КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СОВРЕМЕННОГО КЛИМАТА

  • В. И. Бышев Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
  • А. В. Гусев Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Институт вычислительной математики им. Г. И. Марчука РАН
  • А. Н. Сидорова Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2024.52(1).1
Ключевые слова: современный климат, океан, атмосфера, Глобальная атмосферная осцилляция (ГАО), планетарная океаническая осцилляция, фазы климата

Аннотация

Современный климат – это климат текущего столетия с присущими ему характерными особенностями. Океан и атмосфера при этом рассматриваются в качестве двух важнейших компонентов климатической системы. Динамика и термодинамика этих сфер отражают текущие возмущения планетарной окружающей среды на внутридекадных (2–8 лет) и мультидекадных (20–60 лет) временных масштабах. Квазисинхронность и глобальность происходящих в современной климатической системе явлений обеспечиваются и сопровождаются выявленными и в атмосфере, и в океане структурами планетарного масштаба: соответственно Глобальной атмосферной осцилляцией (ГАО) и Мультидекадной осцилляцией теплосодержания океана (МОСТОК). Характерной особенностью динамики современного климата является наблюдаемая его мультидекадная ритмичность с периодом около 60 лет. Ритм 1940–1999 гг. представлял собой двухфазовую структуру, в которой начальная фаза (1940–1974 гг.) была существенно континентальной, а заключительная (1975–1999 гг.) – относительно влажной. Переход климата из континентальной фазы во влажную в середине 70-х годов ХХ столетия оказался «внезапным» и был признан климатическим сдвигом. Поиск источника наблюдаемой изменчивости современного климата позволил установить, что теплосодержание верхнего деятельного слоя (ВДС) Мирового океана (МО) демонстрирует мультидекадные фазы теплонакопления и тепловой разгрузки, согласующиеся с мультидекадными фазами возмущений климата. Следует отметить, что фаза теплонакопления ВДС МО соответствует континентальному климату, а его тепловая разгрузка – относительно влажному. В качестве механизма наблюдаемой мультидекадной фазовой изменчивости современного климата выступает планетарное внутрисистемное перераспределение тепла между МО и континентами, при котором общая циркуляция атмосферы играет роль посредника. Проблемы, обсуждаемые нами, разрабатывались в течение многих лет совместно с такими выдающимися учеными-океанологами как В. Г. Нейман и Ю. А. Романов. Данную статью посвящаем светлой памяти этих ученых.

Литература


  1. Алейник Д. Л., Бышев В. И., Нейман В. Г. Об изменчивости термодинамических характеристик океана на больших глубинах // ДАН. 2004. Т. 397. № 4. С. 534–539.

  2. Анисимов М. В., Бышев В. И., Залесный В. Б., Мошонкин С. Н. Мультидекадная изменчивость термической структуры вод Северной Атлантики и ее климатическая значимость // ДАН. 2012. Т. 443. № 3. C. 372–376.

  3. Анисимов М. В., Иванов Ю. А., Субботина М. М. Глобальный океанский конвейер // Океанология. 2002. Т. 42. № 5. C. 645–649.

  4. Бышев В. И. Синоптическая и крупномасштабная изменчивость океана и атмосферы. М.: Наука, 2003. 343 с.

  5. Бышев В. И., Анисимов М. В., Гусев А. В., Грузинов В. М., Сидорова А. Н. О мультидекадной осцилляции теплосодержания Мирового океана // Океанологические исследования. 2020. Т. 48. № 3. С. 76–95. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2020.48(3).5.

  6. Бышев В. И., Егорихин В. Д., Максименко Н. А., Соболь В. К. Структура и синоптическая изменчивость Северо-Атлантического течения на меридиональном разрезе вдоль 36° з. д. летом 1990 г. // ДАН. 1997. Т. 355. № 3. С. 397–400.

  7. Бышев В. И., Копрова Л. И., Навроцкая С. Е., Позднякова Т. Г., Романов Ю. А. Аномальное состояние Ньюфаундлендской энергоактивной зоны в 1990 г. // ДАН. 1993. Т. 331. № 6. С. 735.

  8. Бышев В. И., Копрова Л. И., Романов Ю. А. О формировании аномалий ТПО в районе Ньюфаундлендской энергоактивной зоны в мае–июне 1990 г. // Метеорология и гидрология. 1996. № 7. С. 78–87.

  9. Бышев В. И., Нейман В. Г., Позднякова Т. Г., Романов Ю. А. Новые данные о термодинамическом режиме климатической системы в Северном полушарии // ДАН. 2001. Т. 381. № 4. С. 539–544.

  10. Бышев В. И., Нейман В. Г., Романов Ю. А. Климатические ритмы теплового режима Мирового океана // Природа. 2016. № 8. С. 26–33.

  11. Бышев В. И., Нейман В. Г., Романов Ю. А. О существенных различиях крупномасштабных изменений приземной температуры над океанами и материками // Океанология. 2006. Т. 46. № 2. С. 165–177.

  12. Бышев В. И., Нейман В. Г., Романов Ю. А., Серых И. В. Глобальные атмосферные осцилляции в динамике современного климата // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 62–71.

  13. Бышев В. И., Нейман В. Г., Романов Ю. А., Серых И. В. О пространственной неоднородности некоторых параметров глобальной изменчивости современного климата // ДАН. 2009. Т. 426. № 4. С. 543–548.

  14. Бышев В. И., Нейман В. Г., Романов Ю. А., Серых И. В. О фазовой изменчивости некоторых характеристик современного климата в регионе Северной Атлантики // ДАН. 2011. Т. 438. № 6. C. 817–822.

  15. Бышев В. И., Нейман В. Г., Романов Ю. А., Серых И. В., Сонечкин Д. М. О статистической значимости и климатической роли Глобальной атмосферной осцилляции // Океанология. 2016. Т. 56. № 2. С. 179–185.

  16. Бышев В. И., Орлов В. С. О природе внутритермоклинной линзы на субполярном фронте в Северной Атлантике // Океанология. 1993. Т. 33. № 3. С. 340–346.

  17. Бышев В. И., Снопков В. Г. О формировании поля температуры воды поверхности океана в энергоактивной зоне северо-западной части Тихого океана на примере полигона «МЕГАПОЛИГОН» // Метеорология и гидрология. 1990. № 11. C. 70–77.

  18. Бышев В. И., Усыченко И. Г. Тепловое состояние вод в дельте Гольфстрима в мае–июне 1990 г. // ДАН. 1995. Т. 341. № 4. С. 542–544.

  19. Бышев В. И., Фигуркин А. Л., Анисимов И. М. Междекадная изменчивость термической структуры вод верхнего деятельного слоя на северо-западе Тихого океана // ДАН. 2017. Т. 477. № 2. С. 240–244.

  20. Бышев В. И., Фигуркин А. Л., Анисимов И. М. Современные климатические изменения термохалинной структуры вод СЗТО и флуктуации рыбных сообществ // Изв. ТИНРО. 2016. Т. 185. С. 215–227.

  21. Бышев В. И., Гусев А. В., Сидорова А. Н. О ключевых факторах короткопериодной изменчивости климатических характеристик океана и атмосферы // Труды ГОИНа. Исследования океанов и морей. Москва: Росгидромет, 2022. № 223. С. 180–196. ISSN 0371-7119.

  22. Бышев В. И., Кононова Н. К., Нейман В. Г., Романов Ю. А. Особенности динамики климата Северного полушария в ХХ столетии // ДАН. 2002. Т. 384. № 5. С. 674–681.

  23. Гусев А. В., Дианский Н. А. Воспроизведение циркуляции Мирового океана и ее климатической изменчивости в 1948–2007 гг. с помощью модели INMOM // Изв. РАН, Сер. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 1. С. 3–15.

  24. Дзердзеевский Б. Л. Циркуляционные механизмы в атмосфере Северного полушария в ХХ столетии: Материалы метеорологических исследований. М., 1968. 240 с.

  25. Дианский Н. А., Багатинский В. А. Термохалинная структура вод Северной Атлантики в различные фазы Атлантической мультидекадной осцилляции // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 6. С. 157–170.

  26. Иванов Ю. А., Морозов Е. Г. Перенос вод в дельте Гольфстрима // Доклады Академии наук СССР. 1991. Т. 319. № 2. С. 487–490.

  27. Календарь последовательной смены ЭЦМ за 87-летний период (с 1899 по 1985 гг.) // Материалы метеорол. исслед. 1987. № 13. С. 29–116.

  28. Кононова Н. К. Классификация циркуляционных механизмов Северного полушария по Л. Б. Дзердзеевскому. М.: Воентехиниздат, 2009. 372 с.

  29. Океанология. Физика океана. Т. 1.: Гидрофизика океана. М.: Наука, 1978. 455 с.

  30. Пономарев В. И., Дмитриева Е. В., Шкорба С. П., Карнаухов А. А. Изменение планетарного климатического режима на рубеже XX–XXI веков // Вестник МГТУ. 2018. Т. 21. № 1. С. 160–169. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2018-21-1-160-169.

  31. Романов Ю. А., Нейман В. Г., Бышев В. И., Серых И. В., Сонечкин Д. М., Гусев А. В., Кононова Н. К., Пономарев В. И., Сидорова А. Н., Фигуркин А. Л., Анисимов М. В. Общая оценка статистической значимости и климатической роли глобальных атмосферных и океанических осцилляций // Океанологические исследования. 2019. Т. 47. № 2. С. 76–99. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(2).6.

  32. Серых И. В. О динамике и структуре Глобальной атмосферной осцилляции в климатических моделях и реальности // Океанологические исследования. 2018. Т. 46. № 1. С. 14–28.

  33. Agee M. Trends in Cyclone and Anticyclone Frequency and Comparison with Periods of Warming and Cooling over the Northern Hemisphere // J. Climate. 1991. Vol. 4. P. 263–267.

  34. Bond N. A., Overland J. E., Spillane M., Stabeno P. Recent shifts in the state of the North Pacific // Geophysical Research. Letters. 2003. Vol. 30 (23). 2183. https://doi.org/10.1029/2003GL018597.

  35. Brönnimann S. Impact of El Nino Southern Oscillatuon on European climate // Rev. Geophys. 2007. Vol. 45. RG3003. https://doi.org/10.1029/2006RG000199.

  36. Byshev V. I., Gusev A. V., Neiman V. G., Sidorova A. N. Interdecadal Oscillation of the Ocean Heat Content as a Contribution to Understanding of Physical Aspects of the Present-Day Climate // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10. No. 8. P. 1064. https://doi.org/10.3390/jmse10081064.

  37. Byshev V. I., Neiman V. G., Anisimov M. V., Gusev A. V., Serykh I. V., Sidorova A. N., Figurkin A. L., Anisimov I. M. Multi-decadal oscillations of the ocean active upper-layer heat content // Pure and Applied Geophysics. 2017. Vol. 174. No. 7. P. 2863–2878. https://doi.org/10.1007/s00024-017-1557-3.

  38. Cheng L. J. et al. Another year of record heat for the oceans // Adv. Atmos. Sci. 2023. Vol. 40 (6). P. 963−974. https://doi.org/10.1007/s00376-023-2385-2.

  39. De Viron O., Dickey J. O., and Ghil M. Global modes of climate variability // Geophyscal Research Letters. 2013. Vol. 40. P. 1832–1837. https://doi.org/10.1002/grl.50386.

  40. Feng S., Oglesby R. J., Rowe C. M., Loope D. B., Hu Q. Atlantic and Pacific SST influences on Medieval drought in North America simulated by the Community Atmospheric Model // J. Geophys. Res. 2008. 113. D11101. https://doi.org/10.1029/2007JD009347.

  41. Hansen J., Lebedeff S. Global surface air temperatures: Update through 1987 // Geophys. Res. Lett. 1988. No. 15. P. 323–326. https://doi.org/10.1029/GL015i004p00323.

  42. Hansen J., Lebedeff S. Global trends of measured surface air temperatures // J. Geophys. Res. 1987. Vol. 92. 13,345–13,372.

  43. Hayasaka H., Yamazaki K., Naito D. Weather conditions and warm air masses during active fire-periods in boreal forests // Polar Science. 2019. Vol. 22:100472. P. 1–7.

  44. Henley B. J., Gergis J., Karoly D. J., Power S., Kennedy J., Folland C. K. A Tripole Index for the Interdecadal Pacific Oscillation // Clim. Dyn. 2015. Vol. 45. P. 3077–3090. https://doi.org/10.1007/s00382-015-2525-1.

  45. Hosler C. L., Gamage L. A. Cyclone frequencies in the United States for the period 1905–1954 // Mon. Wea. Rev. 1956. Vol. 84. P. 388–390.

  46. Ivanov Yu. A., Byshev V. I., Romanov Yu. A., Sidorova A. N. On the structure of the North Atlantic Current in May-June 1990 // Journal of Oceanological Research. 2019. Vol. 47. No. 2. P. 33–63. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(2).4.

  47. Joyce T. M., Kwon Y.-O., Yu L. On the Relationship between Synoptic Wintertime Atmospheric Variability and Path Shifts in the Gulf Stream and the Kuroshio Extension // Journal of Climate. 2009. Vol. 22. P. 3177–3192. https://doi.org/10.1175/2008JCLI2690.1.

  48. Kim H., An S.-I. On the subarctic North Atlantic cooling due to global warming // Theor. Appl. climatol. 2013. Vol. 114. No. 1–2. P. 9–19. https://doi.org/10.1007/s00704-012-0805-9.

  49. Kwon Y.-O., Alexander M. A., Bond N. A., Frankignoul C., Nakamura H., Qiu B., Thompson L. A. Role of the Gulf Stream and Kuroshio–Oyashio Systems in Large-Scale. Atmosphere–Ocean Interaction: A Review // Journal of Climate. 2010. Vol. 23. P. 3249–3281. https://doi.org/10.1175/2010JCLI3343.1.

  50. Lee T., McPhaden M. J. Decadal phase change in large-scale sea level and winds in the Indo-Pacific region at the end of the 20th Century // Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35. L01605. https://doi.org/10.1029/2007GL032419.

  51. Levitus S., Antonov J. I., Boyer T. P., Locarnini R. A., Garsia H. E., Mishonov A. V. Global ocean heat content 1955–2008 in sight of recently revealed instrumentation problems // Geoph. Res. Letters. 2009. L.07608. https://doi.org/10.1029/2008GL037155.

  52. Mao K., Chen J., Li Z., Ma Y., Song Y., Tan X., Yang K. Global Water Vapor Content Decreases from 2003 to 2012: An Analysis Based on MODIS Data // Chin. Geogra. Sci. 2017. Vol. 27. No. 1. P. 1–7. https://doi.org/10.1007/s11769-017-0841-6.

  53. McCabe G. J., Clark M. P., Serezze M. C. Trends in Northern Hemisphere Surface Cyclone Frequency and Intensity // J. Climate. 2001. Vol. 14. P. 2763–2768.

  54. Minobe S. A. Resonance in bidecadal and pentadecadal climate oscillation over the North Pacific: role in climatic regime shift // Geophys. Res. Lett. 1999. Vol. 26. P. 855–858.

  55. Minobe S. A 50–70-Year Climatic Oscillation over the North Pacific and North America // Geophysical Research Letters. 1997. Vol. 24. P. 683–686. https://dx.doi.org/10.1029/97GL0050.

  56. Nakamura M. Greenland sea surface temperature change and accompanying changes in the North Hemispheric climate // Journal of Climate. 2013. Vol. 26. P. 8576–8596. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00435.1.

  57. Razjigaeva N., Ganzey L., Gribennikova T., Ponomarev V. “Cold-Dry” and “Cold-Wet”: Events in the Late Holocene Southern Rassia Far East // Climate. 2023. Vol. 11. P. 91. https://doi.org/10.3390/cli1104009.

  58. Serykh I. V., Sonechkin D. M., Byshev V. I., Neiman V. G. Global Atmospheric Oscillation in geopotential fields of the free atmosphere // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 386. 012006. https://doi.org/10.1088/1755-1315/386/1/012006. https://iopscience.iop.org/issue/1755-1315/386/1.

  59. Sidorenkov N. S. Celestial mechanical causes of weather and climate change // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2016. Vol. 52 (7). P. 667–682. https://doi.org/10.1134/S0001433816070094.

  60. Sidorenkov N. S. The Interaction Between Earth’s Rotation and Geophysical Processes. Weinheim: Wiley, 2009. 305 p. https://doi.org/10.1002/9783527627721.

  61. Small R. J., de Szoeke S. P., Xie S. P., O’Neill L., Seo H., Song Q., Cornillon P., Spall M., Minobe S. Air–sea interaction over ocean fronts and eddies // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2008. Vol. 45 (3/4). P. 274–319. https://doi.org/10.1016/j.dynatmoce.2008.01.001.

  62. Stephens C., Levitus S., Antonov J., Boyer T. P. On the Pacific Ocean regime shift // Geophysical Research Letters. 2001. Vol. 28 (19). P. 3721–3724.

  63. Taguchi B., Nakamura H., Nonaka M., Xie S.-P. Influences of the Kuroshio/Oyashio Extensions on Air–Sea Heat Exchanges and Storm-Track Activity as Revealed in Regional Atmospheric Model Simulations for the 2003/04 Cold Season // Journal of Climate. 2009. Vol. 22 (24). P. 6536–6560. https://doi.org/10.1175/2009jcli2910.1".

  64. Tsonis A. A., Swanson K., Kravtsov S. A new dynamical mechanism for major climate shifts // Geophysical Research Letters. 2007. Vol. 34. L13705. https://doi.org/10.1029/2007GL03028.

  65. Wallace J. M., Hobbs P. V. Atmospheric Science: An Introductory Survey. 2nd Edition. University of Washington. Academic Press is an imprint of Elsevier. 2006. 483 pp.

  66. Wang G., Swanson K. L., Tsonis A. A. The pacemaker of major climate shifts // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36. L07708. https://doi.org/10.1029/2008GL036874.

  67. Zishka K. M., Smith P. J. The climatology of cyclones and anticyclones over North America and surrounding ocean environs for January and July, 1950–1977 // Mon. Weather Rev. 1980. Vol. 108. P. 387–401.
Опубликован
2024-04-28
Выпуск
Том 52 № 1 (2024): Океанологические исследования
Раздел
Физика океана и климат

Передача авторских прав происходит на основании лицензионного договора между Автором и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)