Особенности климата и метеорологического режима

Изменчивость крупномасштабных атмосферных процессов и

Характерих проявления в сезонной и межгодовой циркуляции

Воздушных масс и температурного режима в локальных районах Баренцева и Карского морей

Особенности климата и метеорологического режима

Особенности климата и метеорологического режима Баренцева и Карского морей обусловлены несколькими факторами, главными из которых являются географическое положение морей, атмосферная циркуляция и подстилающая поверхность. Баренцево и Карское моря расположены к северу от полярного круга и находятся под непосредственным влиянием Северного Ледовитого океана с севера, материка с юга и Атлантического океана с запада. Благодаря тому, что в этом регионе осуществляется встреча теплых атлантических и холодных арктических водных и воздушных масс, он считается энергетически значимым и сложным в природном отношении.

В связи с решением поставленной задачи совершенствования макроциркуляционного метода прогноза в данном разделе работы были детально исследованы особенности и характер атмосферных процессов и связанных с ними сезонной и многолетней изменчивости воздушных потоков и температурного режима в исследуемом районе Арктики. Расчетные данные по метеорологическому режиму были получены по отдельным локальным районам Баренцева и Карского морей. В отчете приводятся данные только по одному из локальных районов, а именно юго-западной части Карского моря.

Для решения поставленной задачи был получен и произведен всесторонний анализ массива карт полей приземного и высотного атмосферного давления, температуры воздуха, воздушных потоков, построенных не только по календарным периодам времени (месяц, сезон, год), а и по естественным стадиям развития и перестроек атмосферных процессов различного пространственно-временного масштаба. Проведенный всесторонний анализ характера и динамики атмосферных процессов в северной полярной области позволил более правильно понять особенности процессов, протекающих над районом Баренцева и Карского морей.

Из климатических данных различных метеорологических характеристик в полярном районе Арктики [13] данные по ветру на арктических станциях носят наиболее сложный характер. На побережье арктических морей и на островах, вследствие сложного рельефа (сочетания поверхности моря, крутых берегов и горных хребтов) ветер в прибрежных пунктах может иметь направления, существенно отличные от направления его в открытом море. Поэтому данные какого-либо пункта являются характерными только для этого пункта [11].

Среднее преобладающее направление воздушных переносов над районом определяется средним барическим полем, которое, в свою очередь, отражает характер атмосферных процессов. В частности, циркуляция воздушных масс над западными морями Арктики, как и над любым другим физико-географическим районом Земли, обусловлена влиянием атмосферных процессов более крупного масштаба, чем рассматриваемый район. Знание особенностей развития и перестроек атмосферных процессов различного временного масштаба (от межгодовых до внутримесячных) во многом способствует правильной интерпретации природы возникновения аномальных явлений в атмосфере и гидросфере в том или ином локальном районе. Кроме того, атмосферная циркуляция является одним из основных факторов, формирующих климат. Преобладание адвекции воздушных масс определенных свойств, их пути перемещения и трансформации под воздействием подстилающей поверхности, взаимодействие масс различных свойств - все это создает погодные условия, многолетний режим которых определяет климат того или иного района.

Особенности циркуляционных условий в Арктике и характер полей основных метеорологических элементов - давления и температуры воздуха, скоростей ветра, облачности и др. позволяют выделить в Северном ледовитом океане пять крупных климатических районов. Различия между ними сказываются, главным образом, зимой, летом они сглаживаются.

Баренцево и Карское моря входят в состав атлантического района. Метеорологический режим данного района крайне неустойчив во времени, т.к. находится в непосредственной близости от арктического фронта. Пространственная ориентация и интенсивность высотной фронтальной зоны (ВФЗ) во многом предопределяет направление и скорость движения циклонов и антициклонов у поверхности Земли и, как следствие, колебание погодных характеристик в различных районах Арктики. В свою очередь, пространственно-временная ориентация арктической ВФЗ сопряжена с динамикой атмосферных процессов более крупного масштаба. К основным элементам крупномасштабной циркуляции относятся: планетарный циркумполярный вихрь; планетарные высотные фронтальные зоны; длинные волны в толще тропосферы; обширные стационарные циклоны и антициклоны; фронтальные циклоны и антициклоны.

Все элементы макроструктуры циркуляции тропосферы и стратосферы находятся в тесной взаимосвязи. Элементы меньшего масштаба не только развиваются на фоне элементов большего масштаба, но сами влияют на них. В результате объекты более крупного масштаба деформируются и изменяются. Так, под влиянием процессов блокирования и длинных волн изменяется структура планетарного циркумполярного вихря и системы тропосферных ВФЗ. Это, в свою очередь, приводит к локальному усилению или ослаблению процессов цикло-антициклогенеза, процессов регенерации барических образований, преобразования высотных деформационных полей и, следовательно, и эволюцию системы ВФЗ и циркумполярного вихря. Таким образом, возникает замкнутый процесс эволюции общей циркуляции атмосферы, в которой все элементы макроструктуры находятся в диалектической взаимосвязи.

Особенности крупномасштабной циркуляции атмосферы внутри годы и характер ее проявления в основных метеорологических элементах - давления и температуры воздуха, направлений и скоростей ветра, облачности и др., позволяют выделить для атлантического района Арктики четыре сезона: зимний (декабрь-февраль); весенний (март-июнь); летний (июль-сентябрь) и осенний (октябрь-ноябрь).

Представление о характере атмосферных процессов и о преобладающих направлениях воздушных потоков можно видеть по полученным среднемноголетним полям давления (рисунок 4.1 и 4.2) и данным среднемноголетней повторяемости различных направлений воздушных потоков (таблица 4.2) для четырех сезонов года.

Зимой над северо-восточной частью азиатского материка располагается устойчивая область повышенного давления (сибирский антициклон), а над Баренцевым и Карским морями с юго-запада на северо-восток простирается ложбина пониженного давления (восточная ложбина исландского минимума). С ложбиной связаны основные траектории циклонов, проходящих над акваториями Баренцева и Карского морей. Прохождение циклонов (до 5 за месяц) обычно сопровождается в этот период резким изменением погоды - повышением температуры воздуха, увеличением облачности, усилением ветра и т.д. Зимнее расположение барических центров обусловливает преобладание в целом за сезон над рассматриваемым районом Арктики ветров от юго-западных до юго-восточных направлений, т.е. южной четверти.

Весной происходит перестройка барического поля. Восточная ложбина исландского минимума, начиная со второй половины марта и в апреле, сокращается и в мае исчезает совсем. Среднее число проходящих циклонов сокращается от четырех в марте-апреле до трех в мае-июне. Преобладающими являются для юго-восточной части Баренцева моря в марте юго-западной четверти, в апреле - юго-восточной, в мае-июне северных, северо-западных направлений. Для юго-западной части Карского моря в марте - южных, юго-восточных направлений с переходом в последующие месяцы к северной четверти.

Летом над континентом устанавливается обширная область пониженного давления, а над Баренцевым и Карским морями отмечается повышение атмосферного давления. Повторяемость циклонов в июле-августе сокращается до двух-трех. В конце августа - начале сентября количество циклонов увеличивается до четырех. В летний период преобладающими являются ветры северной четверти.

Таблица 4.2 - Повторяемость направлений воздушных переносов в юго-западной части Карского моря, %

Направ-ление

Весна

Лето

Осень

Зима

переноса

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

I

II

СЗ

-

С

-

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

Осенью происходит перестройка к зимнего типу распределения барических полей. В сентябре над Баренцевым морем, а с октября и над Карским располагаются постепенно углубляющиеся минимумы, которые в дальнейшем сливаются с развивающейся исландской ложбиной. К концу октября восточная ложбина исландского минимума выражена уже довольно четко, и число проходящих циклонов увеличивается до пяти. Наиболее преобладающими осенью являются ветры юго-западных, южных направлений, за исключением юго-запада Карскогом моря в октябре, когда наибольшую повторяемость имеют ветры северо-восточнных направлений.

Таким образом, ветровой режим определяется сезонными особенностями средних многолетних барических полей и связанным с ними развитием атмосферных процессов в каждом сезоне года. При этом ветровой режим в Арктике имеет муссонный характер. Зимой в южной части Баренцева и Карского морей преобладают ветры южной четверти с частыми отходами в Баренцевом море до восточных направлений. Летом в связи с перестройкой барического поля на противоположный преобладающими являются ветры северной четверти. В переходные сезоны устойчивость воздушных потоков заметно уменьшается.

Преобладание показанных в таблице 4.2 ветровых потоков для различных сезонов года не являются абсолютными. Реальное состояние циркуляции атмосферы отличается от среднего состояния рассмотренного ранее. Изменчивость атмосферной циркуляции существенно влияет на характер воздухообмена и связанного с ним температурного режима рассматриваемого района Арктики.

О повторяемости воздушных потоков при формировании воздушных масс с различными температурными характеристиками можно судить по данным таблиц 4.3 - 4.7.

Таблица 4.3 - Повторяемость направлений воздушных переносов в юго-западной части Карского моря и их связь с месячными аномалиями температуры воздуха зимой, %

Градации аномалий температуры воздуха	СЗ	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З
6.0 >
5.0 ¸1.0
0.5 ¸ -0.5
-1.0 ¸ -5.0
-6.0 >

Таблица 4.4 - Повторяемость направлений воздушных переносов в юго-западной части Карского моря и их связь с месячными аномалиями температуры воздуха весной (март-апрель), %

Градации аномалий температуры воздуха	СЗ	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З
6.0 >
5.0 ¸1.0
0.5 ¸ -0.5
-1.0 ¸ -5.0
-6.0 <

Таблица 4.5 - Повторяемость направлений воздушных переносов в юго-западной части Карского моря и их связь с месячными аномалиями температуры воздуха весной (май-июнь), %

Градации аномалий температуры воздуха	СЗ	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З
6.0 >
5.0 ¸1.0
0.5 ¸ -0.5
-1.0 ¸ -5.0
-6.0 <

Таблица 4.6 - Повторяемость направлений воздушных переносов в юго-западной части Карского моря и их связь с месячными аномалиями температуры воздуха летом, %

Градации аномалий температуры воздуха	СЗ	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З
6.0 >
5.0 ¸1.0
0.5 ¸ -0.5
-1.0 ¸ -5.0
-6.0 <

Таблица 4.7 - Повторяемость направлений воздушных переносов в юго-западной части Карского моря и их связь с месячными аномалиями температуры воздуха осенью, %

Градации аномалий температуры воздуха	СЗ	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З
6.0 >
5.0 ¸1.0
0.5 ¸ -0.5
-1.0 ¸ -5.0
6.0 >

Полученные данные показывают, что с направлением воздушных потоков тесно связана температура воздуха. При этом амплитуда колебаний температур в зимний период значительно выше, чем в летний. Во все сезоны года наиболее низкие температуры воздуха в рассматриваемом районе Арктики отмечаются при воздушных потоках северной четверти, а зимой также при юго-восточных, восточных направлениях. Значительные повышения температуры воздуха имеют место при воздушных потоках южной четверти, а для летних месяцев также и при западных направлениях. Соответственно при температурах, близких к норме, наибольшую повторяемость имеют направления ветра, близкие к среднемноголетнему (см. таблицу 4.2). Для зимних месяцев это ветры от юго-западных до юго-восточных направлений, а для летних - северо-восточных, северных в Карском море и северо-западной четверти в Баренцевом море.

Полученные среднемноголетние данные преобладающих воздушных потоков и их отклонений при адвекции теплых и холодных воздушных масс над исследуемым районом Арктики в каждом сезоне года могут существенно отличаться в ряде конкретных лет вследствие изменчивости атмосферной циркуляции.