер., 3, Москва, 119017; Ленинские горы, 1, Москва, 119991

А. В. Тимажев

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Email: mokhov@ifaran.ru
Россия, Пыжевский пер., 3, Москва, 119017

Список литературы

Дополнительные файлы