Введение к работе
АКТУаЛЬНОСТЬ теїШ. Проблема взаимодействия океана и атмосферы, по-видимому, является ключевой в понимании физических причин короткопериодных колебаний климата. Эта проблема стоит в центре многих крупнейших национальных и международных исследовательских программ таких как ШИК, toga, woce, "Разрезы".
В настоящем исследовании под взаимодействием океан -атмосфера мы понимаем (Лаппо С С и др., 1990) "совокупность разномасштабных механизмов перераспределеная солнечной энергии в процессе обмена свойствами между океаном и атмосферой и в ходе трансформации энергии как в океане, так и в атмосфере, в результате которых формируется природа Земли".
В качестве основной модели взаимодействия океана и атмосферы в масштабах планеты можно принять концепцию В. В. Шулейкина о природных тепловых машинах (ПТМ), как аналогах технических тепловых машин, "черпающих энергию от Солнца и затем излучающих тепло в мировое пространство" (Шулейкин В. В., 1947). Действительно, термодинамическое понятие тепловой машины ках нельзя более подходит к описанию процесса трансформации тепловой энергии в потенциальную и кинетическую, который является основным процессом, приводящим к возникновению как атмосферной, так и океанической циркуляции. При этом определяющее влияние на взаимодействие океана и атмосферы оказывает режим работы ПТМ і и и рода, работающих на контрасте экватор-полюс и океан-материк соответственно.
Одним из параметров, характеризующих режим работы тепловых машин і и и рода и взаимодействие системы океан - атмосфера -материк, является крупномасштабный адвективный перенос тепла в атмосфере между океаном и материком. Исследование этой
характеристики на эмпирическом материале и является целью
настоящее работы.
В соответствии с данной целью в работе решаются следующие
основные задачи:
I.Исследовать и дать количественные оценки климатической крупномасштабной адвекции тепла, ее сезонной изменчивости для среднеширотных областей атмосферы Северного полушария, обратив особое внимание на краевые области океан-континет.
2. Исследовать и количественно описать роль теплового взаимодействия океана и материка {ПТМ іі-го рода) в процесах меридионального переноса тепла в атмосфере (ПТМ і-го рода), т.е. исследовать взаимодействие природных тепловых машин первого и второго рода.
фактический Материал. Мы попытались дать ответ на эти вопросы на основе имеющихся климатических данных наблюдений за состоянием атмосферы и поверхности океана, а также на основе аналогичных среднемесячных данных наблюдений в конкретные годы. В качестве исходных были взяты данные массива ежегодных среднемесячных приземных значений - температуры и давления; температуры и геопотенциала на стандартных изобарических поверхностях, подготовленные во ВНИИГШ-МЦД. Данные охватывают
1957 - 1971 ГГ. И ИЫеЮТ разрЄШЄНИЄ 5 ПО ШИрОТв И 10 ПО ДОЛГОТЄ.
Эти данные, осредненные за пятнадцатилетний период с восстановлением пропущенных значений сГулев С К., Зверяев И-И. , 1989) составили, используемый в работе, "климатический" массив.
Научная НОВИЗНа рабОТЫ заключается как в самой постановке проблемы взаимодействия природных тепловых машин і и іі-го родов для диагностики земной климатической системы, і$к и в полученных результатах, утверждающих, что тепловое взаимодействие между
- * -
полосой и экватором, восителеы которого выступает атмосфера, в результате взаимодействия ГОМ і и іт-го родов, оказывается зависимым от зональных тепловых контрастов в системе океан-континент.
Практическая ценность работы состоит в получении количественных результатов и оценок:
- значений крупномасштабной адвекции тепла сгеострофическое приближение^ для всех месяцев климатического года и в среднем за год на изобарической поверхности eso мбар; для 4-х месяцев - по данным на уровне моря и на поверхностях 7оо, soo, зоо, гоо, іоо мбар;
-амплитудно-фазовых характеристик годового хода изменчивости адвекции тепла на изобарической поверхности его мбар;
- средних значений и среднеквадратичных отклонений величины крупномасштабной адвекции тепла для января месяца с1957 - і97іг.з на изобарической поверхности eso мбар.
Практическая значимость диссертационной работы определяется также ее вкладом в выполнение темы 1.1 а-* плана НИР и ОКР Госконгидроиета на 1989 - 1992гг. - "Исследовать взаимодействие океана и атмосферы с целью выявления климато- погодообразущих факторов для долгосрочных прогнозов погоды". '(pCctg-gi,. -гСс
*Выводы-предст5вляеиые-на-эащту:- /с^^о^^,^^-.^
1. На основе разработанной в диссертации модификации метода
"интегральной фазы", расчитавы величины крупномасштабных потоков
тепла в атмосфере Северного полушария.
2. Обнаружена количественная связь между меридиональными
потоками тепла, связанными с функционированием ПТМ 1-го рода,и
структурой "стационарных волн" в атмосфере, которая формируется
за счет широтных контрастов температуры материк-океан и работы
'.-- t .f -- (*v > ґ — 5 —
ПТМ ІІ-го рода.Таким образом функционирование ПТМ 11-го рода существенным образом влияет на меридиональный транспорт тепла, и воздействует на режим работы ПТМ 11-го рода. Количественным фактором взаимодействия ПТМ I и II родов выступает фазовая структура стационарных волн в атмосфере, а именно фазовые сдвиги в структуре волн давления и геопотенциала.
-
Сезонные колебания значений температуры и геопотенциала обуславливают обоснование интегрального за цикл в один климатический год "колебательного" меридионального переноса тепла в системе атмосферных "стационарных волн". Необходимым условием отличия от нуля величины "колебательного" теплопереноса является амплитудою - фазовое рассогласование сезонных колебаний температуры и геопотенциала. Относительная доля "колебательного" переноса в общем переносе тепла к полюсу в системе атмосферных "стационарных волн" в средних широтах составляет от 30 до 60*.
-
Показано, что в среднем за год области адвекции тепла располагаются как над центральными районами Тихого океана, так и над центральными и западными районами материков. Области адвекции холода - над известными энергоактивными зонами океанов и сопряженными с ними краевыми зонами материков. При этом изменение с высотой значений адвекции существенно различается над различными типами ЭАЗО:
а. мощный прогрев тропосферы и сильный вынос тепла на
всех высотах в тропосфере над энергоактивными областями западных
берегов конлшентовж
б. интенсивный вынос тепла в нижних и верхних слоях
тропосферы (минимальный вынос тепла на уровне 500 мбар.) над
энергоактивными областями восточных берегов океанов»
5. В годовом климатическом цикле по взаиморасположению
- е -
областей крупномасштабной адвекщш тепла выделяются два, причем не равных по своей продолжительности сезона: зима сноябрь - март) и лето смай - августэ. В течение сезона общая структура взаиморасположения областей вноса с выноса) тепла остается неизменной, изменения наблюдаются в абсолютных значениях адвекции в пределах данных областей.
6. Максимальной изменчивостью величин адвекции тепла в сезонном цикле характеризуются области над западной и восточной Тихоокеанской переходной зоной океан-материк. Наибольшая межгодовая изменчивость январских величин адвекции наблюдается над Ньюфаундлендской ЭАЗО.
Апробация работы- Результаты работы докладывались на xvi и xvii школах ИФА по климату с Звенигород, і эав, Катуар,199оэ, на xxviii конференции молодых ученых ГМЦ с1990І, научном совещании ИВП АН СССР "Изменения водного режима в прошлом как основа для оценки его развития в будущем" cisaoj, vi-om Всесоюзном совещании по проблемам изменения климата и мониторингу климата и атмосферы (Ленинград, 1991), семинарах в ВЦ АН СССР (1989), в ДАНИИ (1990), на географическом факультете МГУ (1991), семинарах лаборатории физики океана ГОИНа (1987-1992)..
Публикации: по теме диссертации опубликовано 3 работы ti-зь
Структура И Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и-списка литературы. Объем работы - 108 страниц (текст распечатан на компьютере с помощью редактора chiwriter), работа содержит 26 рисунков и 4 таблицы. Библиография насчитывает 97 наименований.