О причинах долгопериодной изменчивости приповерхностной температуры воздуха над Белым морем

Исследованы изменения приповерхностной температуры воздуха (ПТВ) Белого моря. Межгодовые изменения средних аномалий ПТВ в регионе Белого моря за 1980-2010 гг., рассчитанные по различным реанализам, оказались хорошо согласованы друг с другом. При этом наиболее близкими к остальным источникам данных оказались два реанализа: MERRA-2 с высоким разрешением за период спутниковых наблюдений и NCEP/NCAR с более низким разрешением, но за более продолжительный период. Поэтому для детального анализа изменений ПТВ различных районов Белого моря был выбран MERRA-2, а для исследования более продолжительных изменений ПТВ всего региона Белого моря - данные реанализа NCEP/NCAR. Дополнительно был произведен сравнительный анализ полученных результатов с данными температуры поверхностного слоя воды и приповерхностного воздуха на береговых и островных гидрометеорологических станциях Белого моря. Произведен расчет изменений аномалий ПТВ в отдельных районах Белого моря. Их анализ показал незначительные различия изменений аномалий ПТВ между отдельными районами и регионом Белого моря в целом. Поэтому при дальнейшем анализе межгодовых колебаний исследованы средние аномалии ПТВ по всей акватории Белого моря.

Анализ среднемесячных данных ПТВ Белого моря показал ее существенный рост за последние десятилетия. На фоне этого роста выявлена межгодовая изменчивость ПТВ с периодами, близкими к периодам Эль-Ниньо - Южного колебания (2-7 лет) и Северо-Атлантического колебания (7-10 лет).

Показано влияние этих колебаний на межгодовую изменчивость ПТВ Белого моря и найдены периоды их синхронизации и рассинхронизации. В периоды с середины 1960-х по начало 1970-х гг. и со второй половины 1980-х по середину 2010-х гг. во время событий Эль-Ниньо в Белом море, как правило, наблюдались отрицательные аномалии ПТВ, а во время событий Ла-Нинья - положительные аномалии. В период с конца 1960-х по середину 1990-х гг. Северо-Атлантическое колебание оказывало положительное влияние на аномалии ПТВ Белого моря, во второй половине 1990-х гг. это влияние сменило знак, но с начала 2000-х гг. снова стало положительным. Высказана гипотеза о роли Глобальной атмосферной осцилляции в качестве синхронизирующего звена между тропиками Тихого океана, Северной Атлантикой и регионом Белого моря.

1. Астафьева Н.М., Раев М.Д. Влияние крупномасштабного удаленного атмосферного окружения на траектории тропических циклонов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов : Сб. науч. ст. Т. 7. М.: ДоМира, 2010. № 1. С. 61-74.

2. Белое море и его водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов / Под ред. Н.Н. Филатова, А.Ю. Тержевика. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 335 с.

3. Бышев В.И. Синоптическая и крупномасштабная изменчивость океана и атмосферы. М.: Наука, 2003. 344 с.

4. Бышев В.И., Нейман В.Г., Романов Ю.А., Серых И.В. Эль-Ниньо как следствие глобальной осцилляции в динамике климатической системы Земли // Доклады Академии Наук. 2012. Т. 446. № 1. С. 89-94. DOI: 10.1134/S1028334X12090012.

5. Бышев В.И., Нейман В.Г., Романов Ю.А., Серых И.В., Сонечкин Д.М. О статистической значимости и климатической роли Глобальной атмосферной осцилляции // Океанология. 2016. Т. 56. № 2. С. 179-185. DOI: 10.1134/S000143701602003X.

6. Бюллетень Всемирной метеорологической организации. Т. 67(2). 2018. 80 с.

7. Вакуленко Н.В., Серых И.В., Сонечкин Д.М. Хаос и порядок в атмосферной динамике. Часть 3. Предсказуемость Эль-Ниньо // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2018. Т. 26. № 4. С. 75-94. DOI: 10.18500/0869-6632-2018-26-4-75-94.

8. Диксон Р., Майнке Й. Океанографические условия Атлантики в 1998-1999 гг. и их постепенное восстановление после экстремальных воздействий // Сб. докл. Междунар. симпозиума «100 лет океанографических наблюдений на разрезе «Кольский меридиан» в Баренцевом море». Мурманск: Изд-во ПИН-РО, 2005. С. 130-144.

9. Климат Карелии: изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы / Отв. ред. Н.Н. Филатов. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2004. 224 с.

10. Красильникова В.В. Анализ многолетней изменчивости приземной температуры воздуха в районе Двинского залива Белого моря за период 1915-2015 гг. // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2018. № 2(368). С. 110-119.

11. Лоция Белого моря. СПб: Мин. обороны СССР, ГУНиО. 1995. № 1110. 336 с.

12. Серых И.В., Сонечкин Д.М. Хаос и порядок в атмосферной динамике: Часть 1. Хаотические вариации погоды // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2017а. Т. 25. № 4. С. 4-22. DOI: 10.18500/0869-6632-2017-25-4-4-22.

13. Серых И.В., Сонечкин Д.М. Хаос и порядок в атмосферной динамике. Часть 2. Междугодовые ритмы Эль-Ниньо-Южного колебания // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2017б. Т. 25. № 5. С. 5-25. DOI: 10.18500/0869-6632-2017-25-5-5-25.

14. Серых И.В., Сонечкин Д.М. Сопоставление временных энергетических спектров индексов Эль-Ниньо - Южного колебания и глобальных полей температуры и атмосферного давления в приповерхностном слое // Фундаментальная и прикладная климатология. 2017в. Т. 2. С. 144-155. DOI: 10.21513/2410-8758-2017-1-144-155.

15. Серых И.В. О динамике и структуре Глобальной атмосферной осцилляции в климатических моделях и реальности // Океанологические исследования. 2018. Т. 46. № 1. С. 14-28. DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2018.46(1).2.

16. Система Белого моря. Природная среда водосбора Белого моря. Т. 1. М.: Научный мир, 2010. 480 с.

17. Толстиков А.В. Изменчивость температуры поверхностного слоя Белого моря. М.: ГЕОС, 2016. 212 с.

18. Толстиков А.В., Филатов Н.Н., Здоровенное Р.Э. Белое море и его водосбор // Свид. о гос. рег. базы данных № 2010620435. 16 августа 2010 г.

19. Толстиков А.В., Чернов И.А. Изменчивость биогеохимических процессов в Белом море для разных климатических условий по данным моделирования // Труды Карельского научного центра РАН. Петрозаводск: КарНЦ РАН. 2019. № 6. С. 1-11. DOI: 10.17076/eb95.

20. Arthun M., Eldevik T., Viste E., Drange H., Furevik T., Johnson H.L., Keenlyside N.S. Skillful prediction of northern climate provided by the ocean. Nature Communications, 2017, vol. 8, 15875. DOI: 10.1038/ncomms15875.

21. Byshev V.I., Neiman V.G., Anisimov M.V., Gusev A.V., Serykh I.V., Sidorova A.N., Figurkin A.L., Anisimov I.M. Multidecadal oscillations of the ocean active upper-layer heat content. Pure and Applied Geophysics, 2017, vol. 174, no. 7, p. 2863-2878. DOI: 10.1007/s00024-017-1557-3.

22. Compo G.P., Whitaker J.S., Sardeshmukh P.D., Matsui N., Allan R.J., Yin X., Gleaso B.E., Vose R.S., Rutledge G., Bessemoulin P., Bronnimann S., Brunet M., Crouthamel R.I., Grant A.N., Groisman P.Y., Jones P.D., Kruk M., Kruger A.C., Marshall G.J., Maugeri M., Mok H.Y., Nordli 0., Ross T.F., Trigo R.M., WangX.L., Woodruff S.D., Worley S.J. The Twentieth Century Reanalysis Project. Quarterly J. Roy. Meteorol. Soc., 2011, vol. 137, p. 1-28. DOI: 10.1002/qj.776.

23. Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J., Berrisford P, Poli P., Kobayashi S., Andrae U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., BechtoldP, Beljaars A.C.M., van de BergL., Bidlot J., Bormann N., Delsol C., Dragani R., Fuentes M., Geer A.J., Haimberger L., Healy S.B., Hersbach H., Holm E.V., Isaksen L., Kallberg P, Kohler M., Matricardi M., McNally A.P, Monge Sanz B.M., Morcrette J. J., ParkB. K., Peubey C., de Rosnay P, Tavolato C., Thepaut J. N., Vitart F. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 2011, vol. 137, iss. 656, p. 553597. DOI: 10.1002/qj.828.

24. Gelaro R., McCarty W., Suarez M.J, TodlingR., MolodA., Takacs L., Randles C.A., Darmenov A., Bosilovich M.G., Reichle R., Wargan K., Coy L., Cullather R., Draper C., Akella S., Buchard V., Conaty A., da Silva A.M., Gu W., Kim G.-K., Koster R., Lucchesi R., Merkova D., Nielsen J.E., Partyka G., Pawson S., Putman W, RieneckerM., SchubertS.D., SienkiewiczM., Zhao B. The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2). Journal of Climate, 2017. DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0758.1.

25. Henriksson S.V Interannual oscillations and sudden shifts in observed and modeled climate. Atmos. Sci. Lett., 2018, p. 1-8. DOI: 10.1002/asl.850.

26. Huang B., Thorne P.W., Banzon V.F., Boyer T., Chepurin G., Lawrimore J.H., MenneM.J., Smith T.M., VoseR.S., ZhangH.-M. Extended Reconstructed Sea Surface Temperature, version 5 (ERSSTv5): Upgrades, validations, and intercomparisons. Journal of Climate, 2017, vol. 30, p. 8179-8205, DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0836.1.

27. Hurrell J.W., Kushnir Y., Ottersen G., Visbeck M. The North Atlantic Oscillation: Climate Significance and Environmental Impact. Eds. Geophysical Monograph Series, 2003, vol. 134, 279 p.

28. IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of WG1 to the V Assessment Report of the IPCC. Cambridge, UK and New York, NY, USA, 2013, 1535 p.

29. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Candin L., IredellM., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Leetmaa A., Reynolds R., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K.C., Ropelewski C., Wang J., Jenne R., Joseph D. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 1996, vol. 77, p. 437-471. DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;2.

30. Kanamitsu M., Ebisuzaki W., Woollen J., Yang S-K, Hnilo J.J., Fiorino M., Potter G.L. NCEP-DOE AMIP-II Reanalysis (R-2). Bull. Amer. Meteor. Soc., 2002, p. 1631-1643. DOI: 10.1175/BAMS-83-11-1631.

31. Kobayashi S., Ota Y., Harada Y., Ebita A., Moriya M., Onoda H., Onogi K., Kamahori H., Kobayashi C., Endo H., Miyaoka K., Takahashi K. The JRA-55 Reanalysis: General Specifications and Basic Characteristics. Journal of the Meteorological Society of Japan, Ser. II, 2015, vol. 93, no. 1, p. 5-48. DOI: 10.2151/jmsj.2015-001.

32. Moron V., Vautard R., Ghil M. Trends, interdecadal and interannual oscillations in global sea-surface temperatures. Climate Dynamics, 1998, vol. 14, p. 545-569. DOI: 10.1007/s003820050241.

33. Rodriguez-Fonseca B., Suarez-Moreno R., Ayarzaguena B. Lopez-Parages J., Gomara I., Villamayor J., Mohino E., Losada T., Castaco-Tierno A. A Review of ENSO Influence on the North Atlantic. A Non-Stationary Signal. Atmosphere, 2016, vol. 7, no. 7, p. 87. DOI: 10.3390/atmos7070087.

34. Saha S., Moorthi S., Wu X., Wang J., Nadiga S., Tripp P, D., Hou Y-T, Chuang H., Iredell M., Ek M., Meng J., Yang R., Mendez M.P., Wang W., Chen M., Becker E. The NCEP Climate Forecast System Version 2. Journal of Climate, 2014, vol. 27, p. 2185-2208. DOI: 10.1175/JCLI-D-12-00823.1.

35. Serykh I.V., Sonechkin D.M. Nonchaotic and globally synchronized short-term climatic variations and their origin. Theoretical and Applied Climatology, 2019, vol. 137(3-4), p. 26392656. DOI: 10.1007/s00704-018-02761-0.

36. Serykh I.V., Sonechkin D.M., Byshev V.I., Neiman V.G., Romanov Yu.A. Global Atmospheric Oscillation: An Integrity of ENSO and Extratropical Teleconnections. Pure and Applied Geophysics, 2019, vol. 176(8), p. 3737-3755. DOI: 10.1007/s00024-019-02182-8.

37. Serykh I. V., Sonechkin D.M. El NKo forecasting based on the global atmospheric oscillation. International Journal of Climatology, 2020. DOI: 10.1002/joc.6488.

38. Stickler A., Bronnimann S., Valente M.A., Bethke J., Sterin A., Jourdain S., Roucaute E., Vasquez M.V, Reyes D.A., Allan R., Dee D. ERA-CLIM: Historical Surface and Upper-Air Data for Future Reanalyses. Bull. Amer. Meteor. Soc., 2014, vol. 95, no. 9, p. 14191430. DOI: 10.1175/BAMS-D-13-00147.1.

39. Torrence D.C., Compo G.P. A practical guide to wavelet analysis. Bull. Amer. Meteor. Soc., 1998, vol. 79, p. 61-78. DOI: 10.1175/1520-0477(1998)079<0061APGTWA>2.0.CO;2.

40. TorrenceD.C., WebsterPJ. Interdecadal changes in the ENSO-monsoon system. Journal of Climate, 1999, vol. 12, p. 2679-2690. DOI: 10.1175/1520-0442(1999)012<2679:ICITEM>2.0.CO;2.