связь изменчивости ледовых условий в японском море с

СВЯЗЬ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЙ В ЯПОНСКОМ МОРЕ С
КРУПНОМАСШТАБНЫМИ АНОМАЛИЯМИ В АТМОСФЕРЕ И ОКЕАНЕ
АЗИАТСКО–ТИХООКЕАНСКОГО РЕГИОНА
Шкорба С.П.
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева
Дальневосточное отделение Российской Академии Наук, Владивосток, Россия
Эл. адрес: [email protected]
Аннотация
Проведена оценка статистических связей аномалий ледовитости Японского моря с
региональными аномалиями в этом море и с крупномасштабными аномалиями в
системе океан-атмосфера Азиатско-Тихоокеанского региона в высоких, умеренных и
низких широтах. Используются архивы средних месячных полей температур
поверхности (ТПО) Тихого и Мирового океанов,
временные ряды индексов
атмосферной циркуляции другие показатели. В исследуемом районе океана
преобладают отрицательные статистические связи, соответствующие уменьшению
ледовитости Японского моря при увеличении температуры верхнего слоя океана в
текущий и предшествующий сезоны. В Тихом океане области положительных
корреляционных связей отмечаются только в северном и северо-восточном районах, а
отрицательных - во многих районах океана в различных климатических зонах.
Доклад на Международной конференции ЮНЕСКО «Глобальные и региональные
проблемы устойчивого развития (Байкал – Участок Мирового Наследия», Улан-Удэ, 811 июля 2010 г.
Summary
CONNECTION BETWEEN ICE CONDITIONS VARIABILITY IN THE SEA
OF JAPAN AND LARGE-SCALE ANOMALIES IN THE ATMOSPHERE AND
OCEAN IN THE ASIA PASIFIC REGION
S.Shkorba
Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far-Eastern Branch of the Russian Academy of
Sciences, Vladivostok, Russia
e-mail: [email protected]
This publication includes a study of statistical connections between the ice cover and regional
anomalies in the Sea of Japan and large-scale anomalies in the ocean-atmosphere system of
the Asia Pacific Region in high, middle and low latitudes. It is based on archival data of mean
and monthly surface temperature fields of the Pacific and World oceans, time series of
atmosphere circulation and other indicators. In the examined region of the ocean, negative
statistical connections prevail, which correspond to the decrease of the ice cover in the Sea of
Japan in conditions of an increase of temperature in the upper layers of the ocean during the
current and previous seasons. In the Pacific Ocean, positive correlations are observed only in
the northern and northeastern regions, while negative correlations are present in many regions
of the ocean in various climatic zones.
The presentation was made at the international UNESCO conference “World Sustainable
Development: Global and Regional Issues (Baikal Region as the World Heritage Site”,
Ulan- Ude, July 8-11, 2010.
Японское море является одной из основных транспортных артерий и богатейшей
промысловой зоной Дальнего Востока. Дрейфующий сезонный ледяной покров,
образующийся в северной части моря (Татарском проливе), в заливах и бухтах (рис. 1),
представляет опасность для судоходства, строительства гидротехнический сооружений
и освоения шельфа. Поэтому прогноз внутрисезонной и межгодовой изменчивости
ледяного покрова является важной задачей гидрометеорологической службы. Для
реализации статистической модели прогноза элементов ледяного покрова [1]
необходимо найти совокупность предикторов, выбираемых на основе корреляционных
связей конкретных прогнозируемых элементов [2] с характеристиками системы океан
– атмосфера в текущий и предшествующий периоды времени.
Целью работы является оценка статистических связей аномалий ледовитости с
региональными аномалиями в этом море и с крупномасштабными аномалиями в
системе океан-атмосфера Азиатско-Тихоокеанского региона в высоких, умеренных и
низких широтах. Задачи работы включают оценки статистических взаимосвязей,
соответствующих влиянию на ледовитость Японского моря аномалий температуры
верхнего слоя окружающих вод, температуры поверхности Тихого океана (ТПО) и
крупномасштабных атмосферных процессов в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Максимальное распространение ледяного покрова в Японском море показано на рис.1.
Существенное внимание в работе уделяется особенностям дальних связей между
аномалиями ледовитости моря и ТПО Тихого океана в субарктических,
субтропических, тропических и экваториальных широтах. Используются два архива
средних месячных полей ТПО, один из которых подготовлен автором доклада для
внетропической северной части Тихого океана с 1981 по 2008г. [2], второй – ТПО
Мирового океана Хэдли Центра (Великобритания), откуда делалась выборки для
области Тихого океана, расположенной севернее 30° ю.ш. за многолетние периоды с
1981 по 2008 и с 1948 по 1980.
Для оценки статистических связей аномалий ледовитости с аномалиями
крупномасштабных атмосферных процессов использовались временные ряды индексов
атмосферной циркуляции Гирса, Вангенгейма, Ильинского, Блиновой, индексов
Арктического (АОI) и Северо-Тихоокеанского колебаний (NPI), а также первые
временные моды разложения на ЭОФ (эмпирические ортогональные функции) полей
приземного атмосферного давления в северном полушарии.
В данной работе, главным образом, исследуются статистические связи аномалий
ледовитости Японского моря в период максимального развития ледяного покрова
(февраль) с аномалиями ТПО в Японском море и Тихом океане с временными лагами
от 0 до 12 месяцев. Акватория Японского моря была органична районо 40° - 60° с.ш.,
145° в.д - 160° з.д. и Подготовленный автором работы архив ТПО в северной
внетропической части Тихого океана отличаются существенной пространственновременной неоднородностью. Для западной части Тихого океана (до 180° в.д.) он
включает данные с 1981 по 2008 гг., для восточной части количество информации
меньше и ограничено данными, начинающимися с 1987 г. Использование регулярного
сеточного архива ТПО из Хедли центра позволяет расширить географическую область
и многолетний интервал оценок дальних связей.
В результате выполненных статистических оценок показано, что
корреляционные
связи аномалий ледовитости Японского моря с аномалиями
температуры воды в северной части этого моря в предшествующие периоду
льдообразования сезоны заметно слабее, чем дальние связи с аномалиями ТПО в
различных районах Тихого океана, что обусловлено аномалиями атмосферной
циркуляции. Выделены конкретные крупномасштабные области северной части Тихого
океана с высоким уровнем корреляционной связи аномалий ледовитости и
предшествующими аномалиями ТПО. Конфигурация этих областей изменяется в
зависимости от временного лага между анализируемыми характеристиками.
Статистическая значимость полученных связей в этих областях соответствует
доверительной вероятности, превышающей 95%.
В исследуемом районе океана преобладают отрицательные статистические связи,
соответствующие уменьшению ледовитости Японского моря при увеличении
температуры верхнего слоя океана в текущий и предшествующий сезоны. Области
положительных корреляционных связей отмечаются только в северном и северовосточном районах Тихого океана, а отрицательных во многих крупномасштабных
районах океана, расположенных в различных климатических зонах. Область
положительных коэффициентов корреляции наиболее выражена и статистически
значима с нулевым и годовым лагами (рис.2).
Высокие по абсолютной величине отрицательные значения коэффициентов
корреляции при нулевом и месячном лагах имеют место в западном и центральном
субарктических районах океана, в районах течения Ойясио и продолжения течения
Куросио на восток (рис.2). Кроме того, при нулевом и месячном лагах аномалии
ледовитости Японского моря имеют аналогичную значимую статистическую связь (с
отрицательным коэффициентом корреляции) с АТПО в восточной и центральной
частях экваториального (15 ю.ш.-15с.ш.) пояса (рис. 2). Эта связь может быть
обусловлена изменениями крупномасштабной атмосферной циркуляции, зависящими,
как от аномалий в арктических, так и в тропических широтах.
Аномалии ТПО в западном субарктическом районе Тихого океана и в
тропическом поясе в период предзимья (октябрь - ноябрь) также в значительной мере
определяют возможный характер будущих ледовых условий в Японском море. Этот
период характеризуется максимальной активностью крупномасштабных атмосферных
процессов в отмеченных районах океана, в Охотском море и северной части Японского
моря, что определяет гидрометеорологический режим региона, следовательно, и
ожидаемые ледовые условия. Таким образом, отрицательным аномалиям ледовитости
Японского моря сопутствует в феврале и предшествует в ноябре-январе теплая
аномалия ТПО не только в северо-западной части Тихого океана и Охотском море, но
также в центральном и восточном районах экваториальной (тропической) зон Тихого
океана.
На обширных акваториях в удаленных от Японского моря районах океана имеют
место также высокие отрицательные корреляции между аномалиями ледовитости моря
и АТПО в предшествующий теплый период года. Аномалиям ледовитости
предшествует значительная положительная аномалия ТПО в середине летнего сезона
во всей тропической и экваториальной области Тихого океана, что характерно именно
для теплой фазы 60- летнего колебания климата в северной части Тихого океана (19792008). В этот многолетний период связь Арктического колебания с аномалиями ТПО в
экваториальном и тропических районах Тихого океана возрастает по сравнению с
предшествующим 30- летним периодом холодной фазы 60- летнего колебания.
Обнаруженные новые корреляционные связи с различным лагом могут
использоваться при выборе предикторов в статистической модели прогноза
ледовитости Японского моря.
Литература
1. Плотников В.В. Изменчивость ледовых условий дальневосточных морей и их
прогноз // Дальнаука. Владивосток, 2002. С. 172.
2. Подтележникова С.П., Плотников В.В. Формирование архивов ледовой
информации и статистический анализ сплоченности льда в северной части
Японского моря // Метеорология и гидрология. 2002, № 5. г. с.40-50.
Рис.1. Максимальное распространение ледяного покрова в Японском море.
Рис.2. Корреляционных связей между ледовитостью Японского моря и полями
температуры поверхностного слоя воды в северной части Тихого океана в
феврале (а) и январе (б)
a)
б
)
Раределение корреляционных связей между ледовитостью Японского моря и
Рис.3. Корреляционные связи между ледовитостью Японского моря и полями
температуры поверхностного слоя воды в северной части Тихого океана в ноябре
(а) и августе (б).
а)
б)
Рис.4. Корреляционные связи между ледовитостью Японского моря и полями
температуры поверхностного слоя воды в северной части Тихого океана в мае (а)
и сентябре (б).