О ДИНАМИКЕ И СТРУКТУРЕ ГЛОБАЛЬНОЙ АТМОСФЕРНОЙ ОСЦИЛЛЯЦИИ В КЛИМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ И РЕАЛЬНОСТИ

  • И. В. Серых Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2018.46(1).2
Ключевые слова: Глобальная атмосферная осцилляция, Эль-Ниньо, Ла-Нинья, данные наблюдений, ре-анализы, совместные модели общей циркуляции океана и атмосферы, энергетические спектры, 11-летний цикл солнечной активности, чандлеровское колебание

Аннотация

По данным наблюдений и их ре-анализам, а также результатам экспериментов с климатическими моделями построены глобальные поля средних аномалий атмосферного давления на уровне моря и температуры воздуха у поверхности на положительных и отрицательных фазах недавно выявленной российскими учеными Глобальной атмосферной осцилляции (ГАО), чьими элементами являются Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Предложен индекс ГАО и рассчитаны его спектры, а также спектры индексов Эль-Ниньо – Южного колебания. Показано, что некоторые из современных моделей совместной циркуляции океана и атмосферы, участвующие в международном проекте сравнения моделей CMIP5, неплохо воспроизводят пространственную структуру ГАО. Что касается временных энергетических спектров, то у моделей они отличаются от реальности как общим ходом спектральной плотности в диапазоне междугодовых – десятилетних колебаний, так и периодами конкретных пиков, имеющих место в этом диапазоне. Сравнение модельных экспериментов piControl и Historical показало, что при учете 11-летнего цикла солнечной активности климатические модели воспроизводят периодичности ГАО точнее, чем без него. Сделан вывод, что отличия модельных спектров от реальных являются причиной ошибок в предсказаниях начала Эль-Ниньо с заблаговременностью более полугодия.

Литература


  1. Бышев В.И., Нейман В.Г., Романов Ю.А., Серых И.В. Эль-Ниньо как следствие Глобальной атмосферной осцилляции в динамике климатической системы Земли // Доклады Академии наук. 2012а. Т. 446. № 1. С. 89–94.

  2. Бышев В.И., Нейман В.Г., Романов Ю.А., Серых И.В. О влиянии событий Эль-Ниньо на климатические характеристики Индоокеанского региона // Океанология. – 2012б. Т. 52. № 2. С. 165–175.

  3. 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.

  4. 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.

  5. Вакуленко Н.В., Сонечкин Д.М. Свидетельство влияния солнечной активности на Эль- Ниньо – Южное колебание // Океанология. 2011. Т. 51. № 6. C. 1–6.

  6. Володин Е.М., Дианский Н.А. Воспроизведение Эль-Ниньо в совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана // Метеорологии и Гидрологии. 2004. № 12. C. 5–14.

  7. Серых И.В., Сонечкин Д.М. О влиянии полюсного прилива на Эль-Ниньо // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 44– 52.

  8. Серых И.В., Сонечкин Д.М. О проявлениях движений полюсов Земли в ритмах Эль-Ниньо – Южного колебания // Доклады Академии наук. 2017а. Т. 472. № 6. С. 716–719.

  9. Серых И.В., Сонечкин Д.М. Хаос и порядок в атмосферной динамике. – Часть 2: Междугодовые ритмы Эль-Ниньо – Южного колебания // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2017б. Т. 25. № 5. С. 5–25.

  10. Allan R.J., Ansell T.J. A new globally-complete monthly historical gridded mean sea level pressure data set (HadSLP2): 1850–2004 // J. Climate. 2006. Vol. 19. P. 5816–5846.

  11. Bellenger H., Guilyardi E., Leloup J., Lengaigne M., Vialard J. ENSO representation in climate models: from CMIP3 to CMIP5 // Clim. Dyn. 2014. Vol. 42. P. 1999–2018.

  12. Compo G.P., Whitaker J.S., Sardeshmukh P.D. The Twentieth Century Reanalysis Project // Quarterly J. Roy. Meteorol. Soc. 2011. Vol. 137. P. 1–28.

  13. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R. The NCEP / NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Amer. Meteor. Soc. 1996. Vol. 77. P. 437–471.

  14. Jin F.F., Neelin J.D., Ghil M. El Nino on the devil’s: annual subharmonic steps to chaos // Science. 1994. Vol. 264. P. 70–72.

  15. Jin F.F., Neelin J.D., Ghil M. El Nino/Southern Oscillation and the annual cycle: Subharmonic frequency locking and aperiodicity // Physica D. 1996. Vol. 98. P. 442–465.

  16. Jha B., Hu Z., Kumar A. SST and ENSO variability and change simulated in historical experiments of CMIP5 models // Clim. Dyn. 2014. Vol. 42. P. 2113–2124.

  17. Jones P.D., Lister D.H., Osborn T.J. Hemispheric and large-scale land surface air temperature 25 variations: An extensive revision and an update to 2010 // J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117. D05127.

  18. Hirahara S., Ishii M., Fukuda Y. Centennial-scale sea surface temperature analysis and its uncertainty // J. of Climate. 2014. Vol. 27. P. 57–75.

  19. Huang B., Banzon V.F., Freeman E. Extended reconstructed sea surface temperature version 4 (ERSST.v4). Part I: Upgrades and intercomparisons // J. Clim. 2015. Vol. 28. No. 3. P. 911–930.

  20. Hurwitz M.M., Calvo N., Garfinkel C.I. Extra-tropical atmospheric response to ENSO in the CMIP5 models // Clim. Dyn. 2014. doi 10.1007/s00382-014-2110-z.

  21. Kobayashi S., Ota Y., Harada Y. The JRA-55 Reanalysis: General Specifications and Basic Characteristics // J. Met. Soc. Jap. 2015. Vol. 93. No. 1. P. 5–48.

  22. Liu W., Huang B., Thorne P.W. Extended reconstructed sea surface temperature version 4 (ERSST. v4): Part II. Parametric and structural uncertainty estimations // J. Clim. 2015. Vol. 28. No. 3. P. 931–951.

  23. McPhaden M.J., Zebiak S.E., Glantz M.H. ENSO as an integrating concept in Earth science // Science. 2006. Vol. 314. P. 1740–1745.

  24. Oh J.H., Shin D.W., Cocke S.D., Baigorria G.A. ENSO Teleconnection Pattern Changes over the Southeastern United States under a Climate Change Scenario in CMIP5 Models // Advances in Meteorology. 2014. Vol. 2014. Article D1648197.

  25. Peng J.B., Chen L.T., Zhang Q.Y. The relationship between the El Nino/La Nina cycle and the transition chains of four atmospheric oscillations. Part I: The four oscillations // Adv. Atmos. Sci. 2014. Vol. 31. No. 2. – P. 468–479.

  26. Peterson R.G., White W.B. Slow teleconnections linking the Antarctic Circumpolar Wave with the tropical El Nino – Southern Oscillation // J. geophys. Res. 1998. Vol. 103. P. 24573–24583.

  27. Privalsky V., Yushkov V. ENSO influence upon global temperature in nature and in CMIP5 simulations // Atmos. Sci. Let. 2015. Vol. 16. P. 240–245.

  28. Rao J., Ren R.C. Statistical characteristics of ENSO events in CMIP5 models // Atmos. Oceanic Sci. Lett. 2014. Vol. 7. P. 546–552.

  29. Rayner N.A., Parker D.E., Horton E.B. Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108. Article D144407.

  30. Ren H.L., Zuo J., Jin F.F., Stuecker M.F. ENSO and annual cycle interaction: the combination mode representation in CMIP5 models // Clim. Dyn. 2015. doi 10.1007/s00382-015- 2802-z.

  31. Romanov Y.A., Romanova N.A., Romanov P.Y. Distribution of icebergs in the Atlantic and Indian 13 ocean Sectors of the Antarctic region and its possible links with ENSO // Geophys. Res. Lett. 2008. Vol. 35. Article D1LO2506.

  32. Sidorenkov N.S. The interaction between Earth’s rotation and geophysical processes. – Wiley- VCH & Co. KCaA: Weinheim, 2009. – 305 p.

  33. Stevenson S.L. Significant changes to ENSO strength and impacts in the twenty-first century: Results from CMIP5 // Geophys. Res. Lett. 2012. Vol. 39. Article D1L17703.

  34. Stickler A., Brönnimann S., Valente M.A. ERA-CLIM: Historical Surface and Upper-Air Data for Future Reanalyses // Bull. Amer. Meteor. Soc. Vol. 95. No. 9. P. 1419–1430.

  35. Taylor K.E., Stouffer R.J., Meehl G.A. Overview of CMIP5 and the experiment design // Bull. Am. Meteor. Soc. 2012. Vol. 93. P. 485–498.

  36. Torrence C., Compo G.P. A practical guide to wavelet analysys // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1997. Vol. 79. No. 1. P. 61–78. 26

  37. Trenberth K.E. Spatial and temporal variations of the Southern Oscillation // Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 1976. Vol. 102. P. 639–653.

  38. Tziperman E., Stone L., Cane M.A. El Nino chaos: Оverlapping of resonances between the seasonal cycle and the Pacific ocean – atmosphere oscillator // Science. 1994. Vol. 264. P. 72–74.

  39. Voskresenskaya E.N., Polonsky A.B. Air pressure fluctuations in the North Atlantic and their relationship with El Nino – southern oscillations // Physical oceanography. 1993. Vol. 4. P. 275–282.

  40. Weare B.C. El Nino teleconnections in CMIP5 models // Clim. Dyn. 2013. Vol. 41. P. 2165–2177.

  41. Welch P.D. The use of Fast Fourier Transform for the estimation of power spectra: A method based on time averaging over short, modified periodograms // IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics. 1967. Vol. AU-15. No. 2. P. 70–73.

Journal of Oceanological Research
Опубликован
2018-06-04
Выпуск
Том 46 № 1 (2018): 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)

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)