О влиянии междекадных изменений гидрометеорологического состояния Северной Атлантики и Тихого океана на климат России

Построены глобальные поля гидрофизических и метеорологических характеристик, относящиеся к периодам отрицательных (1948-1976 и 1999-2015 гг.) и положительной (1977-1998 гг.) фаз Тихоокеанского декадного колебания (PDO). Во время которых то ослабевали и становились реже, то усиливались и учащались события Эль-Ниньо. Исследованы данные приповерхностной температуры, атмосферного давления на уровне моря, скорости ветра, теплосодержания верхнего 700-метрового слоя океана, температуры и солености воды на различных глубинах, потоков скрытого и явного тепла из океана в атмосферу. Рассчитаны средние поля изменений указанных климатических характеристик между рассматриваемыми периодами.
Анализ построенных полей показал, что в верхнем 1500-метровом слое вод Северной Атлантики существует температурный диполь (Serykh, 2016), климатическое значение которого в определенном смысле может быть интерпретировано в качестве океанического аналога атмосферного Североатлантического колебания (NAO). Предложен индекс Североатлантического диполя (NAD) как разность среднего теплосодержания верхнего 700-метрового слоя океана между регионами (50º-70º с.ш.; 60º-10º з.д.) и (20º-40º с.ш.; 80º-30º з.д.). Данный индекс выбран исходя из того, что поля разности между исследуемыми временными периодами средней температуры и солености северной части Атлантического океана на различных глубинах до 1500 метров показывают, что NAD наиболее ярко проявляется на глубинах от 500 до 700 метров.
Индекс NAD отличается от индекса Атлантической мультидекадной осцилляции (АМО), который рассчитывается как средняя аномалия температуры поверхности северной части Атлантического океана, и не учитывает температуру океана на глубине и обнаруженную дипольную структуру NAD. Более того, при расчете индекса АМО возникают проблемы удаления линейного хода и поправки на измерительные приборы, которые влияют на итоговый ряд. Предложенный индекс NAD рассчитывается как разность между двумя регионами, и поэтому перечисленные выше проблемы оказывают меньшее влияние на получаемый ряд, чем при осреднении только по одному региону.
Общность пространственно-временной структуры возникающих во время событий Эль-Ниньо аномалий в полях гидрофизических характеристик океана и атмосферы свидетельствует о глобальном характере физического механизма данного явления (Бышев и др., 2012). Исходя из этого, при построении графиков индексов для подавления влияния Эль-Ниньо использовано 6-летнее сглаживание скользящим средним (Серых и Сонечкин, 2016, 2017). Сезонный ход удален путем вычитания климатических значений исследуемых характеристик по всему рассматриваемому временному интервалу. Два индекса NAD и NAO дополняют друг друга, поскольку рассчитываются соответственно, как разность теплосодержания верхнего слоя океана и атмосферного давления между географически близкими регионами, и характеризуют состояние основной части системы океан-атмосфера Северной Атлантики, а не отдельную её атмосферную или океаническую составляющую. Интересные особенности демонстрирует более чем полувековой ход индексов NAD и NAO: после удаления связанных с Эль-Ниньо колебаний, изменения индекса NAO опережают NAD при их высокой взаимной корреляции. Таким образом можно сделать вывод о том, что в рассматриваемых процессах атмосфера играет ведущую роль по отношению к океану. Большого временного сдвига между индексами NAD и NAO не наблюдается, в то время как фазы колебания индекса АМО сильно смещены (около 10 лет) относительно индекса NAO.
Временные ряды изменений разности средних аномалий потоков скрытого и явного тепла из океана в атмосферу между регионами (50º-70º с.ш.; 60º-10º з.д.) и (20º-40º с.ш.; 80º-30º з.д.) демонстрируют высокую корреляцию с индексами NAO и NAD. При увеличении потоков скрытого и явного тепла из океана в атмосферу теплосодержание океана уменьшается, а при сокращении потоков тепла – увеличивается. Изменения температуры и солености в верхних слоях океана превышают по величине и опережают по времени изменения в нижних слоях. Это также говорит о ведущей роли атмосферы по отношению к океану в рассматриваемых процессах. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в Северной Атлантике в начале 1990-х годов произошел климатический сдвиг – в 1992/93 годах на построенных графиках присутствует сильный излом. Это может быть связано с произошедшим в 1991 году извержением вулкана Пинатубо. После этого события, примерно с 1992/93 года, стало наблюдаться сокращение потоков скрытого и явного тепла из океана в атмосферу и увеличение теплосодержания Северной Атлантики, что могло привести к наблюдаемой в 1999-2015 гг. паузе в потеплении климата Сибири в холодное время года, когда влияние океана наиболее существенно.
Особого внимания заслуживает тот факт, что в районах Исландского минимума и Азорского максимума описанные в работе циклоническая и антициклоническая аномалии циркуляции атмосферы и сокращение и увеличение теплосодержания океана происходят согласованно и квазисинхронно. Благодаря этому аномалии западного переноса вдоль 50 параллели то увеличивают, то уменьшают вынос тепла с Атлантического океана на Евро-Азиатский континент, и климат в Европе и Сибири становится то более морским, то более континентальным (Анисимов и др., 2012; Бышев и др., 2016). Стремительное потепление климата на Евро-Азиатском континенте в 1977-1998 гг. можно связать с усилением в этот период переноса тепла из Северной Атлантики. Наблюдавшаяся в 1999-2015 гг. пауза этого потепления может быть связана с сокращением поступления тепла из северной части Атлантического океана (Byshev et al., 2017). Предположительным физическим механизмом, обнаруженных колебаний в системе взаимодействия океан-атмосфера Северной Атлантики и Тихого океана на квази-60-летнем периоде, может являться междекадная Глобальная атмосферная осцилляция (Бышев и др., 2011, 2014, 2016).
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного
проекта № 16-35-00111 мол_а.