Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 4. С. 281-296
О взаимосвязи межгодовой изменчивости параметров тепло- и влагообмена системы «океан – атмосфера» во внутритропической зоне конвергенции
В.Н. Малинин
1 , П.А. Вайновский
2 , С.М. Гордеева
1, 3 1 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
2 ООО «Прогноз», Санкт-Петербург, Россия
3 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 12.07.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-4-281-296
Обсуждаются результаты расчётов радиационных индексов Ga и Gs, характеризующих парниковый эффект, а также параметров тепло- и влагообмена между океаном и атмосферой за 40-летний период (1979–2018) для отдельных океанов и океанической области внутритропической зоны конвергенции (ВЗК) в целом (10° с. ш. – 10° ю. ш.) по данным архива реанализа NCEP/DOE AMIP-II. Принципиальное различие индексов Ga и Gs состоит в том, что если Ga характеризует парниковый эффект толщи атмосферы и влияет в основном на изменчивость атмосферной конвекции и осадков, то Gs через парниковый эффект формирует положительные тренды в характеристиках тепло- и влагообмена между океаном и атмосферой и одновременно влияет на их межгодовую изменчивость. Составлена концептуальная схема взаимосвязи межгодовой изменчивости гидрометеорологических параметров в ВЗК. Показано доминирующее влияние влагосодержания атмосферы (ВА) одновременно на формирование межгодовой изменчивости Ga и на тренд и изменчивость Gs. При этом температура воздуха в приводном слое океана и разность осадков и испарения примерно одинаково влияют на изменчивость ВА. Однако тренд в ВА формируется исключительно за счёт процессов влагообмена, так как тренды в осадках и испарении в разы превышают тренд в изменчивости температуры воздуха. Показано, что осадки определяют интенсивность восходящей ветви ячейки Хэдли, т. е. служат «мотором» меридиональной циркуляции атмосферы. При этом доминирующее влияние на осадки оказывают всего два параметра: парниковый эффект в тропосфере, определяемый по индексу Ga, и испарение в зоне 0–10 ю. ш., которые описывают 87 % дисперсии межгодовой изменчивости осадков в главной зоне ВЗК — севернее экватора.
Ключевые слова: парниковый эффект, внутритропическая зона конвергенции, меридиональная ячейка Хэдли, радиационные индексы, характеристики тепло- и влагообмена, тренды
Полный текстСписок литературы:
- Малинин В. Н. Влагообмен в системе океан – атмосфера. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. 197 с.
- Малинин В. Н. Статистические методы анализа гидрометеорологической информации. СПб.: РГГМУ, 2008. 408 с.
- Малинин В. Н., Вайновский П. А. (2021а) Влагообмен между океаном и атмосферой во внутритропической зоне конвергенции // Гидрометеорология и экология. 2021. № 63. С. 255–278. DOI: 10.33933/2713-3001-2021-63-255-278.
- Малинин В. Н., Вайновский П. А. (2021б) Тренды компонент влагообмена в системе «океан – атмосфера» в условиях глобального потепления по данным архива Reanalysis-2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 3. С. 9–25. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-3-9-25.
- Малинин В. Н., Гордеева С. М. Изменчивость испарения и осадков над океаном по спутниковым данным // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 4. С. 23–34. DOI: 10.7868/S0205961416040047.
- Малинин В. Н., Гордеева С. М., Наумов Л. М. Влагосодержание атмосферы как климатообразующий фактор // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 3. С. 243–251. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-3-243-251.
- Смирнов Б. М. Физика глобальной атмосферы. Парниковый эффект, атмосферное электричество, эволюция климата: учеб. пособие. Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2017. 256 с.
- Basconcillo J., Moon I.-J., Wang B., Mistry M. Possible influence of the warm pool ITCZ on compound climate extremes during the boreal summer // Environmental Research Letters. 2021. V. 16. No. 11. Article 114039. DOI: 10.1088/1748-9326/ac30f8.
- Bellomo K., Clement A. C. Evidence for weakening of the Walker circulation from cloud observations // Geophysical Research Letters. 2015. V. 42. No. 18. P. 7758–7766. DOI: 10.1002/2015GL065463.
- Berry G., Reeder M. J. Objective identification of the intertropical convergence zone: climatology and trends from the ERA-Interim // J. Climate. 2014. V. 27. No. 5. P. 1894–1909. DOI: 10.1175/JCLI-D-13-00339.1.
- Bischoff T., Schneider T. Energetic constraints on the position of the intertropical convergence zone // J. Climate. 2014. V. 27. No. 13. P. 4937–4951. DOI: 10.1175/JCLI-D-13-00650.1.
- Boer G. J. Climate change and the regulation of the surface moisture and energy budgets // Climate Dynamics. 1993. V. 8. No. 5. P. 225–239. DOI: 10.1007/BF00198617.
- Bony S., Stevens B., Coppin D. et al. Thermodynamic control of anvil cloud amount // Proc. National Academy of Sciences. 2016. V. 113. No. 32. P. 8927–8932. DOI: 10.1073/pnas.1601472113.
- Byrne M. P., Schneider T. Narrowing of the ITCZ in a warming climate: Physical mechanisms // Geophysical Research Letters. 2016. V. 43. No. 21. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016GL070396
- Byrne M. P., Pendergrass A. G., Rapp A. D., Wodzicki K. R. Response of the intertropical convergence zone to climate change: location, width, and strength // Current Climate Change Reports. 2018. V. 4. No. 4. P. 355–370. DOI: 10.1007/s40641-018-0110-5.
- Chung E.-S., Soden B. J. An assessment of direct radiative forcing, radiative adjustments, and radiative feedbacks in coupled ocean–atmosphere models // J. Climate. 2015. V. 28. No. 10. P. 4152–4170. DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00436.1.
- Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change: IPCC Report / eds. T. F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P. M. Midgley. Cambridge, N. Y.: Cambridge Univ. Press, 2013. 1535 p.
- Donohoe A., Marshall J., Ferreira D. et al. The interannual variability of tropical precipitation and interhemispheric energy transport // J. Climate. 2014. V. 27. No. 9. P. 3377–3392. DOI: 10.1175/JCLI-D-13-00499.1.
- Fasullo J., Trenberth K. The annual cycle of the energy budget. Part II: Meridional structures and poleward transports // J. Climate. 2008. V. 21. P. 2313–2325. DOI: 10.1175/2007JCLI1936.1.
- Flerchinger G. N., Xaio W., Marks D. et al. Comparison of algorithms for incoming atmospheric long-wave radiation // Water Resources Research. 2009. V. 45. Article W03423. DOI: 10.1029/2008WR007394.
- Guo Y., Cheng J., Liang S. Comprehensive assessment of parameterization methods for estimating clear-sky surface downward longwave radiation // Theoretical and Applied Climatology. 2019. No. 135. P. 1045–1058. DOI: 10.1007/s00704-018-2423-7.
- Hansen J., Sato M., Ruedy R. et al. Efficacy of climate forcings // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2005. V. 110. Article D18. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2005JD005776.
- Kanamitsu M. Description of the NMC Global Data Assimilation and Forecast System // Weather and Forecasting. 1989. V. 4. No. 3. P. 335–342. DOI: 10.1175/1520-0434(1989)004<0335:DOTNGD>2.0.CO;2.
- Kanamitsu M., Ebisuzaki W., Woollen J. et al. NCEP – DOE AMIP-II Reanalysis (R-2) // Bull. American Meteorological Society. 2002. V. 83. No. 11. P. 1631–1644. DOI: 10.1175/BAMS-83-11-1631.
- Kang S. M., Shin Y., Xie S.-P. Extratropical forcing and tropical rainfall distribution: energetics framework and ocean Ekman advection // J. Climate and Atmospheric Science. 2018. V. 1. No. 1. Article 20172. DOI: 10.1038/s41612-017-0004-6.
- Liu C., Liao X., Qiu J. et al. Observed variability of intertropical convergence zone over 1998–2018 // Environmental Research Letters. 2020. V. 15. No. 10. Article 104011. DOI: 10.1088/1748-9326/aba033.
- Maycock A. C., Randel W. J., Steiner A. K. et al. Revisiting the mystery of recent stratospheric temperature trends // Geophysical Research Letters. 2018. V. 45. No. 18. P. 9919–9933. DOI: 10.1029/2018GL078035.
- Philander S. G. H., Gu D., Lambert G. et al. Why the ITCZ is mostly north of the equator // J. Climate. 1996. V. 9. No. 12. P. 2958–2972. DOI: 10.1175/1520-0442(1996)009<2958:WTIIMN>2.0.CO;2.
- Randel W. J., Smith A. K., Wu F., Zou C.-Z., Qian H. Stratospheric temperature trends over 1979–2015 derived from combined SSU, MLS, and SABER satellite observations // J. Climate. 2016. V. 29. No. 13. P. 4843–4859. DOI: 10.1175/JCLI-D-15-0629.1.
- Raval A., Ramanathan V. Observational determination of the greenhouse effect // Nature. 1989. V. 342. No. 6251. P. 758–761. DOI: 10.1038/342758a0.
- Schmidt G. A., Ruedy R. A., Miller R. L., Lacis A. A. Attribution of the present-day total greenhouse effect // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2010. V. 115. Article D20. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2010JD014287.
- Song J., Wang Y., Tang J. A Hiatus of the Greenhouse Effect // Scientific Reports. 2016. V. 6. No. 1. Article 33315. DOI: 10.1038/srep33315.
- Webb M. J., Slingol A., Stephens G. L. Seasonal variations of the clear-sky greenhouse effect: the role of changes in atmospheric temperatures and humidities // Climate Dynamics. 1993. V. 9. No. 3. P. 117–129. DOI: 10.1007/BF00209749.
- Wodzicki K. R., Rapp A. D. Long-term characterization of the Pacific ITCZ using TRMM, GPCP, and ERA-Interim // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2016. V. 121. No. 7. P. 3153–3170. DOI: 10.1002/2015JD024458.