Связь широтной динамики облачного покрова с солнечной

СВЯЗЬ ШИРОТНОЙ ДИНАМИКИ ОБЛАЧНОГО ПОКРОВА
С СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ 1997-2002 ГГ.
В.И. Козлов; В.С. Соловьев, v.kozlov@ikfia.ysn.ru
Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г.Шафера
СО РАН
По данным спутников NOAA построены обобщенные карты
плотности облачного покрытия для общей, низкой и высокой облачности
с разрешением в 1 над территорией Северо-Востока Азии (80-170 в.д. и
40-80 с.ш.) как за весь период 1997-2004 гг., так и для периодов
минимума (1997-1998 гг.) и максимума солнечной активности (2000-2002
гг.) в 23-ем солнечном цикле.
Облачность в масштабах сотен километров ведет себя по-разному, в
зависимости от широты и орографии местности, определяясь изменением
преимущественных траекторий циклонов и антициклонов. На фазе
перехода от минимума к максимуму солнечной активности в широтном
диапазоне 45-70 с. ш. наблюдаются более заметные вариации плотности
верхнего облачного покрова по сравнению с южными и северными
широтами: на широтах 55-70 с. ш. наблюдается рост облачности на ~
5%, в то время как на широтах 45-55 с. ш. – наблюдается снижение на ~
5%. Картина изменения нижней облачности носит иной характер:
облачность севернее 50-й широты во время максимума солнечной
активности выше, чем в минимуме, а южнее – наблюдается обратная
картина. Смещение облачности, объясняется смещением путей западных
циклонов в зависимости от активности солнца.
• Степень и характер изменения циркуляции атмосферы,
исследованный на протяжении нескольких веков, связан с
уровнем солнечной активности (СА) [1]. Автор работы [3]
приводит доказательства того, что основные особенности
структуры циркуляции Северо-западной Азии до 140-го
меридиана (устойчивые области пониженного давления и
антициклоны) также смещаются к северу в период
повышенной солнечной активности, а в эпоху слабой
активности Солнца имеют более южное расположение.
Смещением пути циклонов в [4] объясняется широтная
зависимость в 11-летнем цикле солнечной активности для
трех широтных поясов (50-60о, 60-64о и 65-68о N) Азии
вариаций прихода суммарной радиации, исследованной по
данным метеостанций.
• [1] Морозова А. Л., Пудовкин М. И. Климат Центральной Европы XVI-XX вв.
и вариации солнечной активности. // Геомагнетизм и Аэрономия. 2000. Т. 40.
№ 6. С. 68-75.
• [3] Абросов В.Н. Гетерохронность периодов повышенного увлажнения
гумидной и аридной зон // Известия ВГО. 1962. №4. С. 325-328.
• [4] Веретененко С.В., Пудовкин М.И. Широтная зависимость эффектов
солнечной активности в вариациях прихода суммарной радиации //
Геомагнетизм и аэрономия. 1999. Т. 39. №6. С. 131-134
Изменение типа циркуляции, по-видимому, связано с перестройкой барического поля
в высоких и средних широтах. Исторические данные свидетельствуют о том, что в
эпохи повышенной солнечной активности давление в области затропического
максимума повышается, а в высоких широтах - падает, что приводит к широтному
смещению траекторий циклонов к полюсу. В работе [2] приведены результаты,
подтверждающие зависимость путей циклонов в северо-восточной Атлантике и
Европе от фазы солнечного цикла. В эпоху солнечного максимума «северный» путь
атлантических циклонов сдвигается к югу, в то время как «южный» путь сдвигается
к северу, причем амплитуда вариаций составляет примерно 10 гр. широты.
•[2] Brown G.M. and John J.I. Solar cycle influences in troposphere circulation // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1979.
№ 41. P.43-52;
Филиппов А.Х. Грозы Восточной Сибири. Л., Гидрометеоиздат, 1974, 75 с
Траектории движения циклонов. Группа 1 – циклоны, смещающиеся с запада на восток
с Карского моря на побережье моря Лаптевых. Группа 2 – циклоны, смещающиеся вдоль
60-й и 65-й параллелей со среднего течения Енисея к Верхоянскому хребту. Группа 3 –
циклоны, движущиеся с верховьев Оби на север Байкала.
Группа 4 – циклоны,
смещающиеся с Казахстана
на север Байкала и далее на
юг Якутии. Грозы,
связанные с фронтами этих
циклонов, наблюдаются в
Иркутской области и в
южных районах Якутии.
Группа 5 – циклоны,
движущиеся с районов
Алма-Аты вдоль 45-й
параллели. Группа 6 –
циклоны, перемещающиеся
с юга Байкала на юг
Якутии, где в тыловой
части на вторичных
холодных фронтах
развивается грозовая
деятельность.
Пути движения циклонов в Сибири в летний период 2003 г. Основные
траектории перемещения циклонов обозначены жирными стрелками,
тонкими – пути движения отдельных циклонов.
Cloudiness
Усредненная карта облачности 1997-2004 гг., построенная по
данным спутникового мониторинга
15, облачность (%)
45
80
55
60
70
65
70
75
60
80
Якутск
50
170
40
160
150
70
80
140
90
130
Мониторинг облачности позволяет выделять зоны стабильно пониженной облачности,
соответствующие областям повышенной температуры и пониженному количеству осадков, где
повышенная пожароопасность лесов.
Исследование пространственно-временной динамики облачного покрова и лесных пожаров в
зависимости от уровня солнечной активности позволит построить прогнозную модель
пожароопасности и атмосферных осадков на территории Якутии.
Межгодовые вариации.
Стандартное отклонение в 1-ом градусе в %.
Н
А
В
С
Е
Й
П
Л
О
Щ
А
Д
И
Ст. отклонение P% 97-2001гг
1800
1600
1400
Количество
В
С
Т
Р
Е
Ч
А
Е
М
О
С
Т
Ь
1200
1000
800
600
400
y = 1163,4e-0,3026x
R2 = 0,9197
200
0
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 27 28 29 31 32
Стандартное отклонение в процентах (%) для одной площадки 1гр.*1гр.
Над сушей максимальная плотность облаков наблюдается над
Среднесибирским плоскогорьем. Прослеживается высокая плотность
облаков над горными массивами, например: Верхоянским хребтом,
хребтами Черского, Сунтар-Хаята, Становым, Джугджур, Срединным
хребтом Камчатки, Алданским и Становым нагорьями. Минимальная
облачность наблюдается над Монголией и северным Китаем. Следует
отметить понижение облачности в центральной Якутии, в междуречье рек
Вилюя и Алдана, с самыми низкими значениями вокруг г. Якутска.
Пробелы в юго-западном и юго-восточном углах карты обусловлены
отсутствием данных. Пространственный шаг усреднения облачности был
выбран 1х1 град., так как радиус пространственной корреляции
большинства метеорологических параметров равен 100-150 км [11]. Из
приведенной карты видно, что большинство пространственных размеров
неоднородностей облачности, кроме поперечных размеров пространств с
горными хребтами, составляют более 2-3 градусов. Градации плотности
выбраны равными стандартному отклонению межгодовых значений =6%.
Значения стандартного отклонения межгодовых значений  в основном
составляют до 6%. Для зоны пониженной плотности вокруг г. Якутска
=7%, а в зоне минимальной облачности, наблюдающейся над регионом юговосточнее о. Байкал, значения =10%. Отметим, что с увеличением
плотности облачного покрова уменьшается межгодовая вариабельность их
значений.
Cloudiness
П
Л
О
Щ
А
Д
Ь
%
О
Л
А
Ч
Н
О
С
Т
И
П
О
Ж
А
Р
О
В
км2
% низкой облачности
% высокой облачности
% общей облачности площадь лесных пожаров, км2
Смещение зон пониженной общей облачности при переходе от минимума к
максимуму в 23-м цикле солнечной активности.
70
65
60
55
50
45
40
Полная облачность 1997-1998 гг.,
минимум солнечной активности.
Полная облачность 2000-2002 гг.,
максимум солнечной активности.
Фаза роста 23-го солнечного цикла началась в 1997 г., а последний пик максимума пришелся на
2001 г. Регулярный прием спутниковой информации по облачности в ИКФИА начался с 1997 г.
Выделены два периода: 1997-1998 гг., как соответствующий минимуму солнечной активности (СА),
и 2000-2002 гг., как соответствующий максимуму СА.
Смещение зон пониженной низкой облачности при переходе от минимума к
максимуму в 23-м цикле солнечной активности.
Низкая облачность 1997-1998 гг.,
минимум солнечной активности.
Низкая облачность 2000-2002 гг.,
максимум солнечной активности.
Отношение облачности в максимуме СА (2000-2002 гг.) к
облачности в минимуме СА (1997-1998 гг.)
Широтный ход общей облачности для максимума и минимума в
23-ем цикле солнечной активности. Стандартное отклонение
средних значений 0,5 % а изменение между макс и мин СА 4%
(р>0,99).
Широтный ход облачности в минимум и максимум 23-го солнечного цикла
60
55
Облачность, %
50
45
40
35
30
25
20
36
41
46
51
56
61
66
71
76
Сев. шир., град.
Нижн. обл. 97-98 гг. Мин. СА
Нижн. обл. 2000-2001 гг. Макс. СА
Верхн. обл. 97-98 гг. Мин. СА
Верхн. обл. 2000-2001 гг. Макс. СА
- На фазе перехода от минимума к максимуму СА на широтах 61-70 с.ш. наблюдается рост верхней
облачности на ~ 3%, в то время как на широтах 50-60 с.ш. – наблюдается снижение на ~ 3%.
- Нижняя облачность севернее 50-й широты во время максимума СА выше, чем в минимуме, а южнее
– наблюдается обратная картина.
Региональные индексы блокирования за период 1951-2000 гг. лето: 50 – 70N,
100 -130E (Область центральной Якутии, вокруг г. Якутска ) Можно видеть
псевдо 11-летний цикл.
(Г р у з а Г. В., К о р о в к и н а Л. В. Климатический мониторинг процессов блокирования западного переноса в
Северном полушарии // Метеорология и гидрология. - 1991. - N8. - С. 11-17.
Заключение
• Анализ результатов показывает, что над территорией Северо-Востока
Азии (80-170 в.д. и 40-80 с.ш.) на фазе перехода от минимума к
максимуму солнечной активности в широтном диапазоне 45-70 с. ш.
наблюдаются вариации плотности верхнего облачного покрова, более
заметные по сравнению с южными и северными широтами: на широтах
55-70 с. ш. наблюдается рост облачности на ~ 5%, в то время как на
широтах 45-55 с. ш. – наблюдается снижение на ~ 5%. Картина
изменения нижней облачности носит иной характер: облачность севернее
50-й широты во время максимума СА выше, чем в минимуме, а южнее –
наблюдается обратная картина. Облачность в масштабе северного
полушария антикоррелирует с солнечной активностью [Svensmark H.,
Friis-Christensen E.]. Облачность в масштабах сотен километров ведет
себя по-разному, в зависимости от широты и орографии местности,
определяясь изменением траекторий циклонов и антициклонов.
Наблюдавшиеся широтные смещения облачности для Европы в
зависимости от солнечной активности в 22-м цикле [Веретененко С.В.,
Пудовкин М.И., Tinsley B.A.], сохраняют свой характер и в 23-ем цикле от
80 до 140 в.д. Это, вероятно, объясняется смещением путей западных
циклонов в зависимости от активности солнца [Абросов В.Н.].
• Авторы благодарят РФФИ за поддержку исследований: 06-05-96021
р_восток_а.
Долготное распределение индексов блокирования (дам)
(интенсивность эпизодов блокирования), 60° с.ш., 2000 г., лето
Долготное распределение индексов блокирования (продолжительность
(дни) эпизодов блокирования), 60° с.ш., 2000 г., лето
Усредненная карта плотности облачного покрова в
Северо-Азиатском регионе за период 1997-2004 г.
• Спутниковый мониторинг облачности проводился с
8 до 20 ч. местного времени. Поэтому можно
говорить о вариациях дневной части суточного
хода. Отметим наблюдавшиеся в северной зоне
минимум высокой облачности (понижение на 20%
относительно среднего уровня 70%) в 16-17 ч.,
небольшой минимум (понижение на 5%) в 10-11 ч.
и небольшой максимум (повышение на 5%)
облачности с 12 до 15 ч. Похожая картина
наблюдается и в южной зоне. Однако минимум
облачности южной зоны (понижение на 30%
относительно среднего уровня 50%) наблюдается в
11-12 ч. и максимум с 12 до 16 ч. составляет 75%.
Низкая облачность в северной зоне составляет
15% и мало меняется в течение суток. В
центральной и южной зонах низкая облачность
составляет около 20% и имеет минимум
(понижение на 15%) в 11-12 ч. и максимум с 12 до
16 ч. составляет 25%.
• В сезонном распределении облачности (как облаков
верхнего, так и облаков нижнего ярусов) в бесснежное
время наблюдается выраженная полуволна с минимумом в
июле. Причем если в облаках верхнего яруса минимум
охватывает июнь – июль, то в облаках нижнего яруса
минимум наблюдается в июле – августе.
• Для всех трёх широтных зон минимум низкой облачности
приходится на август. С мая по август облачность как
высокая, так и низкая падает, а с августа по сентябрь
возрастает. В северной зоне с мая по июль-август высокая
облачность понижается, а затем повышается к сентябрю. В
центральной зоне облачность имеет минимум в июне –
июле и повышается к сентябрю. В южной зоне вариации
высокой облачности в разные годы имеют разный характер,
например: в 1999 г. и 2000 г. минимальное значение
высокой облачности наблюдалось в сентябре, в то время
как в 1998 г. ее минимум приходился на май, а максимум –
на сентябрь.
Сезонные вариации облачности (%) Северо-западной Азии в 1997 г.: ■ - %
территории покрытой высокой облачностью, - % территории покрытой
низкой облачностью
Общая облачность
Высокая
Низкая
Апрель
Октябрь
[Климат Якутска / под ред. Ц.А. Швер, С.А. Изюменко / Л.: Гидрометноиздат, 1982. С.
246] Наблюдения над облачностью на метеостанциях ведутся визуально, степень
покрытия неба облаками оценивается по десятибалльной шкале. Отдельные
наблюдения ведутся с помощью радиолокаторов в радиусе до 300 км.
Сезонный ход нижней облачности по метеонаблюдениям в г. Якутске (19361965 гг.) В г. Якутске по метеонаблюдениям повторяемость по общей
облачности (8-10 баллов) с мая по сентябрь в среднем составляет 594% и по
нижней облачности - 233%.