1
Худякова Т.А.,
2,3Мартынова Ю.В.
1Томский государственный университет, Россия
2Сибирский региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институт, Новосибирск, Россия
3Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия E-mail: tat.k hudyakova@yandex.ru, FoxyJ13@gmail.com
Введение.
Сибирский антициклон является сезонным проявлением циркуляции атмосферы. От его мощности зависит, насколько низко опустится температура воздуха зимой на территории Сибири, на сколько, соот- ветственно, суровой будет зима, а также как долго будет продолжатьсяморозный период [1]. Велика его роль и в формировании всего механизма общей циркуляции атмосферы в Северном полушарии Земли [2]. Сибирский антициклон не существует изолировано, а является частью единого механизма общей циркуляции атмосферы, находясь, в тесном взаимодействии с другими центрами действия Северного полушария [3, 4]. Важность исследования этого мощного антициклона усиливается еще и тем, что в условиях меняющегося климата, характер поведения антициклона может также меняется и очень важно понимать и характер этих возможных изменений.
Влияние Сибирского антициклона проявляется на обширной территории материка Евразии. В ре- зультате многолетних наблюдений за данным барическим образованием была выделена область его гос- подства в зимний период: между 40° – 65° с.ш. и 80° – 120° в.д. Занимая обширные площади, Сибирский антициклон имеет в своей структуре множество других мелкий барических образований, которые на протяжении период его действия непрерывно сменяют друг друга [5]. Так, например, Л.Г. Данилов в 1902 году пришёл к выводу, что Сибирский антициклон представляет собой подвижную систему анти- циклонов. Также, в 1950 году, С.П. Хромов отметил, что Сибирский максимум является постоянным, и зимой в его зоне через каждые 4-5 дней наблюдаются регулярные движения ядер высокого давления. Тем не менее, антициклон, являясь сезонным барическим образованием в поле среднего многолетнего атмо- сферного давления, прослеживается и в более короткие периоды осреднения, а именно: в зимние сезоны и месяцы отдельных лет [5].
Исследования в рамках данной работы основаны на двух типах данных: данных реанализов и дан- ных метеорологических наблюдений. Данные метеорологических наблюдений в настоящий момент яв- ляются источником наиболее точной информации о состоянии атмосферы, но они нерегулярны по про- странству и, зачастую, по времени, что существенно может снизить точность определения характеристик поведения Сибирского антициклона. Данные реанализов, напротив, лишены такого недостатка, как нере- гулярность. Однако они могут иметь различия с данными наблюдений, а также между собой, причины которых заключены в использовании в моделях, с помощью которых осуществляется формирование реа- нализов, различного рода упрощений, параметризации и численных схем, заведомо вносящих в расчеты вычислительные погрешности.
Данная работа посвящена оценке качества воспроизведения интенсивности Сибирского Антицик- лона различными реанализами, и определению реанализа, наилучшим образом воспроизводящего ука- занную характеристику.
Данные и методика исследования.
Исследование основано на данных метеорологических наблюдений [6] и данных реанализов ECMWF ERA-Interim [7], NCEP/DOE AMIP-II Reanalysis (Reanalysis-2) [8], NCEP CFSR [9], JRA-55 [10], MERRA [11]. Необходимо отметить, что указанные реанализы ранее не подвергались проверке на согла- сованность с данными метеонаблюдений и между собой в контексте интенсивности Сибирского анти- циклона.
Опираясь на работу [12], были выбраны для исследования 7 метеорологических станций (Таблица 1), имеющих наименьшее количество пропусков в данных измерений за рассматриваемый период (с 1979 по 2004 годы).
Таблица 1. Метеорологические станции, выбранные для исследования SHI.
Номер станции Название Широта Долгота Высота над ур. моря, м
307580 Чита 52.1 113.3 685
292630 Енисейск 58.5 92.2 78
248170 Ербогачён 61.3 108.0 282
307100 Иркутск 52.3 104.4 485
302300 Киренск 57.8 108.1 261
292310 Колпашево 58.3 82.9 76
234720 Туруханск 65.8 98.0 37
В рамках данного исследования интенсивность Сибирского антициклона определялась согласно предложенной в работе [12] методике, как среднее по территории 40° – 65° с.ш. и 80° – 120° в.д. атмо- сферное давление, приведенное к уровню моря. Таким образом, рассчитывалась характеристика интен- сивности Сибирского антициклона на основе давления, приведённого к уровню моря. Далее для этой характеристики будет использоваться обозначение SHIa (Siberian High Intensity area-averages).
Результаты.
Все, за исключением MERRA, рассмотренные реанализы дают схожий временной ход SHIa, видна хорошо выраженная синхронность (рисунок 1). Все они немного завышают средние значения и занижа- ют среднеквадратическое отклонение (СКО) SHIa (таблицы 1 и 3), но в целом, хорошо согласуются с данными метеорологических наблюдений. Наиболее точно воспроизводится период с 1979 по 1989 годы, где значения SHIa, полученные на основе данных реанализов (ERA-Interim, CFSR, JRA-55 и NCER2) наиболее близки к SHIa, полученным по данным метеонаблюдений.
Реанализ MERRA занижает средние значения SHIa по сравнению с данными наблюдений (таблица 1 и 3), при этом временная изменчивость согласуется с данными метеорологических наблюдений (рису- нок 1). Это особенно ярко выражено в период с 1979 по 1994 годы.В период после 1994 года реанализ начинает воспроизводить значения SHIa значительно ближе к данным метеонаблюдений, чем до 1994 г.
Таблица 2. Среднее и среднеквадратическое отклонение SHIa за период 1979-2004, полученное по данным метеорологических наблюдений и реанализов, [гПа].
Среднее Декабрь Январь Февраль Зимний сезон
Наблюдения 1026,06 1027,83 1026,62 1026,84
CFSR 1028,24 1029,27 1026,89 1028,13
ERA-Interim 1027,92 1029,13 1026,98 1028,01
JRA-55 1027,98 1029,18 1027,36 1028,17
MERRA 1024,12 1025,30 1024,28 1024,57
NCER2 1027,46 1029,00 1027,11 1027,86
Среднеквадратическое отклонение Декабрь Январь Февраль Зимний сезон
Наблюдения 4,1 4,6 4,2 2,5
CFSR 3,0 2,4 2,9 1,7
ERA-Interim 2,8 2,5 3,1 1,7
JRA-55 2,9 2,5 3,1 1,7
MERRA 2,8 2,3 2,9 1,6
NCER2 2,6 2,5 2,7 1,5
Таблица 3. Средняя за период 1979-2004 разница между SHIa, полученной по реанализам и данным метеоро- логических наблюдений, [гПа].
Декабрь Январь Февраль Зимний сезон
CFSR 2,18 1,44 0,27 1,29
ERA-Interim 1,86 1,30 0,36 1,17
JRA-55 1,92 1,35 0,74 1,33
MERRA -1,94 -2,53 -2,34 -2,27
NCER2 1,40 1,17 0,49 1,02
Рисунок 1. SHIa для зимнего сезона по данным метеонаблюдений и реанализов за период с 1979 по 2004 год, [гПа].
Заключение.
В работе показана способность выбранных реанализов воспроизводить интенсивность Сибирского антициклона. Из результатов исследования можно сделать вывод, что для периода 1979-2004 гг. наибо- лее адекватно воспроизводят такую характеристику интенсивности как SHIa реанализы CFSR, ERA- interim, JRA-55 и NCER2. Они показывают хорошую согласованность результатов с данными метеона- блюдений для всего зимнего сезона, в целом, и для каждого отдельного зимнего месяца, в частности. Для каждого зимнего месяца наилучшим образом воспроизводящим среднее значение SHIa оказались разные реанализы. В декабре и январе SHIa лучше всего воспроизводится реанализом NCER2, в феврале — CFSR. Необходимо отметить, что средняя за период 1979-2004 абсолютная разница между SHIa, полу- ченной по реанализам и данным метеорологических наблюдений не превышает 3 гПа.
Данное исследование показывает, что рассмотренные реанализы подходят для исследования Си- бирского антициклона как в отдельные зимние месяцы, так и в зимний сезон, в целом. При проведении подобных исследований, для выбора подходящего реанализа, необходимо уделять особое внимание то- му, для какого месяца (или сезона, в целом) планируется проводить данное исследование. Также, каче- ство воспроизводимости интенсивности Сибирского антициклона можно заметно повысить, используя ансамбль нескольких реанализов.
Данная работа поддержана грантом РФФИ 16-35-00301.
Литература:
1. Сазонов Б.И. Суровые зимы и засухи / Б.И. Сазонов. - Л.: Гидрометиздат, 1991. - 240 с.
2. Сезонные и многолотние изменения параметров Сибирского антициклона / Василевская Л.Н., Жу- равлёва Т.М., Манько А.Н. / / Труды ДВНИГМИ 2002 – Вып. 150 – С. 87–102.
3. Морозова С.В. Комплексный анализ основных центров действия атмосферы Северного полушария // Изв. Саратовского университета. Нов. Сер. Сер. Науки о Земле. 2013. Т. 13, вып. 1. с. 38-44.
4. Исследовать изменчивость Сибирского антициклона как одного из звеньев общей циркуляции атмосферы северного полушария
[Текст]: отчет о НИР (заключит.): 42-44 / Сиб- НИГМИ; рук. Завалишин Н.Н.; исполн.: Завалишин Н.Н. [и др.]. – Новосибирск, 2011. – 121 с. – № ГР 01200965496.
5. Дегтев А.В.Роль сибирского антициклона в погодном и климатическом режиме Предбайкалья и Забайкалья. // Изв.Забайкал.фил.Геогр.об-ва СССР; 1970; Т.6, вып.6: 43-69.
6. Quayle, R.G., 1989: The Wolbach Dataset for Global Climate Monitoring - Philanthropy and Climatolo- gy. Bull. Amer. Meteor. Soc., 70(12), 1570.
7. Simmons, A, S. Uppala, D. Dee, and S. Kobayashi, 2007: ERA-Interim: New ECMWF reanalysis prod- ucts from 1989 onwards. Newsletter 110 - Winter 2006/07, ECMWF, 11 pp.
8. Kanamitsu, M., W. Ebisuzaki, J Woollen, S.-K. Yang, J. J. Hnilo, M. Fiorino, and G. L. Potter, 2002:
NCEP-DOE AMIP-II Reanalysis (R-2), Bull. Amer. Meteor. Soc., 83, 1631-1643.
9. Saha, Suranjana, et. al., 2010: The NCEP Climate Forecast System Reanalysis. Bull. Amer. Meteor.
Soc., 91(8), 1015-1057 (DOI: 10.1175/2010BAMS3001.1).
10. Kobayashi, S., Y. Ota, Y. Harada, A. Ebita, M. Moriya, H. Onoda, K. Onogi, H. Kamahori, C. Koba- yashi, H. Endo, K. Miyaoka, and K. Takahashi, 2015: The JRA-55 Reanalysis: General Specifications and Basic Characteristics. J. Met. Soc. Jap., 93(1), 5-48 (DOI: 10.2151/jmsj.2015-001).
11. Rienecker, M.M., M.J. Suarez, R. Gelaro, R. Todling, J. Bacmeister, E. Liu, M.G. Bosilovich, S.D. Schu- bert, L. Takacs, G.-K. Kim, S. Bloom, J. Chen, D. Collins, A. Conaty, A. da Silva, et al. (2011), MERRA:
NASA's Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications.
J. Climate
, 24, 3624-3648, doi:10.1175/JCLI-D-11-00015.1.12. Panagiotopoulos F. et al. Observed trends and teleconnections of the Siberian high: A recently declining center of action // Journal of climate. 2005. V. 18, No 9, p. 1411-1422.