Изменчивость параметров азиатской и дальневосточной атмосферных депрессий во второй половине 20-го века Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

2006

Известия ТИНРО

Том 144

УДК. 551.582(1-925.1)

Т.А.Шатилина, Г.И.Анжина (ТИНРО-центр, ДВНИГМИ, г. Владивосток)

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПАРАМЕТРОВ АЗИАТСКОЙ И ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЙ АТМОСФЕРНЫХ ДЕПРЕССИЙ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ 20-ГО ВЕКА

Исследуется многолетняя изменчивость параметров азиатской и дальневосточной атмосферных депрессий. Рассматриваются их местоположение (широта и долгота центра депрессии) и интенсивность (давление в центре ЦДА). Показано, что в середине 1960-х и 1970-х гг. наблюдались изменения в режимах азиатской и летней дальневосточной депрессий, свидетельствующие о крупномасштабности перестройки процессов в атмосфере в теплом периоде на рассматриваемой территории. Этот факт также нашел отражение в других климатических параметрах Дальневосточного региона.

Shatilina T.A., Anzhina G.I. Change of the Asian and Far Eastern depressions parameters in the second half of 20th Century // Izv. TINRO. — 2006. — Vol. 144. — P. 300-311.

Parameters of the Asian depression and summer Far Eastern depression (atmospheric pressure in the centers, latitude and longitude of the centers) were determined from the archives NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction, Washington / National Center for Atmospheric Research, Boulder) of average monthly atmospheric pressure fields at sea level over northern hemisphere for 2.5*2.5 degrees net collected for the period 1954-1999. A positive trend was revealed for the pressure at the center of Asian depression in all seasons. The mean pressure anomaly in the whole area of this depression had similar variability. The summer Far Eastern depression had peculiar changes of its location: its center moved generally southward in 1954-1976 and northward in 1977-1999. Longitude of the center and atmospheric pressure in the center had analogous "breaks" in their changes.

Известно, что центры действия атмосферы (ЦДА) являются важным звеном в циркуляции атмосферы (Соркина, 1970, 1972; Апасова, 1979). Их изменчивости посвящен ряд исследований (Каталог ..., 1988; Мартынова, 1990; Смолянкина, 1999, 2000; Богдановская, Богдановский, 2000). В то же время в этих работах не рассматривается изменчивость региональных сезонных ЦДА, таких как летняя дальневосточная депрессия (ЛДД) и охотский антициклон, которые играют важную роль в изменчивости атмосферной циркуляции над Дальним Востоком. По нашим сведениям, опубликованных работ, посвященных изучению параметров дальневосточной депрессии, после работы О.К.Ильинского (1965), не было, поэтому актуальность данного исследования представляется очевидной.

Летняя область пониженного давления занимает обширные районы Азии. Часть общей азиатской депрессии (АД), расположенную над северо-восточным Китаем и примыкающими к нему районами Приамурья и Монголии, О.К.Ильинский (1965) называет летней дальневосточной депрессией. Она прослеживается с апреля по сентябрь. О.К.Ильинским особо подчеркивается самостоятельное цир-

куляционное значение ЛДД и отмечается, что ее режим более постоянен, чем режим летнего охотского антициклона. Летняя дальневосточная депрессия является климатически достаточно устойчивым барическим образованием теплого полугодия, что следует и из многолетних карт давления на уровне моря. Взаимодействие ЛДД с тихоокеанским и охотским антициклонами способствует интенсивному переносу воздушных масс с океана на континент и установлению летнего муссона над дальневосточными районами.

В настоящей работе исследуется многолетняя изменчивость параметров азиатской и дальневосточной депрессий. Рассматриваются их местоположение (широта и долгота центра депрессии) и интенсивность (давление в центре ЦДА).

Исходными данными для определения параметров АД и ЛДД послужили архивы средних месячных полей NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction, Washington; National Center for Atmospheric Research, Boulder) атмосферного давления на уровне моря над северным полушарием в узлах регулярной сетки 2,5°x2,5° (реанализ) за период с 1954 по 1999 г.

Местоположение и интенсивность упомянутых сезонных центров действия атмосферы определялись автоматизированным способом по полю давления, заданному в узлах регулярной сетки. Интенсивность оценивалась по минимальному значению давления в одном из узлов на заранее заданной области. Местоположение центра барического образования определялось географическими координатами выбранного узла. Если обнаруживались одинаковые значения экстремума в двух узлах, то за центр барического образования принималось местоположение того из них, где сумма отклонений значений давления в 4 окружающих его точках от значения характеристики в самом узле была минимальной. Область задавалась как площадь, ограниченная с запада и востока меридианами, а с севера и юга — параллелями. Этот алгоритм хорошо работает для случаев ярко выраженных одноцентровых барических образований.

Период существования и область перемещения центра ЦДА определялись по литературным источникам. Так, по Т.В.Смолянкиной (1999) центр АД смещается в пределах 15-350 с.ш. 60-950 в.д. С учетом экстремальных случаев из Каталога ... (1988) эти границы были несколько увеличены. Область миграции ЛДД задана на основании исследования О.К.Ильинского (1965) в районе, ограниченном 40-550 с.ш. 115—1350 в.д. В результате были выбраны следующие границы территорий для определения местоположения центров депрессий:

— для азиатского минимума: 13-350 с.ш. 60-1000 в.д.;

— для ЛДД: 40-550 с.ш. 115-1350 в.д.

Для азиатской и дальневосточной депрессий получены значения параметров с апреля по сентябрь (период наиболее интенсивного развития). За упомянутый период (1954-1999 гг.) рассчитаны многолетние средние месячные величины (нормы) и средние квадратические отклонения от норм давления и координат ЦДА.

По сравнению с синоптическим методом определения параметров ЦДА, который предполагает снятие координат центра и давления непосредственно со средних месячных карт распределения атмосферного давления на уровне моря, автоматизированный анализ является упрощенным, но он менее трудоемок. Следует отметить следующие особенности разработанного способа параметризации ЦДА.

— Параметры ЦДА определялись за весь период, без учета таких случаев, когда ЦДА либо отсутствовали, либо запаздывали или опережали обычное время формирования.

— Случаи многоцентровых депрессий с равной интенсивностью не учитывались, т.е. координаты центров не осреднялись, а выбирался один минимум давления.

Следует отметить, что хотя параметризованный центр не всегда совпадал с центром ЦДА, определенным по синоптической карте, его местоположение не выходило за пределы области, оконтуренной изобарой с минимальным значением, кратным 5 гПа.

На рис. 1 представлен внутригодовой (с марта по октябрь) ход давления в центре АД. Многолетние данные взяты из 3 источников и получены за разные периоды: за 94 года (период 1891-1984 гг.) — из "Каталога ..." (1988), за 48 лет (1947-1994 гг.) — данные Т.В.Смолянкиной (1999), за 46 лет (1954 -1999 гг.) — по полям реанализа.

Р, гПа

Месяцы

Рис. 1. Распределение приземного давления в центре азиатской депрессии по данным из разных источников: 1 — реанализ США; 2 — Каталог ... (1988); 3 — Т.В.Смо-лянкина (1999)

Fig. 1. Change of atmospheric pressure at the sea level in the center of Asian depression by the data from different sources: 1 — reanalis USA (NCEP/NCAR, Washington DC); 2 — catalog (Каталог ..., 1988); 3 — Smolyankina (Смолянкина, 1999)

Видно, что только в августе обнаруживаются существенные различия (7,6 гПа) многолетних значений давления в центре АД, помещенных в "Каталоге ..." (1988) и определенных по реанализу. Распределение осредненных характеристик интенсивности, а также местоположения центра АД по данным Т.В.Смолянкиной (1999) и реанализа близки. По сравнению с данными "Каталога ..." (1988), центр АД по данным реанализа располагается западнее (от 3 град. в августе до 15 град. в мае) и почти во все месяцы — несколько южнее (до 3 град. в июле).

Подобное сравнение параметров ЛДД провести не удалось из-за отсутствия соответствующих публикаций. Тем не менее можно предположить, что сформированные по данным реанализа выборки являются репрезентативными для получения выводов о тенденции в изменении параметров как АД, так и ЛДД.

Изменчивость параметров азиатской депрессии

Изменчивость параметров азиатской депрессии исследуется по естественным синоптическим сезонам с апреля по сентябрь. В табл. 1 представлены средние многолетние данные координат и давления в центре АД.

Видно, что координаты АД в период ее существования мало изменяются, что свидетельствует о ее устойчивом климатическом положении.

На рис. 2 представлена изменчивость параметров азиатской депрессии в апреле—мае. Видно, что для большинства лет центр депрессии по широте занимает среднее многолетнее положение. Исключение составляли 1954, 1960, 1965 и

302

1975 гг., когда АД смещалась на юг, хотя эти изменения были в пределах шага сетки. В изменчивости центра азиатской депрессии по долготе с 1970-х гг. наблюдается тенденция к смещению на запад. В изменчивости давления в центре АД в сезон весны наблюдается положительный тренд. В многолетнем ходе изменчивости приземного давления в центре можно выделить периоды лет с различными значениями аномалий: 1954-1964 гг. (самые низкие значения), 1965-1969 (несколько выше нормы), 1970-1978 (несколько ниже нормы) и, наконец, 19791999 гг. (значительно выше нормы). Видимо, период 1965-1978 гг. можно отнести к переходному в изменении циркуляционных условий на востоке Евразии.

Таблица 1

Среднемноголетние данные параметров азиатской депрессии по сезонам

Table 1

Multi-year data of the Asian depression parameters average by seasons

Сезон Широта, о с.ш Долгота, о в.д. Давление, гПа

Весна (апрель—май) 27,2 74,7 1002,2

Лето (июнь—июль) 27,5 73,0 995,6

Осень (август—сентябрь) 27,6 72,6 999,8

Годы

Рис. 2. Изменчивость аномалий параметров азиатской депрессии в апреле—мае: А — широта центра, Б — долгота центра, В — давление центра

Fig. 2. Change of parameters anomalies for the Asian depression in April— May: A — latitude of the center, Б — longitude of the center, В — pressure in the center

На рис. 3 показана изменчивость широты, долготы и давления в центре АД в июне—июле. Видно, что по широте положение центра практически не изменяется. Колебания в пределах шага сетки отмечались только в отдельные годы (1955, 1959, 1965 и 1970). По долготе АД также устойчива, за исключением 1959 г. Как и в весенний период, наблюдается та же тенденция устойчивого роста давления, особенно хорошо заметная с лета 1979 г. Самое низкое давление в центре АД отмечалось в 1954-1963 гг.

303

Годы

Рис. 3. Изменчивость аномалий параметров азиатской депрессии в июне—июле: А — широта центра, Б — долгота центра, В — давление центра

Fig. 3. Change of parameters anomalies for the Asian depression in the June—July: A — latitude of the center, Б — longitude of the center, В — pressure in the center

На рис. 4 представлена изменчивость параметров АД в августе—сентябре. Видно, что как по широте, так и по долготе положение ее центра практически не изменяется, за исключением 1969, 1993 (по широте) и 1957, 1968 и 1969 гг. (по долготе). Тенденции в изменчивости давления в центре, обнаруженные в весенний и летний периоды, сохраняются и осенью. Это свидетельствует об устойчивости наблюдаемых изменений в режиме АД.

Для более полного представления о крупномасштабности происходящих изменений над Евразией были рассчитаны аномалии давления по площади географического расположения АД (13-350 с.ш. 60-1000 в.д.). Эти данные представлены на рис. 5. Видно, что аномалии приземного давления, рассчитанные для обширных районов, занимаемых АД, сходны с изменчивостью аномалий давления в центре азиатской депрессии. Так, во все сезоны выделяется период лет с пониженным (1954-1975 гг.) и повышенным (1976-1999 гг.) давлением. Таким образом, в середине 1970-х гг. произошли изменения в интенсивности АД.

На рис. 6 представлены климатические сдвиги параметров азиатской депрессии. Наглядно видно, что изменения в режиме АД происходили в середине 1960-х гг. и середине 1970-х гг.

Изменчивость параметров летней дальневосточной депрессии

Изменчивость параметров ЛДД будем рассматривать в сравнении с изменчивостью аналогичных параметров АД.

В отличие от АД, в весенний сезон наблюдается изменчивость всех параметров ЛДД (рис. 7). Наибольшие изменения по широте отмечаются в период

в b À u \h

Ф ■V- Л- •

Щ

1954 1964 1974 1984 1994 Годы

Рис. 4. Изменчивость аномалий параметров азиатской депрессии в августе—сентябре: А — широта центра, Б — долгота центра, В — давление центра

Fig. 4. Change of parameters anomalies for the Asian depression in the August—September: A — latitude of the center, Б — longitude of the center, В — pressure in the center

Рис. 5. Изменчивость аномалий приземного давления по площади, занимаемой азиатской депрессией (13350 с.ш. 60-1000 в.д.): А — апрель-май, Б — июнь—июль, В — август— сентябрь

Fig. 5. Change of mean atmospheric pressure anomalies in the area influenced by the Asian depression (13-350 N 601000 E): A — April—May; Б — June— July; В — August—September

1004 -,

1003

1002

1001

1000 1954

В

г*** J..............

_1

1974 Годы

1994

1001

1000

999

998

997

д

1954 1964 1974 1984 1994 Годы

77

74

Б

73 1954

1974 Годы

1994

Рис. 6. Климатический сдвиг параметров азиатской депрессии: А — по широте центра весной, Б — долготе центра, В — давлению в центре весной; Г — по давлению в центре летом; Д — по давлению в центре осенью

Fig. 6. Climate shift of Asian depression parameters: A — latitude of the center, Б — longitude of the center, В — pressure in the center in spring; Г — pressure in the center in summer; Д — pressure in the center in autumn

Таблица 2

Средние многолетние значения параметров летней дальневосточной депрессии

Table 2

Multi-year data of the Far Eastern depression parameters average by seasons

Сезон Широта, о с.ш Долгота, о в.д. Давление, гПа

Весна (апрель—май) 49,6 126,4 1007,7

Лето (июнь—июль) 47,2 119,5 1002,0

Осень (август—сентябрь) 49,5 125,7 1007,7

1954-1972 гг., в 1973-1999 гг. положение центра колеблется около нормы, за исключением 1998 г. (рис. 7, А). По долготе также наблюдается период лет с неустойчивым положением центра (1954-1972). С середины 1970-х гг. отмечается тенденция смещения ЛДД на восток (рис. 7, Б). В интенсивности ЛДД

в

• \ *

f U

> П ¡ь А V

ï ï 4 Г *

у V У 1

«

1954

1964

1974 1984 Годы

1994

Рис. 7. Изменчивость аномалий параметров дальневосточной депрессии в апреле—мае: А — широта центра, Б — долгота центра, В — давление центра

Fig. 7. Change of parameters anomalies for the Far Eastern depression in April—May: A — latitude of the center, Б — longitude of the center, В — pressure in the center

заметных многолетних тенденций не прослеживается, но выделяется период лет (1954-1963 гг.) с низким давлением (тот же самый, что и в центре АД) (рис. 7, В).

Летом по изменению широты центра ЛДД выделяется период 19541976 гг., когда депрессия смещалась на юг, и период 1977-1999 гг., когда она переместилась на север (рис. 8, А). По долготным изменениям центра замеченный временной "перелом" наблюдается еще более отчетливо, чем по широте, и также с летнего сезона 1977 г. (рис. 8, Б). В этот период, как и в изменении интенсивности АД, отмечена многолетняя тенденция роста давления в центре ЛДД (рис. 8, В). Пониженный фон давления наблюдается в 1954-1966 гг., с 1968 по 1978 г. он колеблется около нормы, и наиболее заметный рост обнаружен с 1979 г. Отметим, что такие же тенденции в изменении давления наблюдались летом и в центре АД.

Осенью отчетливой тенденции к смещению центра ЛДД по широте не выявлено (рис. 9, А). В этот период наблюдаются значительные межгодовые колебания, т.е., как и весной, положение по широте не является устойчивым. По долготным изменениям наблюдается та же тенденция, что и в летний период (рис. 9, Б). Таким образом, можно более уверенно говорить о смещении центров ЛДД на восток, которое произошло во второй половине 1970-х гг. Как и в предыдущий сезон, наблюдался рост приземного давления, что также согласуется с ростом давления в центрах АД (рис. 9, В).

На рис. 10 представлена изменчивость аномалий давления по всей площади, выделенной для определения центра ЛДД (40-550 с.ш. 115-1350 в.д.). Видно, что

1954 1964 1974 1984 1994 Годы

94

1974 19Е4 19 Годы

IS4 1964

в >

Jr л k г 1/

d

1954 1964 1974 1984 1994 Годы

Рис. 8. Изменчивость параметров дальневосточной депрессии в июне—июле: А — широта центра, Б — долгота центра, В — давление центра

Fig. 8. Change of parameters anomalies for the Far Eastern depression in the June—July: A — latitude of the center, Б — longitude of the center, В — pressure in the center

Рис. 9. Изменчивость аномалий параметров дальневосточной депрессии в августе—сентябре: А — широта центра, Б — долгота центра, В — давление центра

Fig. 9. Change of parameters anomalies for the Far Eastern depression in the August—September: A — latitude of the center, Б — longitude of the center, В — pressure in the center

Годы

Рис. 10. Изменчивость аномалий приземного давления по площади, занимаемой дальневосточной депрессией (40550 с.ш. 115-1350 в.д.): А — апрель— май, Б — июнь—июль, В — август—сентябрь 1954-1999 гг.

Fig. 10. Change of mean atmospheric pressure anomalies in the area influenced by the Far Eastern depression (40-550 N 1 15-1350 E): A — April—May; Б — June—July; В — August—September of 1954-1999

1954 1964 1974 1984 1994 Годы

все кривые хорошо согласуются с таковыми для центра ЛДД Переход к более высокому давлению для ЛДД наблюдался в конце 1960-х гг., а изменение местоположения ее центра произошло в середине 1970-х гг. Для АД заметное повышение давления отмечено в середине 1970-х гг.

На рис. 11 представлены климатические сдвиги параметров ЛДД. Наглядно видно, что они приходятся на середину 1960-х и середину 1970-х гг.

Таким образом, в середине 1960-х и 1970-х гг. наблюдались изменения в режимах АД и ЛДД, свидетельствующие о крупномасштабности перестройки процессов в атмосфере в теплом периоде на рассматриваемой территории. Этот факт также нашел отражение в других климатических параметрах Дальневосточного региона. Так, со второй половины 1960-х гг. наблюдаются засушливые периоды в режиме Амура (Тетерятникова, 1985). Повышение давления в изучаемых ЦДА согласуется с тенденцией уменьшения числа циклонов в субтропиках и умеренных широтах и их увеличением в широтном поясе 62,5-67,50 с.ш. (Sokolov, Mezentseva, 2004). Выявленные особенности в изменчивости параметров центра АД и ЛДД согласуются с режимными сдвигами, зафиксированными в северо-восточной части Тихого океана. Это индекс NEPPI (The Northeast Pacific Atmospheric Pressure), представляющий разность давлений (в гПа) между точками: 400 с.ш. 1200 з.д. (точка 1 возле Reno, Nevada, USA) и 500 с.ш. 1700 з.д. (точка 2, NE Pacific) (Kang et all., 2000). Сдвиг индекса NEPPI обнаружен по среднегодовым данным на рубеже 19751976 гг.

Е

4

1964

1974 1984 Годы

1994

Рис. 11. Климатический сдвиг параметров дальневосточной депрессии: летом (А — широта центра, Б — долгота центра, В — давление центра) и осенью (Г — широта центра, Д — долгота центра, Е — давление центра)

Fig. 11. Climate shift of Far Eastern depression parameters: in summer (A — latitude of the center; Б — longitude of the center; В — pressure in the center) and in autumn (Г — latitude of the center; Д — longitude of the center; E — pressure of the center)

Литература

Апасова Е.Г. О характеристиках местоположения ЦДА // Тр. ВНИГМИ-МЦД. — 1979. — Вып. 58. — С. 89-98.

Богдановская Т.В., Богдановский А.А. Изменчивость положения центров действия атмосферы Азиатско-Тихоокеанского региона и их вклад в формирование аномалий температуры воздуха Сахалина // Гидрометеорологические и экологические условия дальневосточных морей: оценка воздействия на морскую среду: Тематический выпуск ДВНИГМИ № 3. — Владивосток: Дальнаука, 2000. — С. 26-33.

Ильинский O.K. Летняя дальневосточная депрессия // Тр. ДВНИГМИ. — 1965. — Вып. 11. — С. 3-53.

Каталог параметров атмосферной циркуляции. Северное полушарие. — Обнинск: ВНИГМИ—МЦД, 1988. — 27 с.

Мартынова Т.В. О колебании положения и интенсивности ЦДА // Метеорол. и гидрол. — 1990. — № 4. — С. 50-55.

Смолянкина Т.В. Многолетняя изменчивость аномалий давления, широты и долготы центров действия атмосферы Азиатско-Тихоокеанского региона // Гидрометеорологические процессы на шельфе: Оценка воздействия на морскую среду. — Владивосток: Дальнаука, 1999. — С. 10-16. (Тр. ДВНИГМИ.)

Смолянкина Т.В. Центры действия атмосферы северного полушария и их вклад в формирование аномалий погоды Дальнего Востока: Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. — Владивосток, 2000. — 25 с.

Соркина А.И. Межгодовая изменчивость интенсивности и положений океанических центров действия атмосферы в северном полушарии // Тр. ГОИН. — 1970. — Вып. 100. — С. 29-37.

Соркина А.И. Уточненные данные об интенсивности и положениях центров действия атмосферы в северном полушарии // Тр. ГОИН. — 1972. — Вып. 114. — С. 71-79.

Тетерятникова Е.К. Аэросиноптические условия уровня Амура // Тр. ДВНИГМИ. — 1985. — Вып. 117. — С. 28-52.

Kang Sukyung, Kim Suam, Bae Sang-Won. Changes in Ecosystem Components Induced by Climate variability off the Eastern Coast of the Korean Peninsula during 1960-1990 // Progress in Oceanography (Pergamon). — 2000. — Vol. 47, № 2-4. — P. 205-222.

Sokolov O.V., Mezentseva L.I. Climatic trends in General Atmospheric Circulation in the Second Half of the 20th Century // Pacific Oceanography. — 2004. — Vol. 2, № 12. — P. 67-73.

Поступила в редакцию 17.08.05 г.