Содержание к диссертации
Введение
1 . Физико-географические и климатические особенности центральной Африки и режима увлажнения в районе озера Чад
1.1. Физико-географические условия и атмосферная циркуляция Центральной Африки
1.2. Режим атмосферных осадков в районе водосбора озера Чад ...
1.3. Гидрографические особенности озера Чад 29
- Поверхностный сток в озеро Чад 29
- Поступление воды с атмосферными осадками
-Подземный водообмен 35
2. Изменения озера Чад в историческом прошлом и в период инструментальных гидрометеорологических наблюдений 37
2.1. Эволюция о. Чад в историческом прошлом 37
2.2. Многолетние и межгодовые изменения уровня о. Чад... 43
2.3. Количественные градации уровня о. Чад.. 52
3. Возможные факторы изменений режима увлажнения и уровня озера Чад 55
3.1. Проблема долгосрочного и климатического прогноза изменений о. Чад 55
3.2. Солнечная активность: 11-летний цикл 56
3.3. Квазидвухлетний цикл переносов в экваториальной стратосфере 62
3.4. Южное колебание: явление Эль-Ниньо 68
3.5. Индекс температуры воды Атлантического Океана 71
3.6. Интенсивность Атлантического центра действия атмосферы - Азорского антициклона..77
3.7. Изменения местоположения внутритропической зоны конвергенции 82
3.8. Формы преобразования циркуляции по классификации Г.Я. Вангенгейма... 86
4. Сопоставление уровня озера с характеристиками потенциальных предикторов .. 91
4.1. Уровень озера Чад и солнечная активность 91
4.2. Изменения уровня озера Чад и квазидвухлетний цикл воздушных переносов в экваториальной стратосфере 96
4.3. Синхронные и асинхронные связи уровня озера Чад с характеристиками явления Эль-Ниньо... 99
4.4. Взаимосвязь между индексом температуры поверхности Южного Атлантического океана и уровнем озера Чад... 105
4.5 Изменения интенсивности Азорского антициклона и уровень о. Чад 107
4.6. Внутритропическая зона конвергенции (ВЗК) и уровень озера Чад.. 113
4.7. Формы циркуляции по классификации Вангенгейма с изменением годовых значений уровня озера Чад 115
Заключение 119
Список использованных источников 123
Приложения. 135
- Режим атмосферных осадков в районе водосбора озера Чад
- Многолетние и межгодовые изменения уровня о. Чад...
- Солнечная активность: 11-летний цикл
- Изменения уровня озера Чад и квазидвухлетний цикл воздушных переносов в экваториальной стратосфере
Введение к работе
Изменения климата являются одним из самых главных факторов, определяющих состояние социально-экономических условий жизни различных стран и народов, формирующих благоприятные или неблагоприятные тенденции их развития.
В широко опубликованных в последние годы работах Л.Н. Гумилева на основе анализа исторических материалов показано, как в различных регионах происходило приспособление этносов к жизни в определенных условиях географического ландшафта. "Именно способность к неоднократной адаптации в самых разнообразных ландшафтах и климатах, повышенная пластичность позволила человечеству как виду распространиться по всей поверхности Земли..." указывает Гумилев /30, 31/. Леса, степи, горы, пустыни, речные долины и море кормят не только приспособившихся к ним животных, но и людей, "какое бы хозяйство бы они не вели".
Но не раз длительные, направленные в определенную сторону изменения режима региональной циркуляции атмосферы и значительные изменения климатических условий являлись причиной неблагоприятных изменений ландшафта и условий существования этносов, их исторической судьбы.
Не только примеры из многовековой истории стран и народов свидетельствуют о реальности и значимости изменений климата для биосферы и человечества. И в современную эпоху в период инструментальных метеорологических измерений происходят значительные климатические изменения в ряде регионов.
Одним из регионов, в котором в течение нескольких десятилетий происходят неблагоприятные изменения климата, является Африка. Засухи и опустынивание в районах Сахели, Сомали и Эфиопии привели обширные районы с многочисленным населением к ситуациям экологического бедствия /60, 97, 123/.
В научной программе исследования климата, опубликованной в августе 1995 года (CLIVAR) /158/, подготовленной специалистами Всемирной Метеорологической Организации и Международным Советом научных союзов. В качестве специальных разделов выделены вопросы изучения климата масштаба десятилетий и столетий, а также определения антропогенных климатических изменений. С 1985 года
в течение 10-ти лет проводились исследования по программе ТОГА (Тропический Океан - Глобальная Атмосфера), в которых особое внимание уделялось изучению явлений Эль-Ниньо и Южного колебания .
Крупномасштабное взаимодействие атмосферы и океана существует не только в Тихоокеанском секторе, но и в Тропической Атлантике. Мусс.онная циркуляция в районе Западной Африки и многолетние изменения ее режима, по-видимому, связаны с процессами взаимодействия океана и атмосферы в Тропической Атлантике. Понятно, что всякие существенные изменения муссонной циркуляции непосредственно влияют на режим увлажнения стран Западной и Центральной Африки.
Одним из самых надежных источников информации о режиме увлажнения в определенном районе являются данные об озерах. Изменения водного баланса в районе водосбора озера в интегральной форме характеризуются его площадью, солевым составом вод и другими параметрами /36/.
Бессточные озера можно рассматривать как своеобразные "нерукотворные приборы", фиксирующие особенности климата на обширных пространствах водосбора. Немаловажное значение имеют и социально-экономические аспекты использования озер в хозяйственной деятельности. Транспорт, рыбное хозяйство, запасы воды, туризм и другие виды хозяйственной деятельности непосредственно зависят от состояния озера, от его способности выдерживать неблагоприятные воздействия.
Как известно, в течение последних тысячелетий происходили значительные колебания уровня и площади самого большого в мире озера - Каспийского моря. В течение нескольких десятилетий XX века происходило значительное снижение уровня Каспия, однако после 1978 года оно сменилось трансгрессией, и уровень моря поднялся более чем на 2 метра /92/.
Несомненно, что задача анализа и прогноза уровня озера Чад как характеристики изменения климата является актуальной в научном отношении, и ее решение имело бы большое народнохозяйственное значение. Озеро Чад расположено между 1220' и 1420' северной широты и между 1300' и 15р2 0' восточной долготы
в обширной котловине в зоне Сахели на границе с пустыней. Все республики (Камерун, Нигер, Нигерия и Чад) вокруг озера Чад являются преимущественно аграрными странами, и их благосостояние непосредственно зависит от изменчивых климатических условий развития этого региона.
Настоящая работа посвящена поиску асинхронных и синхронных зависимостей уровня озера Чад, как характеристик изменения климата от нескольких потенциальных предикторов: квазидвухлетнего цикла воздушных переносов в тропической стратосфере (КАЦ), явления Эль-Ниньо и Южного колебания, теплового состояния вод Южного Атлантического океана, солнечной активности, изменений географической локализации и интенсивности Азорского антициклона, и, наконец, общей циркуляции атмосферы по классификации Ґ.Я. Ванґенгейма.
К сожалению, сбор исходного материала для характеристик изменения озера Чад, режима увлажнения и его водосбора затруднен ограниченностью рядов гидрометеорологических наблюдений и наличием процессов в них, связанных с периодами войн и полити-ческой нестабильности.
Удалось получить многолетний архив средних значений уровня озера на станции Вол (1851-1972), данные об атмосферных осадках на станции Бол (1950-1972) и минимальной и максимальной высоты реки Шари на станции Нджамена (1933-1990) .
Информация о потенциальных предикторах в основном получена из научных публикаций.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, приложений, рисунков и списка литературы. Основной текст диссертации состоит из страниц, включая рисунка, таблиц и приложений.
В первом разделе рассмотрены физико-географические и климатические условия режима увлажнения в районах Африки, включающих водосбор о. Чад.
Во втором разделе представлены сведения о изменениях озера
Чад в историческом прошлом и материалы многолетних характери
стик уровня озера Чад. . .
Содержание третьего раздела посвящено описанию потенциальных предикторов, влияние которых, по мнению автора, может определить изменения режима увлажнения в районе водосбора и многолетние колебания уровня о. Чад.
В четвертом разделе диссертации рассмотрены результаты сопоставления данных об уровне о. Чад и характеристик потенциальных предикторов.
В заключении сформулированы основные выводы.
Режим атмосферных осадков в районе водосбора озера Чад
Дожди в районе озера Чад - важнейший климатический фактор. Именно они в наибольшей мере влияют на уровень озера Чад, на развитие растительности, на состояние почв, на режим поверхностных и подпочвенных вод, на многие виды хозяйственной деятельности и на ритм жизни крестьян этого района.
Основные закономерности годового хода метеорологических величин в регионе озера Чад опираются на представления о взаимодействии четырех синоптических образований: Азорского квазистационарного центра высокого давления, экваториальной депрессии (ВЗК), зимнего сахарского антициклона и антициклона Южно-Атлантического океана (Сант-Элена) (рис.1.6). Динамика каждого из этих объектов в отдельности сложна и недостаточно изучена. Даже, положения центра высокого давления, наиболее устойчивого из указанных синоптических образований, трудно предсказуемо в связи с тем, что нередко Азорский антициклон состоит из двух или трех ядер /15,16 ,.77,10-6/.
Своеобразие режима осадков в данном районе неразрывно связано с особенностями атмосферной циркуляции и ветрового режима, высокие значения температуры и влажности в экваториальной атмосфере обуславливают значительную водность экваториальных облаков (май месяц). Эта территория характеризуется исключительно неравномерным распределением осадков. Огромное пространство района озера Чад занято пустыней Сахара. В то же время на юге находятся сильно увлажненные области (экваториальная зона) . Режим осадков в районе озера Чад отли-чается крайней неустойчивостью, резкими колебаниями и изменчивостью. Можно отметить три аспекта: - увеличение количества осадков с севера на юг; - многолетние колебания осадков; - неравномерность распределения осадков в течение дождливого сезона.
Годовые суммы осадков и многолетние колебания уровня озера Чад зависят от большего или меньшего продвижения тропического фронта дождей (ВЗК). Чем дальше на север он проникает, тем выше общая сумма осадков и продолжительней сезон дождей; если же наоборот, то наблюдается дефицит осадков.
Обычно июль, август и сентябрь - месяцы наибольшего количества осадков, причем на август приходится от 40 до 60 % годовой суммы. Характерно, что неравномерность осадков в августе нередко в 2-3 раза превышает колебания годовых сумм осадков.
Как уже указывалось, озеро Чад расположено к северу от экватора, в районе, где основные различия климата определяются особенностями режима увлажнения. Смена сезона дождей и сухого сезона, их продолжительность, в первую очередь зависят от широты региона. Продолжительность сухого сезона возрастает по мере продвижения к северу. Начало сезона дождей происходит бурно, с грозами, шквалами, бурями.
В зоне.внутритропической конвергенции (ВЗК) над Африкой встречаются воздушные потоки с очень различными термодинамическими характеристиками. Сухие и очень теплые воздушные массы северо-восточного направления ("харматтан") и влажный воздух юго-западного муссона формируют весьма неустойчивый режим погоды в зоне их встречи и взаимодействия. Определенное значение имеют и особенности ландшафта, влияющие на формирование местных циркуляционных систем и облачный покров /64/. Мощная инсоляция создает очаги повышенной температуры воздуха при существенном уменьшении облачного покрова. На рисунке 1.8 приведены оценки общего количества облачности в районе о. Чад по данным атласа /5/, обобщающего материалы наблюдений 1971-1981 годов. Соответствующие оценки относятся к двум пятиградусным "квадратам", включающим территорию, где находится озеро Чад. В атласе приводится и данные
Интересно, что максимальное развитие облачного покрова происходит в рассматриваемом районе в различное время суток по местному времени в четыре основных сезона. В декабре-феврале с 9 до 13 часов, марте-мае в 11-13 часов, июне-августе в 6-11 часов и в сентябре-ноябре с 7 до 1.2. часов. В месяцы сезона дождей максимальное развитие облачности происходит в более ранние часы, сдвигается на утро. В сезон дождей заметно возрастает повторяемость облаков кучевых форм (Си,СЬ). Повторяемость облаков слоистых форм (St,Ns) и тумана во всех сезонах очень мала, не превышает 1 %. Наибольший вклад в средние оценки количества облачности над обширным районом Африки в северном полушарии вносит верхняя облачность (различные формы перистых облаков).
Зимой в рассматриваемом районе наблюдается пассатный перенос восточного и северно-восточного направления. Преобладание харматтана исключает проникновение влажного воздуха в район о. Чад и осадки отсутствуют. Приход с Гвинейского залива влажных воздушных масс, развитие облачности, выпадение осадков летом - все это способствует некоторому снижению температуры воздуха. Но явления грозы свойственны, главным образом, началу дождливого периода. В последующем они наблюдаются редко. В районе северной части о. Чад осадки выпадают редко (3 4 дня в году), в то время как над южной частью число дней с осадками около 64. Соответственно с севера на юг возрастают и годовые суммы осадков: от 50 мм до 1200 мм. Продолжительность сухого сезона 6-7 месяцев, его начало приходится на октябрь-ноябрь и окончание на апрель-май. Сезон дождей обычно продолжается 2-4 месяца /69,75,79,111/. Наиболее высокие значения температуры воздуха наблюдается в конце весны - начале лета, непосредственно перед наступлением сезона дождей. Адаменко /2/ показывает, что в озере Чад, во-первых, что средние годовые температуры воздуха зла 29 чительно превышают средние годовые температуры воды, во-вторых, затраты тепла на испарение превышают радиационный баланс (адвекция тепла от окружающих озеро Чад поверхностей и турбулентные потоки тепла от атмосферы к поверхности озера являются дополнительными источниками энергии, затрачиваемой на испарение). Согласно М.И. Будыко /13/ у озера Чад соответствует условиям от недостаточного до избыточного увлажнения.
Многолетние и межгодовые изменения уровня о. Чад...
Озера среди поверхностных вод суши занимают особое место. Они отличаются замедленным водообменом, своеобразным термическим режимом, химическим составом и значительными из- менениями уровня. Озера подвержены значительным и многолетним колебаниям. Поэтому площадь некоторых озер за непродолжительное время может увеличиваться или сокращаться в несколько раз /43, 58/. Более 2/3 территории бассейна озера Чад занято пустынными и аридными ландшафтами, не имеющими постоянного стока в озеро . Его уровень в настоящее время колеблется между отметками 279 и 283 м. При уровне озера Чад 281,9 м его площадь составляет 21000 кв. км. , а объем - 72 куб. км. В гидрографическом отношении различают глубоководную северную часть и мелководную южную часть (рис, 2.7). В случае понижения уровня до 279 м, эти части разделяются песчаной косой в центре озера. Во время засухи северная часть озера высыхает, иногда совсем (1985 г.) (рис. 2.8). В результате выпадения большого количества осадков северная котловина заполняется водой (1988-1989 гг.) (рис. 2.9) /112, 113, 114, 126/.
При повышении уровня до 283 м. воды озера вытекают во впадину на юго-востоке - котловину Бодем, или "низину страны" (150 м.) через русло Бахр Эль Газаль - приток Нила. Если уровень озера Чад достигает отметки 28 6 м., то поток через Бахр Эль Газаль будет постоянным /18, 35, 57/.
При изучении колебаний уровня озера видно, что каждый год уровень включает в себя малые колебания около типичной кривой с максимумом в конце декабря - начале января и минимумом в июле-августе) (Рис. 2.10). На рис. 2.11 представлен график годовых значений уровня озера Чад за 122 года (с 1851 по 1972 год) (Приложение 1) . Обращает на себя внимание наличие периодов продолжительностью до 10-15 лет, в которых наблюдались регрессионные или транс-грессионные изменения уровня.
С 1851 по 1865 годы имела место трансгрессия, потом в течение нескольких лет уровень озера не менялся, но в последующий период произошли непродолжительные, но существенные по величине тренды падения и роста. В 1875 году уровень достиг максимального в рассматриваемом ряду значения, после чего началось длительное падение в течение 15 лет вплоть до 1890 года. Характерной особенностью этого участка регрессии являются сравнительно небольшие величины снижения уровня от года к году. В 1891-1893 гг. уровень стабилизировался, затем с 1894 года медленно рос. Однако, начиная с 18 98 года межгодовые снижения уровня стали значительными, и за 22 года уровень упал больше, чем на 2 м.
Последующий период характеризуется значительными колебаниями уровня, в которых есть и большие, и небольшие межгодовые разности соответствующих ростов и падений. В целом по всему ряду укажем на самые крупные положи тельные межгодовые разности: 1875, 1907-1908, 1915-1917, 1934-1937,-1947-1949, 1955-1957, 1961-1963 годы; и самые зна чительные межгодовые снижения уровня: 1899-1906, 1914-1915, 1943-1947, 1970-1972. Регрессия 1963-1972 годов привела к па дению уровня на 2 м. В целом, озеро Чад имеет тенденцию пони жения уровня. , Изучать указанные изменения можно было бы путем построения карт разностей значений уровня, высоты за разные промежутки времени. Однако, если рассматривается развитие процессов за периоды, превышающие сезон, то сезонные изменения могут существенно повлиять, а нередко и перекрыть их изменения, обусловленные сменой процессов.
Для того, чтобы исключить влияние сезонного хода, Г.Я. Вангенгейм предложил следить изменением не самих гидрометеорологических элементов (давление), а их отклонений от нормы. Откладывая по оси ординат алгебраические суммы этих аномалий, а по оси абсцисс время (месяцы, годы), получаем интегральные кривые изменения аномалии. /28/ С - коэффициент изменчивости. Значительное падение,уровня озера побудило рассмотреть возможные меры сохранения озера или, замедления его регрессии. Были сформулированы 3 группы мер для спасения озера Чад. К первой относили увеличение объема стока в озеро за счет сокращения потерь воды на испарение в пойменных пространствах. Основные надежды возлагались на регулирование стока реки Логоне (приток Шари): построение отводных каналов для распределения паводкового стока и сооружение водохранилища.
В первые два периода средние расходы реки Шари различаются сравнительно мало: 1228 и 1295 куб. м. за секунду. Поря- док величин Qcp не меняется, при некотором росте расходов в 1951-1970 годы (рис. 2.13). Заметим, что в этот период ход интегральной кривой аномалий уровня о. Чад (рис. 2.12) изменился и многолетний тренд- падения уровня сменился на его рост с 1953 по 1965 годы. Последнее двадцатилетие 1971-1990 годов характеризуется резким уменьшением стока р. Шари, который уменьшился почти вдвое (Qcp = 671 куб. м. за секунду) и на интегральной кривой после 1965 года имеет место тренд хорошо выраженного падения уровня о. Чад. Ряд авторов, изучавших условия увлажнения в Судано-Сахельской зоне выделяет 1969-1973 годы как тренд засушливости и в последующем только в отдельные годы (1974 г.) осадки были близки к норме, а в целом имело место преобладание дефицита осадков. Особенно катастрофические условия увлажнения были в 1972-1973 годах. При.исследовании аллювий, поступающих в озеро Чад, Карр и Дуионт в своих работах /115/ показали за сколько зависимости интенсивности аллювий от вод, поступающих в озеро Чад из Шари. Они оценивали между 1969-1970 и 1970-1971 около 2 600 000 тонн аллювий. Они могли быть одной из причин изменения глубины озера Чад.
В работах известного специалиста по тропической метеорологии Бурлуцкого высказано положение о двух моделях режима влагообмена в Атлантическом секторе полушария. При первом варианте запасы скрытого тепла расходуются на усиление конвекции в зоне ВЗК, при втором варианте теплый тропический воздух больше поступает. в умеренную зону в теплых секторах циклонов и увеличивает увлажнение этой зоны.
Солнечная активность: 11-летний цикл
Проблема воздействия на тропосферную циркуляцию и погоду солнечной активности уже много десятилетий остается дискуссионной и для многих метеорологов - весьма спорной. Появление на видимой поверхности Солнца - "фотосфере" солнечных пятен и связанных с ними процессов, по-видимому, имеет циклический характер. Наиболее длительные циклы масштаба нескольких столетий и так называемый, "вековой" продолжительностью 80-90 лет могут рассматриваться в качестве потенциальных предикторов в схемах прогноза климата. Одиннадцатилетний цикл и, учитывающий смену полярности магнитных полей пятен, двадцатидвухлетний цикл являются потенциальными предикторами для схем долгосрочного метеорологического прогноза (рис 3.1). Рекурентность солнечных пятен и геомагнитно-активных областей приводит к появлению 28 дневного цикла, проявляющегося в колебаниях геомагнитного поля, магнитных бурях и полярных сияниях. Учет соответствующей гелио-и геофизической информации может иметь перспективу в схемах среднесрочного прогноза. Определенную прогностическую перспективу имеет и информация о знаке межпланетного магнитного поля, переносимого потоками корпускул солнечного происхождения.
Используемый в нашей работе материал метеорологических архивов в основном включает ряды осадков и уровня озера Чад. Это позволяет сопоставить характеристики 11-летнего цикла солнечной активности и макропогоды в районе тропической Африки (рис 3.2). Такого рода сопоставление в свое время было выполнено известными климатологами Клейтоном и Кеппеном /130/ для различных широтных зон по материалам наблюдений 1869-1920 годов. На рисунке 3.3 воспроизводятся карты знака отклонений температуры, давле ния, осадков от климатических норм в годы усиленной солнечной активности /29/. В тропической зоне происходит некоторое понижение атмосферного давления, температуры воздуха и возрастает количество осадков. В последующем выводы Клейтона были подтверждены Векс-лером, использовавшим материалы наблюдений атмосферного давления до 1939 года. Во внетропической зоне зависимость атмосферных процессов и макропогоды от солнечной активности имеет более сложный характер. Ф.Бауру удалось получить ряд прогностических зависимостей погоды различных сезонов в Центральной Европе от фазы 11-летнего цикла /108/. Высокая значимость статистической зависи мостей подтверждена по материалам наблюдений за 150-200 лет, которые есть только по району Европы. В СССР выполнены исследования зависимостей атмосферных процессов и погоды от 11-летнего и "векового" циклов солнечной активности.
Так называемый "закон акуштации барических полей Федорова-Визе указывает на тенденцию обострения форм барического рельефа при усилении солнечной активности. Определенное подтверждение указанной зависимости получено Л.А. Вительсом /21/. В работах А.А. Гирса /28/ и Г.В. Покровской./74/ выявленные зависимости повторяемости форм атмосферной циркуляции от характеристик солнечной активности используются как предикторы в схемах климатического и долгосрочного метеорологического прогноза.
Рост уровня солнечной активности в "вековом" цикле согласно исследованиям этих авторов сопровождается ростом повторяемости форм атмосферной циркуляции со значительным межзональным воздухо- и теплообменом (восточной Е и меридиональной С форм циркуляции). Ослабление солнечной активности является фактором роста повторяемости процессов западной формы атмосферной циркуляции W (и формы 3 в тихоокеанском секторе).
В работах В..И. Сазонова /80/, В.Ф. Логинова /59/, наряду со статистическими сопоставлениями характеристик атмосферной циркуляции и солнечной активности большое внимание уделено физическим механизмам воздействия корпускулярного излучения Солнца на тропосферные процессы. Различные аспекты солнечно-земных связей рассмотрены в статьях и монографиях Е. П. Борисен-кова /10/, Б.М. Рубашева /78/, Ю.И. Витинского /22/, Э.Р. Пустеля /68/ .
Выводы Клейтона - Векслера и Гирса - Покровской в части, касающейся тропических районов, по-видимому, совпадают. Рациональное объяснение перехода к более частому возникновению меридиональных процессов в периоды усиления солнечной активности возможно на основе "озонной" и "конденсационной" гипотез. Появление очагов роста общего содержания озона в высоких широтах и увеличение облачного покрова в тропиках качественно объясняют тенденцию усиления меридиональных атмосферных макропроцессов.
В исследованиях причин современных изменений климата и погоды особое значение, по-видимому, имеет структура и эволюция геомагнитного поля. Потоки корпускул солнечного и галактического происхождения фокусируются на определенные географические районы в полярной и субполярной зоне. Эти районы, т.е. расположенные над ними звенья тропосферной и стратосферной циркуляции являются первыми объектами воздействия импульсов солнечной активности.
Сопряженность изменений структуры геомагнитного поля, озо-носферы и климата рассматривается в ряде публикаций К.В. Кондратовича . Смещение магнитного полюса с континента Антарктиды на акваторию Индийского Океана по мнению К.В. Кондратовича формирует в районе бассейна Индийского Океана на континентах Австралии, Африки и субконтинента Южной Азии очаги значительных изме нений атмосферной циркуляции и климата /44/.
Характер ожидаемых изменений климата, зависящих от эволюции геомагнитного поля, связан и с уровнем солнечной активности. Важное значение имеет характер ожидаемых в ближайшие десятилетия изменений солнечной активности. Здесь имеются диаметрально противоположные прогнозы на ближайший 23 цикл солнечной активности. По мнению американского астронома Эли /117/ около 1994 года начинается эпоха ослабления солнечной активности, продолжительностью порядка нескольких десятков лет, напоминающая известные "эпохи Маундера" (период минимальной солнечной активности: 1645-1715 г.г.) и "Шперера" (период минимальной солнечной активности: 1400-1500 г.г.). В эти периоды атмосферная циркуляция характеризовалась усилением зональных макропроцессов, охлаждением полярных областей и активизацией штормов в умеренной зоне.
Ю.И. Витинский и другие российские специалисты ожидают в следующем, 23-м одиннадцатилетнем цикле рост чисел Вольфа в годы максимумов до 150-160. Ученые ААНИИ придерживаются представления об ослаблении 11-летнего цикла в первом десятилетии XXI века, и, следовательно, а тенденции роста повторяемости процессов западной формы атмосферной циркуляции,
Сказанное свидетельствует, что сложный комплекс проблем солнечно-геофизических и солнечно-тропосферных связей еще далек от окончательного разрешения. Поэтому наряду с исследованием физической природы воздействия солнечной активности на атмосферную циркуляцию и погоду, сохраняют свое значение и попытки выявления региональных общециркуляционных зависимостей от импульсов и уровня солнечной активности. В отдельных случаях такого рода зависимости успешно использованы специалистами по долгосрочным метеорологическим прогнозам (Ф. Баур /108/, Г.В. Покровская /74/) .
В применении к нашей задаче выявления предикторов в целях определения длительных изменений режима увлажнения в водосборе о. Чад возможности сопоставления с солнечной активностью ограничивается качеством и длительностью рядов наблюдений за Осадками и уровнем озера. Месячные значения чисел Вольфа имеются за несколько столетий и солнечная активность количественно характеризуется с 1749 года по настоящее время (таблица 3.1).
Наиболее перспективным является сопоставление характеристик режима увлажнения с фазами 11-летнего цикла, представленными годом минимума, фиксируемого номером 1 и последующими годами до 10 или 11.
Изменения уровня озера Чад и квазидвухлетний цикл воздушных переносов в экваториальной стратосфере
Квазидвухлетняя цикличность - явление глобальное и проявляется оно в том, что в нижней стратосфере экваториальной зоны приблизительно в течении года наблюдаются воздушные переносы восточного (В) или западного (3) направления. Данные таблицы 4.6 позволяют сопряженность западной и восточной формы воздушных переносов (В,3) в стратосфере и градаций уровня озера Чад. Число случаев, обобщенных в таблице 4.6 невелико, т.к. сравнительно непродолжительные ряды фаз КДЦ и уровня о. Чад совпадают по времени лишь частично. Поэтому результаты сопоставления следует рассматривать как предварительные. При западной фазе КДЦ снижение статистической энтропии получено за счет отсутствия двух градаций - ЗВН и НН, т.е. определенной тенденции не наблюдается. Аналогичный вывод приходится сделать и по переходной фазе КДЦ, к которой отнесены годы со слабыми зональными переносами, свойственными смене основных фаз. Более определяющим является результат со снижением энтропии до 1.86 при восточном переносе в стратосфере. Можно говорить о тенденции к более низкому уровню о. Чад. Это подтверждается и межгодбвыми изменениями уровня (5 случаев снижения из 8 при одном АН = 0) . По нашему мнению, сопоставление надо продолжить после получения данных об уровне о. Чад после 1972 г. Данные об уровне рек, вносящих значительный вклад в поступление воды в о. Чад, имеются за более продолжительный ряд лет.
Снижение максимальных уровней на реке Шари охватывает весь период сравнения, но результат сопоставления с минимальным уровнем иной (таблица 4.7). При западной и переходной фазах КДЦ снижение энтропии обеспечил рост повторяемости градаций Н, ВН, ЗВН. При восточной фазе эта тенденция отсутствует. Предварительно можно сделать вывод, что максимальные уровни реки Шари снижены в большинство лет рассматриваемого ряда, но несколько меньше в годы переходной фазы. Интерес исследователей к" явлению Эль-Ниньо привел к составлению многолетнего каталога этого явления. В таблице 3.4 представлен каталог явления Эль-Ниньо за 172 6-1993 гг., в котором использована система оценок по четырем баллам. Оценки 3 и 4 фиксируют наиболее интенсивное состояние этого явления, при котором температура воды в "ключевом районе" имеет положительную аномалию, а пассаты южного полушария в Тихоокеанском секторе ослаблены. Балл 2 используется при случаях с близкими к нулю аномалиями температуры. Балл 1 фиксирует наличие отрицательной аномалии температуры в ключевом районе, которая возникает при усилении пассатов (таблица 3.4). В годы хорошо развитого ЭН встречаются различные градации уровня о. Чад. В XIX веке это градации ЗВН и ВН, в XX веке -градации НН, Н и в 1972 г. - ЗНН. Следовательно, проявляется и главное значение имеет общая климатическая тенденция падения уровня о. Чад. Большинство меж годовых изменений уровня АН в группе лет с интенсивным ЭН отрицательно (10 случаев из 14.) , причем рост уровня два раза наблюдался в начале временного ряда и один слабый в 1911 году. Подобное заключение можно сделать и по данным 2 части таблицы 4.8, где характеристики уровня озера приведены для случаев Эль-Ниньо с балловой оценкой 3. Градации высокого уровня озера диагнозированы в ходе XIX столетия, низкого уровня - в XX веке. Межгодовые изменения уровня свидетельствуют о падении в 13 случаях из 18, только в трех случаях наблюдался рост уровня. В отличии от значений уровня озера, зависящих от многолетних тенденций в предшествующие годы, данные об атмосферных осадках независимы друг от режима увлажнения предшествующего периода. В таблице 4.9 приведены годы с явлением ЭН (баллы 3 и 4). и соответствующие им аномалии годовых сумм осадков на станции Бол (таблицы 4.10, 4.11). Все пять случаев характеризуются отрицательными аномалиями осадков. В исходном, к сожалению, очень непродолжительном, ряде осадков на станции всего 21 год. В 12 случаях аномалии были отрицательными. Следовательно, эмпирическая частота отрицательных аномалий (12/21=4/7).
Приведенные результаты сопоставления обобщают слишком короткий ряд наблюдений, но обнаруженная тенденция могла бы иметь прогностическое значение. Понятно, что ее использование должно опираться на результаты более представительной выборки.
Температура поверхности океана (ТПО) представляет собой в известной степени "ключевой индикатор" энергетики взаимодействия между океаном и атмосферой, вносящего определяющий вклад в развитие крупномасштабных процессов. В таблице 4.14 и на графике 4.1 сопоставлены характеристики осредненных по 20 лет значений уровня о. Чад и теплового состояния вод Тропической и Южной Атлантики. Последовательное снижение уровня озера от 18.51-1870 гг. до 1931-1950 гг. происходило на фоне столь, же последовательного повышения температуры водной поверхности Тропической и Южной Атлантики (рис. 4.1). В двадцатилетии 1951-1970 гг. температура вод океана понизилась и уровень о. Чад возрос. К сожалению, мы не располагаем надежными данными об уровне озера после 1972 года, но жестокие засухи в странах Сахеля в 1968-1974 годах нанесли огромный экономический ущерб. Дефицит осадков привел и к снижению уровня и уменьшению зеркала о. Чад.. /230/. Как мы видим, в этот период возобновился рост температуры водной поверхности в Атлантике. Временная сопряженность сравниваемых характеристик наглядно проявляется на рис. 4.1 с интегральными кривыми отклонений Tw и Н от многолетних норм. В иной форме, позволяющей количественно оценить вероятность совпадения характеристик сопряженности, рассматриваемая зависимость представлена данными табл. 4.15.
