Тимофеєв Владислав Євгенійович. ЦИРКУЛЯЦІЯ АТМОСФЕРИ ПІВДЕННОЇ ПОЛЯРНОЇ ОБЛАСТІ У ПЕРІОД ГЛОБАЛЬНОЇ ЗМІНИ КЛІМАТУ І МЕТОДИ ДОВГОСТРОКОВОГО ПРОГНОЗУ ПОГОДИ В РАЙОНІ АНТАРКТИЧНОГО ПІВОСТРОВА

Краткое описание

Тимофеєв Владислав Євгенійович. Назва дисертаційної роботи: "ЦИРКУЛЯЦІЯ АТМОСФЕРИ ПІВДЕННОЇ ПОЛЯРНОЇ ОБЛАСТІ У ПЕРІОД ГЛОБАЛЬНОЇ ЗМІНИ КЛІМАТУ І МЕТОДИ ДОВГОСТРОКОВОГО ПРОГНОЗУ ПОГОДИ В РАЙОНІ АНТАРКТИЧНОГО ПІВОСТРОВА"

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
Тимофеєв Владислав Євгенійович
УДК 551.32+551.553
ЦИРКУЛЯЦІЯ АТМОСФЕРИ ПІВДЕННОЇ ПОЛЯРНОЇ ОБЛАСТІ У
ПЕРІОД ГЛОБАЛЬНОЇ ЗМІНИ КЛІМАТУ І МЕТОДИ
ДОВГОСТРОКОВОГО ПРОГНОЗУ ПОГОДИ В РАЙОНІ
АНТАРКТИЧНОГО ПІВОСТРОВА
11.00.09 – “Метеорологія, кліматологія, агрометеорологія”
Дисертація на здобуття наукового ступеня
доктора географічних наук
Київ 2015
2
Введение 5
Раздел 1 РЕГИОНАЛЬНЫЙ КЛИМАТ АНТАРКТИЧЕСКОГО
ПОЛУОСТРОВА В СВЕТЕ ГЛОБАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ и
МЕСТНЫХ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ……....
1.1 История освоения……………………………………….....
1.2 Физико-географические особенности и факторы
формирования климата………………………………………..
15
13
16
1.3 Современное состояние исследований климатической
системы региона Антарктического полуострова……………….... 19
1.4 Особенности циркуляции атмосферы Антарктики и района
Антарктического полуострова………………………………………. 24
Раздел 2 МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫСЛЕДОВАНИЯ…………
2.1 Используемые данные (приземные)…………………………
41
41
2.2 Климатологическая обработка рядов метеорологических
величин………………………………………………………………. 47
2.3 Оценка многолетней изменчивости........................................ 54
2.4 Методы регрессионного и дискриминантного анализа ........ 60
2.5. Материалы и методы анализа атмосферной циркуляции …..
2.5.1 Используемые архивы полей метеорологических величин
63
63
2..5.2 Метод классификации метеорологических полей ……… 66
2.5.3 Метод исследования составляющих планетарных волн…
2.6 Выводы......................................................................................
71
72
Раздел 3 МНОГОЛЕТНЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В РАЙОНЕ
АНТАРКТИЧЕСКОГО ПОЛУОСТРОВА…………………….
3,1 Вековой ход температуры воздуха и атмосферного давления 75
75
3
3.2 Изменение основных метеорологических величин во второй
половине ХХ века ……………………………………………………. 79
3.2.1 Многолетнее изменение атмосферного давления………. 79
3.2.2 Изменение средней годовой температуры воздуха во
второй половине ХХ века ………………………………………….. 84
3.2.3 Изменение средней месячной температуры воздуха на
станциях Антарктического п-ова во второй половине ХХ века…...... 89
3.3 Пространственные изменения средней месячной
температуры воздуха…........................................................................... 95
3.4 Режим температуры воздуха на станции Aкадемик
Bернадский …………………………………………………………….
3.5 Режим атмосферных осадков на станции Aкадемик
Bернадский……………………………………………………………..
3.6 Режим приземного ветра…………………………………….
3.7 Выводы…………………………………………………………
105
113
116
120
Раздел 4 КРУПНОМАСШТАБНАЯ АТМОСФЕРНАЯ
ЦИРКУЛЯЦИЯ В ЮЖНОЙ ПОЛЯРНОЙ ОБЛАСТИ……
4.1. Средние поля атмосферного давления в зимний сезон
19612000 гг…………………………………………………………..
123
123
4.2. Средние поля и изменчивость атмосферного давления в
летний сезон 19612000 гг………………………………………….. 130
4.3 Особенности пространственно-временной структуры полей
давления нижней тропосферы в ЮПО………………........................ 135
4.4 траектории циклонов в районе Антарктического
полуострова ………………………………………………………....... 139
4.5 Особенности пространственно-временной структуры полей
давления на среднем уровне тропосферы в ЮПО…………………. 143
4.6 Выявление периодичности в основных модах циркуляции
на нижнем и среднем уровне тропосферы ....................................... 149
4
4.7 Временная устойчивость полей давления………………….. 155
4.8 Выводы .................................................................................. 158
Раздел 5 КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНОМАСШТАБНОЙ
АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ В ЮЖНОЙ ПОЛЯРНОЙ
ОБЛАСТИ ……………………………………………........................
5.1 Наиболее вероятные поля давления, январь ………………… 160
160
5.2 Наиболее вероятные поля давления, июль………………….. 164
5.3. Классификация синоптических процессов по классам
вероятности, зимний сезон 1991– 2000 гг………………………… 169
5.3.1. Наиболее вероятный класс синоптических процессов…..
5.3.2. Второй вероятный класс синоптических процессов…….
169
171
5.3.3. Наименее вероятные классы синоптических процессов 173
5.3.4 Анализ современных условий циркуляции 2001-2010 гг. 177
5.4 Классификация синоптических процессов по классам
вероятности, летний сезон 1991– 2000 гг……………………………
5.4.1 Наиболее вероятный класс синоптических процессов
1991-2000 гг………………………………………………………….
179
179
5.4.2 Второй вероятный класс синоптических процессов 1991-
2000 гг………………………………………………………………….. 180
5.4.3 Наименее вероятные классы синоптических процессов
1991-2000 гг…………………………………………………………….. 180
5.5 Эталонные поля давления, переходные сезоны…………. ….. 184
5.6 Каталог синоптических процессов, приводящих к
похолоданию и потеплению в районе Антарктического
полуострова в течение зимнего сезона 1991–2000 гг………………. 191
5.6.1 Синоптические процессы, приводящие к похолоданию в
5
районе Антарктического полуострова в течение зимнего сезона
1991–2000 гг. ………………………………………………………...... 193
5.6.2 Синоптические процессы, приводящие к потеплению в
районе Антарктического полуострова в течение зимнего сезона
1991–2000 гг………………………………………………………… 195
5.7 Применение каталога эталонных процессов для
восстановления исторической циркуляции…………………………. 197
5.8 Синоптические условия развития местных циркуляции …… 201
5.9 Синоптические условия выпадения сильных осадков……….
5.10 Закономерности преобразования атмосферной циркуляции
205
208
5.11 Условия аккумуляции на леднике о. Галиндез…………..... 216
5.12 Классификация процессов нижней стратосферы………….
5.13 Выводы………………………………………………………..
220
230
Раздел 6 МЕТОДЫ ДОЛГОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ДЛЯ
РАЙОНА АНТАРКТИЧЕСКОГО ПОЛУОСТРОВА……..........
6.1 Общая характеристика явления Эль-Ниньо и его влияние на
Антарктический полуостров. …………………………………...........
233
233
6.2 Условия циркуляции атмосферы и Эль-Ниньо…………….. 238
6. 2.1 Пространственные Корреляции ………………………. 243
6.3 Метод долгосрочного прогноза с учетом Эль-Ниньо ………. 246
6.4 Диагноз и прогноз ледовых условий в районе
Антарктического полуострова………………………………………
6.4.1 Условия формирования ледовой аномалии…………...
250
250
6.4.2 Построение прогностической схемы………………… 255
6.4.3 Метеорологические и синоптические условия ледовой
аномалии летнего сезона 2012 г. …………………………………..... 263
6.5 Схема долгосрочного прогноза аномалии средней месячной
температуры воздуха для станции Академик Вернадский ……….. 268
6
6.6 Детализированная схема долгосрочного прогноза погоды на
месяц и сезон для Академик Вернадский……………………
6.6.1 Классификация годового хода температуры воздуха... 274
6.6.2 Схема прогноза………………………………………….. 277
Выводы 286
Список использованных источников 292
7
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы работы определяется необходимостью создания
методов долгосрочного прогноза погоды (ДПП) на основе исследования
крупномасштабной циркуляции в регионе, в котором Украина, а также другие
страны – участники Договора об Антарктике проводит антарктические
экспедиции. Если проблема краткосрочного прогнозирования практически
решена на данный момент путем введение в действие численных моделей, то
создание методов ДПП является более трудной, однако не менее актуальной
задачей, в связи с необходимостью раннего планирования экспедиционной
деятельности, в зависимости от режима температуры воздуха, ветра, состояния
морского льда.
Антарктический полуостров, у западного побережья которого расположена
станция Академик Вернадский, является одной из наиболее “горячих точек”
планеты, где повышение температуры воздуха превышает среднее по планете и
южному полушарию. Будучи переходным мостиком между океаном и
континентом Антарктиды, регион характеризуется уникальной физикогеографической оболочкой, включающей наземное и морское оледенение,
наземные и водные экосистемы, крайне уязвимые к любым внешним
изменениям.
Проблема неоднородного изменения температуры воздуха на региональных
станциях Антарктиды под влиянием глобального потепления относится к
приоритетным научным и практическим задачам современной метеорологии,
синоптической климатологии и экологии. Выявление преобразования
крупномасштабной атмосферной циркуляции позволит исследовать проявление
глобального потепления на изменения региональных климатов, в том числе и на
климат Антарктического полуострова.
Согласно выводам многих исследователей, современное потепление в
полярных и внетропических районах обоих полушарий происходит более
8
ускоренно, чем в начале ХХ столетия. Если в населенных районах умеренных
широт возрастание температуры воздуха сопровождается увеличением частоты
опасных и стихийных гидрометеорологических явлений (СГЯ) вызывающих
социально-экономические убытки, то его последствия в полярных районах,
такие как таяние оледенения, повышение температуры воды океана и его
распреснение, приводят к изменению окружающей среды, физикогеографической оболочки, биоресурсов.
Наиболее известными примерами аномалий в полярных районах стали
таяние вечной мерзлоты и изменение гидрологического цикла на Аляске,
сокращение арктического морского льда и ледникового купола Гренландии,
изменение структуры североатлантической термохалинной циркуляции, откол
северной части шельфового ледника Ларсена (восточное побережье
Антарктического полуострова), деградация малых островных ледников в
прибрежной зоне Антарктического полуострова, а также изменения в состоянии
экосистем, особенно проявившееся в Южном океане. Вместе с тем отмечается
недостаточная изученность атмосферных процессов Южного полушария и
понимание их роли в формировании климата региона.
Антарктический ледниковый покров в силу своих значительных размеров
сдерживает современное планетарное потепление. Однако, отголоски
потепления в настоящее время уже достигают краевых частей самого холодного
континента. Исчезновение даже небольшой части ледникового покрова
Антарктики приведет к перестройке системы атмосферной циркуляции, иной
структуре переноса влаги с вероятным опустыниванием отдельных регионов,
повышением уровня Мирового океана. Действуя подобно холодильнику,
окруженный со всех сторон относительно теплыми водами океана,
Антарктический континент, с его приподнятым ледниковым куполом и горными
системами, создает условия для развития весьма активной и непростой
региональной циркуляции атмосферы, которая в свою очередь создает
неустойчивую и суровую погоду. В наибольшей степени эта неустойчивость
9
проявляется в зимнее время в районе Антарктического полуострова, в том
числе на украинской антарктической станции Академик Вернадский.
Как меру адаптации к новым климатическим условиям, Украина
ратифицировала Рамочную Конвенцию ООН об изменении климата в 1996 р. с
Киотским протоколом и тем самым взяла на себя определенные обязательства.
Среди них – систематические наблюдения и исследования климата (статья 5
Конвенции). Немаловажно, что в том же 1996г. Британской антарктической
службой Украине была передана антарктическая станция Фарадей,
переименованная в Академик Вернадский, и страна получила уникальную
возможность отслеживать метеорологические и синоптические процессы на
удаленном континенте, свободном от антропогенной нагрузки.
Станция Академик Вернадский ведет свою историю с 1947 г., и таким
образом имеет в наличии уникальный архив данных измерений и наблюдений в
десятилетия, предшествовавшие современной эпохе потепления. Наличие
станции Академик Вернадский в списке базовых климатических станций
Всемирной метеорологической организации (ВМО), сводки с которой регулярно
поступают в мировые центры данных, обязывает поддерживать системы
измерений на должном уровне для обеспечения необходимого качества. Это в
свою очередь позволит правильно интерпретировать изменения основных
метеорологических величин, в том числе и в многолетнем плане.
Важнейшей составляющей климатической системы рассматриваемого
региона являются морские льды. Они играют существенную роль в
функционировании региональных климатических систем, изменчивость их
режимов является важным фактором, учитывающимся при планировании и
проведении морских операций, будь то туристические или исследовательские.
Именно в секторе Антарктического полуострова и примыкающей южной
оконечности Южной Америки отмечается наиболее удаленная к северу граница
распространения морских льдов и айсбергов, как средняя многолетняя, так и
максимальная. Диагноз и прогноз ледовой ситуации непосредственно сопряжен
с ожидаемым типом циркуляции, создающей аномалию температуры воздуха.
10
Еще одним немаловажным объектом исследований в Антарктике является
аномалия общего содержания озона (ОСО). История открытия так называемой
“озоновой дыры” неразрывно связана со станцией Фарадей- Академик
Вернадский, где непрерывные наблюдения ОСО начаты с 1957 г., т.е. задолго до
формирования озоновой аномалии.
Все перечисленные составляющие климатической системы были в центре
рассмотрения во время 4-го Международного полярного года (МПГ) 2007-2008
гг., организованного Международным Советом по науке (ICSU) и Всемирной
метеорологической организацией, включая более 200 проектов, представленных
учеными из более чем 60 стран. Несмотря на возросший научно-технический
потенциал исследователей, значительное продвижение в освещении самого
южного континента данными и постоянно прогрессирующими методами их
обработки, включая физико-математическое моделирование циркуляционных
процессов и эволюции климата в целом, для проведения 3-го МПГ возникли
определенные предпосылки. К их числу относится нерешенность многих
научных проблем, в том числе проблема интерпретации современных изменений
климата Южной полярной области (ЮПО) и возможных глобальных и
региональных последствий.
В рамках проектов МПГ показано, что изменения, произошедшие в
состоянии климатической системы, прежде всего потепление, а также развитие
озоновой аномалии, миграция морских льдов и эволюция оледенения
происходят за счет изменений в атмосферной циркуляции и ее региональных
преобразований. Знание о состоянии атмосферной циркуляции позволит
детализировать режим климата и построить модели прогноза погоды не только
для района станции Академик Вернадский, но и для всего региона
Антарктического полуострова и сектора западной Антарктики.
Таким образом, исследование особенностей регионального климата,
атмосферной циркуляции и разработка методов прогноза погоды имеет
важнейшее научное и прикладное значение, как для понимания физических
процессов, происходящих в региональной климатической системе и ее влияния
11
на планетарную, так и для практического обеспечения антарктических
экспедиций.
Связь исследования с научными программами, планами, темами.
Диссертационная работа выполнена в рамках научно-исследовательской
тематики отдела климатических исследований и долгосрочного прогноза погоды
УкрГМИ по договорам на выполнение научно исследовательских работ (НИР) с
Национальным антарктическим центром Госинформнауки Украины (НАНЦ),
где соискатель был исполнителем:
 «Синоптико-климатологическая характеристика района антарктической
станции Академик Вернадский», 2006г., № госрегистрации 0104U002660,
договор № Н/8-2006 от 03.02.2006 г.,
 «Анализ преобразования крупномасштабных атмосферных процессов
тропосферы Южного полушария в результате глобального потепления для
разработки физико-статистических методов прогноза погоды на
Антарктическом полуострове», 2007-2008 гг., № госрегистрации 0107U003686,
договор № Н/8-2007 от 17.01.2007 г. В рамках МПГ 2007-2008 гг. Этот проект
явился частью международного тематического проекта # 180, ‘Antarctic Climate
and Atmospheric Circulation’,
 «Исследование закономерности крупномасштабных атмосферных
процессов тропосферы Южного полушария, разработка метода долгосрочного
прогноза погоды для Антарктического полуострова и моделирования
региональной циркуляции в море Уэдделла и процессов формирования
глубинных вод на шельфе Антарктического полуострова», 2010 г., №
госрегистрации 0110U007318C, договор № 6/Н-10 от 03.09.2010г.,
 «Исследование закономерности крупномасштабных атмосферных
процессов тропосферы и низкой стратосферы Южного полушария, процессов
формирования глубинных вод на шельфе Антарктического полуострова и
моделирования региональной циркуляции моря Уэдделла, современного
состояния климатической системы и расширение метода долгосрочного
12
прогноза погоды для Антарктического полуострова», 2012г., №
госрегистрации 0112U008019C, договор № Н/13-2012 от 04.09.2012 г.
Цель и основные задачи исследования.
Целью работы является - изучить многолетнее преобразование атмосферной
циркуляции Южной полярной области и выявить ее региональные особенности
в районе Антарктического полуострова в период глобального потепления для
разработки физико-статистического метода долгосрочного прогноза погоды.
Для выполнения поставленной цели определены задачи научного
исследования:
провести ретроспективный обзор литературних истчников и выяснить
современное состояние исследований,
• выяснить характер современного регионального климата
Антарктического полуострова и станции Академик Вернадский,
• иcследовать преобразование крупномасштабной атмосферной
циркуляции Южной полярной области от десятилетия к десятилетию в период
глобального потепления.
• классифицировать крупномасштабную атмосферную циркуляцию
Южной полярной области внутри каждого десятилетия для выявления ее
климатического изменения.
• определить характер изменения региональной атмосферной циркуляции
над Антарктическим полуостровом под влиянием глобального потепления.
• выявить физические закономерности атмосферной циркуляции и ее связь с
метеорологическими параметрами для разработки физико-статистического
метода ДПП на Антарктическом полуострове.
• уточнить влияние явления Эль-Ниньо-Южное колебание на климат и
погодные условия Антарктического полуострова, с оценкой прогностического
потенциала.
Методы исследования. В диссертационной работе применяются
традиционные методы климатологической обработки рядов метеорологических
13
величин, с оценкой однородности, сглаживанием временных рядов,
выявлением трендов и их значимости, метод главных компонент,
корреляционный и спектральный анализ. При построении моделей прогноза
используется регрессионный, дискриминатный анализ.
Атмосферная циркуляция исследуется на основе метода объективной
классификации по классам вероятности, с использованием теории
распознавания образов. Периодичности атмосферных движений оценивается
при помощи гармонического анализа посредством тригонометрического
преобразования Фурье, а также спектрального анализа.
Научная новизна состоит в комплексном анализе климатической системы
Антарктического п-ова, с выявлением роли атмосферной циркуляции в
формировании регионального климата, и создании методик прогноза погоды.
В частности, автором решены следующие задачи – впервые:
• проведен комплексный анализ состояния климатической системы в районе
Антарктического полуострова,
• проведена объективная классификация крупномасштабной атмосферной
циркуляции для выявления характера ее преобразования от десятилетия к
десятилетию с начала периода наблюдений,
• получен архив синоптических процессов аномальных погодных условий
над районом Антарктического полуострова,
• с помощью классификации синоптических процессов создан каталог
синоптических ситуаций аномальных погодных условий на украинской
антарктической станции Академик Вернадский для практического применения
при диагнозе и краткосрочном прогнозе погоды.
• разработаны физико-статистические схемы долгосрочного прогноза
температуры воздуха в районе Антарктического полуострова для станции
Академик Вернадский.
Обоснованность и достоверность результатов. Все материалы
диссертации опубликованы в монографии, научных журналах и доложены на
многочисленных международных конференциях. Результати исследования были
14
получены на официальном фактическом материале с использованием
статистических, математических методов, теории распознавания образов.
Полученные результаты обеспечивают полную их проверку и использование
другими исследователями. Кроме того, обсуждение результатов работы
регулярно проводилось автором в течение последнего десятилетия на
многочисленных международных конференциях, лично с ведущими
исследователями в данной области.
Теоретические и практическое значение полученных результатов.
С теоретической точки зрения результаты работы могут быть применимы
для изучения изменения регионального климата не только в Антарктике, а и
других полярных и внетропических районах, дальнейшего поиска и объяснения
связей между климатическими системами.
Применение разработанного метода прогноза погоды имеет практическое
значение при планировании и проведении экспедиционно-исследовательских
работ в районе станции Академик Вернадский. Один из подходов к методу
прогноза, усовершенствованных в диссертационной работе, применен автором
лично во время участия в 4-ой украинской антарктической экспедиции, в
различных ситуациях – от диагноза и прогноза ледовой обстановки, до
составления прогноза движения судна через пролив Дрейка. Кроме того,
результаты могут использоваться для прогноза преобразования синоптических
процессов и уточнения региональных условий при составлении долгосрочного
прогноза погоды не только для района Антарктического полуострова, но и для
тихоокеанского сектора западной Антарктики.
Результаты работы используются автором при чтении курса Atmospheric
Weather Systems’, а также при подготовке курсовых и дипломных работ на
кафедре метеорологии и климатологии географического факультета Киевского
национального университета имени Тараса Шевченко.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты
исследований, которые являются составляющими диссертационной работы,
представлялись автором лично на многочисленных международных и
15
отечественных научных конференциях: международная конференция
моделирования земных систем (Earth System Modeling), Гамбург, 2003, 2007,
2012 г.; конференция “Изменчивость климата Антарктического полуострова –
история, причины и последствия”, Полярный институт Скотта, Кембридж 2004
г.; польские полярные симпозиумы и конференции по климату (1998, 2000, 2002,
2003, 2007 гг.); конференция по проблемам Антарктики (10th ISAES, Santa
Barbara California, 2006); Международный симпозиум «Влияние изменения
климата на Мировой океан», Хихон Испания, 2008 г.; серия научных
конференций Международного полярного года, Норвегия 2010 г., Канада 2012
г.; Генеральная ассамблея международного союза геофизики и геодезии (IUGG),
Мельбурн, Австралия, 2011 г.; XIII и XIV Гляциологические симпозиумы,
Санкт-Петербург (2004), Иркутск (2008); юбилейные конференции ОГЭКУ, 2007
и 2002 гг.; международные конференции по исследованиям в Антарктике,
организованные НАНЦ (Украина), 2006, 2008, 2011, 2013 гг.
Автор диссертационной работы принимал участие в специальных
мероприятиях МПГ и летних школах – Европейская школа исследования
атмосфер ERCA, Гренобль, Франция, 2005г.; летняя школа по изучению
гидрологического цикла Арктики в условиях потепления, унив-т г. Фербенкс,
Аляска, США, 2006 г., Летняя школа по исследованию морского льда,
университетский центр Свалбард (UNIS), о-ва Шпицберген, 2-13 июля 2007г.
Личный вклад соискателя. Все результаты, изложенные в диссертации,
получены автором самостоятельно. В работах, опубликованных в соавторстве,
соискателю принадлежат следующее: [19]- обзорная часть, анализ архива
данных, графические построения, [21]- -работа с исходными данными, расчеты,
графические построения, [42] - анализ архива данных, проведение расчетов,
выводы, [45] - обзор, анализ архива данных,, расчеты, графические построения,
[46] - обзорная часть, создание и работа с архивом данных, подготовка
картографического материала, [47] - обзорная часть, анализ архива данных,
дискуссия, [67] – проведение полевых работ их обобщение, [68] - обзорная
часть, анализ инструментальных измерений, графические построения.
16
Публикации. Основные результаты диссертационных исследований
изложены автором в коллективной монографии “Атмосферная циркуляция
Южной полярной области и Климат Антарктического полуострова”, а также в 35
научных статьях, из них 20 в специализированных изданиях, рекомендованных
ВАК Украины, в том числе 4 – в иностранных периодических изданиях (русск. и
англ. яз.), и еще 3 статьи – в онлайн-публикациях (англ. яз.).
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шест глав,
выводов, списка использованных источников из 163 наименований. Общий
объем работы составляет 330 страниц, в том числе 123 рисунков, 14 таблиц.

Список литературы

Выводы
В работе проведено комплексное изучение климатической системы
регионального климата региона Антарктики, гле отмечено наибольшее
потепление в нижних слоях тропосферы.
Многие из выводов получены впервые. В частности, впервые получены
сведения о многолетнем изменении, а также современном состоянии
циркуляции атмосферы путем проведения классификации ее состояний для
региона Антарктического полуострова. На основании полученных выводов о
периодичности циркуляции, разработаны методы долгосрочного прогноза.
Основные результаты и выводы настоящего исследования приводятся ниже.
1. Установлено, что изменение климата района Антарктического
полуострова в течение ХХ столетия в целом согласуется с глобальными
изменениями, с наличием двух периодов повышения температуры воздуха.
Временные рамки современного потепления соответствуют с потеплением во
внетропических и полярных районах Северного полушария. При этом
современное потепление в регионе находится в противофазе с данными
континентальной Антарктиды. Связь с глобальными процессами
подтверждается посредством влияния Эль-Ниньо - Южного колебания. В
настоящее время намечается стабилизация повышения температуры воздуха в
регионе, которая сопровождается сопутствующим изменением в циркуляции
атмосферы, однако она в основном находится выше средней климатической
нормы 1961-1990 гг.
2. Проведена детализация режима современной климатической эпохи по
станциям Антарктического полуострова, в сравнении с климатическими
условиями середины и начала ХХ столетия. Современный климат
характеризуется меньшими колебаниями температуры воздуха, с меньшей
вероятностью значительных похолоданий. Потепление происходит в основном
за счет повышения, минимальной температуры воздуха, что обусловливает
308
меньшую амплитуду колебаний по сравнению с периодом середины ХХ
столетия.
3. Наиболее теплым десятилетием в истории наблюдений в районе
Антарктического полуострова стал период 1991-2000 гг., причем повышение
средней годовой температуры воздуха отмечается по данным станций,
расположенных в разных физико-географических условиях. Район наиболее
выраженнего регионального потепления включает станцию Академик
Вернадский. Последствием потепления является отрицательный баланс массы
поверхности показательного ледника о.Галиндез, а также отступание ледовых
покровов в летний сезон. В последнее десятилетие (2001-2010 г.) наметилась
тенденция к замедлению повышения средней годовой температуры воздуха и
средней температуры отдельных месяцев на большинстве станций региона,
однако она в основном находится выше средней климатической нормы 1961-
1990 гг.
4. Представлены рекомендации по оценки однородности рядов
температуры воздуха на станциях региона, с учетом сезонных различий, и
выборочной корреляции между станциями. Необходимо, кроме оценки
традиционных критериев внутрирядной однородности, найти репрезентативную
базовую станцию, выполнить анализ условий циркуляции атмосферы,
характеризующей данную климатическую эпоху, с привлечением полученного
каталога синоптических процессов.
5. Крупномасштабные атмосферные процессы исследованы посредством
средних полей давления и их аномалий, зональных и меридиональных
характеристик, планетарных волн, центров действия. Проведено уточнение
сезонного положения центров действия атмосферы в Южной полярной области,
при этом атмосферная циркуляция имеет четко выраженный годовой ход, с
усилением к зиме – началу весны, вместе с активизацией центров повышенного
давления. Вместе с углублением климатических циклонов в западном секторе
Антарктики, в течение последних десятилетий отмечено усиление зональности в
тропосфере, что привело к снижению вероятности адвекции холода с
309
Антарктического континента в сторону Антарктического полуострова. Таким
образом показан фон изменений в крупномасштабной циркуляции в западном
секторе Южного океана, которая обусловила потепление в районе
Антарктического полуострова.
6. Исследована устойчивость крупномасштабных метеорологических полей
для ЮПО. Функция наилучшего подобия исходного поля обнаруживает квазидвухмесячную периодичность атмосферных процессов, как в нижней, так и в
верхней тропосфере. Ее характеристики зависят от сезона. Периодичности также
подтверждены наличием пиков в спектре ведущих мод крупномасштабной
циркуляции (основных волновых чисел), а также анализом преобразования
исходного (эталонного) поля давления на масштабе сезона. Обнаружение
двухмесячной квазипериодичности в атмосферной циркуляции во
внетропических широтах Южного полушария служит основой для разработки
метода ДПП для регионов Антарктики
7. Впервые многолетнее современный характер и временное преобразование
атмосферной циркуляции в районе Антарктического полуострова показан при
помощи наиболее вероятных синоптических процессов, полученных с помощью
метода объективной классификации крупномасштабной атмосферной
циркуляции. Набор полей давления по классам вероятности показывает
циркуляционный фон, за счет которого происходил многолетний рост
температуры воздуха в исследуемом регионе, а также стабилизация потеплення
с начала ХХ1 столетия. Обеспеченность наиболее веротяных процессов
достаточно высока, превышая 62% зимой и 82% летом, что дает основания для
их использования в целях совершенствования методов синоптического
прогнозирования.
Полученный материал дает полное понимание современного характера и
преобразование атмосферной циркуляции воздуха в ЮПО от десятилетия к
десятилетию, а также уточнение региональных особенностей циркуляции
атмосферы в районе Антарктического полуострова.
310
8. Создан каталог эталонных синоптических процессов, ответственных
за формирование опасных погодных явлений - продолжительных и
кратковременных похолоданий, потепления на Антарктическом полуострове и
станции Вернадский, сильный ветер и местные циркуляции, сильные осадки.
Установлено, что большинство синоптических процессов в исследуемом районе
формируют местные системы циркуляции и региональный климатический
режим. Определены гляциологически эффективные синоптические процессы
сочетание которых создает условия для аккумуляции на леднике о.Галиндез,
Показаны возможности использования каталога эталонных полей для
восстановления исторической циркуляции, оценки длительности элементарного
синоптического процесса, и его временного преобразования. Каталог
синоптических процессов применяется при разработке схем прогноза погоды
различной заблаговременности для Антарктического полуострова.
9. Установлено, что аномалия общего содержания озона над этим районом
формируется под влиянием крупномасштабной атмосферной циркуляции, на
фоне усиления зональной циркуляции в пределах ЦПВ, особенно в
Тихоокеанском секторе. Получены поля давления наиболее вероятного класса
поля геопотенциалаАТ-100 гПа во время развития озоновой аномалии, а также
их преобразование в последнее десятилетие. Они характеризуется
аномальностью, с разделением на несколько центров и смещением от полюсной
позиции, особенно в ноябре, последнем месяце регистрации озоновой
аномалии. Показана возможность распознавания озоновой аномалии по данным
станции Академик Вернадский.
10. Впервые получены закономерности сезонного преобразования
крупномасштабных атмосферных процессов Южного полушария во время
развития теплой и холодной фаз Эль-Ниньо, которые могут использоваться для
прогноза преобразования синоптических процессов и уточнения региональных
условий при составлении долгосрочного прогноза погоды не только для района
Антарктического полуострова, и для тихоокеанского сектора западной
Антарктики.
311
11. Рассчитаны регрессионные и дискриминантные схемы прогноза
месячной температуры воздуха, для станции Академик Вернадский с учетом
распространения сигнала Эль-Ниньо и автокорреляции средней месячной
температуры воздуха. Обеспеченность прогноза теплой фазы является несколько
выше, чем холодной. Указывается на необходимость дальнейших исследования,
в связи с ограниченным набором данных явлений Эль-Ниньо.
12. Создана физически обоснованная методика долгосрочных
метеорологических прогнозов на основе периодичностей в атмосферной
циркуляции. Для западного побережья Антарктического п-ова разработана
прогностическая схема аномалии средней месячной температуры воздуха с
месячной заблаговременностью с помощью линейной регрессии. Оценка
успешности прогностической схемы в теплом и холодном периодах показала
хорошую оправдываемость в знаке аномалии средней месячной температуры.
Дополнительно, предложена детализированная схема прогноза, на основе
классификации типа сезонного хода температуры воздуха, с использованием
суточных данных. Расчетная схема прогноза подготовлена для оперативной
работы. Показан пример составления прогноза на независимом материале 2011
на станции Академик Вернадский.
13. В исследовании дана характеристика состояния ледовых покровов у
западного побережья моря Беллинсгаузена, показаны возможности сезонной
предсказуемости аномалии ледового покрова. В последние десятилетие
отмечается как снижение концентрации морских льдов к западу Антарктического
полуострова, так и отступание северной границы, однако на фоне значительных
межгодовых колебаний. В отдельные годы отмечаются сложные ледовые условия,
непосредственно влияющие на проведение сезонной экспедиции в районе станции
Вернадский. Построены прогностические регрессионные схемы, позволяющие
прогнозировать аномалию ледовой обстановки в течение летнего сезона.
Методы прогноза могут быть применены в целом для региона Антарктического
полуострова, учитывая их актуальность для этого района с максимальную
312
концентрацию научных станций, с проведением многочисленных морских
исследовательских, промышленных и туристических экспедиций.
14. Результаты работы способствуют улучшению дальнейшего понимания
физических механизмов циркуляции атмосферы, ее вклада в формирование
регионального климата, и связанных с ними потенциала предсказуемости на
средние и долгие сроки. Естественно, эти исследования нуждаются в
дальнейшем углублении, особенно в поиске дополнительных предикторов,
нахождении устойчивых мод циркуляции, в особенности связанные с Эль-Ниньо
Результаты, полученные при анализе изменчивости циркуляции Южного
полушария, могут быть использованы при решении задач мониторинга и
моделирования климата, в задачах синоптической метеорологии и климатологии
- исследования локализации, интенсивности центров действия и связанных с
ними зональной циркуляции, особенно в периоды активных событий ЭНЮК.
Дальнейшее исследование климата и атмсферной циркуляции Антарктики
обосновывается их недостаточной изученностью и недостаточной успешностью
воспроизведения в моделях общей циркуляции и климата.. Однако
обнаруженные сопряженные изменения в обоих полушариях, как например
смещение ЦДА, или квази-2-месячная периодичность, помогут восстановить
циркуляцію Южного полушария по имеющимся данным Северного, или
разработать методы ДПП на единой базе.
Результаты работы могут быть использованы при решении задач
мониторинга и моделирования регионального климата и отдельных явлений,
прогнозе ледовой обстановке во время проведения сезонных экспедиций,
дальнейшего исследования событий ЭНЮК. Представленный материал может
быть использован в учебном процессе, а именно в задачах синоптической
метеорологии и региональной синоптики, климатологии южного полушария, а
также в курсах лекций по соответствующим дисциплинам.
В данный момент материалы по использованию индексов Южного
колебания, и его телеконнекций, используются автором при представлении
курса Atmospheric Weather Systems в КНУ имени Тараса Шевченко.