Результаты проекта РФФИ 2019-2021

Основные результаты

Анализ результатов пяти 50-ти летних расчетов совместной климатической модели ИВМ РАН для современного климата (с 1965 г. по 2014 г.), а также двух расчетов для условий будущего климата (с 2015 г. по 2100 г.) по умеренному и жесткому сценариям роста парниковых газов (SSP2-4.5 и SSP5-8.5) позволяет сформулировать следующие выводы:

1. Модель реалистично воспроизводит пространственную структуру теплой и холодной фазы Эль-Ниньо / Южное колебание. При этом, как и у многих других климатических моделей, максимальные связанные с Эль-Ниньо аномалии температуры поверхности океана (ТПО) занижены по сравнению с данными наблюдений в 1.5-2 раза.
2. Выявлено повышение температуры стратосферы Арктики, замедление скорости среднезонального ветра, ослабление стратосферного полярного вихря в зимние сезоны с Эль-Ниньо по сравнению с сезонами с Ла-Нинья. В сезоны с Эль-Ниньо в стратосфере Арктики амплитуда волны с зональным числом 1 больше, чем в сезоны Ла-Нинья. Амплитуда волны 2 больше в сезоны Ла-Нинья.
3. В зимние сезоны с положительными аномалиями температуры поверхности океана (ТПО) в северной части Тихого океана (40-50° с.ш. 160° в.д.-160° з.д.) наблюдается более низкая температура нижней и средней стратосферы Арктики и наоборот. При отрицательной аномалии температуры северной части Тихого океана наблюдается в 2 раза больше зимних сезонов с ослаблением стратосферного полярного вихря в ходе внезапных стратосферных потеплений (ВСП) и в 2 раза меньше зимних сезонов без ВСП по сравнению с сезонами с положительными аномалиями ТПО. В зимние сезоны с соответствующей положительной аномалией ТПО наблюдается более низкая температура нижней и средней стратосферы Арктики.
4. К концу XXI века будет наблюдаться снижение среднезональной температуры примерно от -1° в нижней до -4° в верхней стратосфере при умеренном сценарии и от -1° до -11° при жестком. Ожидается усиление распространения волной активности из тропосферы и нижней стратосферы в верхнюю стратосферу и усиление амплитуды планетарной волны с зональным числом 1.
5. При умеренном и жестом сценариях изменений в распределении дат весенних перестроек циркуляции стратосферы Северного полушария не выявлено. Также не выявлено статистически значимой связи между датами весенних перестроек циркуляции стратосферы и амплитудой стационарной планетарной волны с зональным числом 1 в средней стратосфере в марте.
6. По обоим сценариям не выявлено изменения частоты главных ВСП в течение XXI века.
7. К концу XXI века в верхней стратосфере Северного полушария в зимний период выявлено усиление остаточной циркуляции, характеризующей меридиональную циркуляцию Бревера-Добсона. При жестком сценарии это усиление сильнее, чем при умеренном.
8. К концу века выявлено увеличение средних значений "объема" ПСО в стратосфере Арктики, а также усиление межгодовой изменчивости этого параметра (особенно при жестком сценарии). Увеличивается период, когда ПСО образуются в стратосфере, так, например, при жестком сценарии они образуются в течение всей зимы в конце века. Также выявлено увеличение максимальных значений "объема" ПСО.
9. Максимальные значения "объема" ПСО в марте в конце XXI века в расчете по жесткому сценарию могут в 2-2.5 раза превысить соответствующие значения, наблюдавшиеся в марте 2011 г. и 2020 г., когда разрушение озонового слоя в стратосфере Арктики было наибольшим за все годы наблюдений. Это свидетельствует о возможности очень сильного разрушения озонового слоя в будущем.
10. Сравнение средних значений (композитов) за 10 зимних сезонов с наименьшим и наибольшим "объемом" ПСО показывает, что в теплые сезоны наблюдается усиленное распространение волновой активности из тропосферы в стратосферу в декабре. Однако в январе-феврале это распространение может быть сильнее для холодных зимних сезонов. В ноябре - декабре температура вблизи поверхности в Центральной Азии и на юге Сибири предположительно будет ниже на 1-3° в "теплые" зимние сезоны (т.е. с меньшим "объемом" ПСО в целом за сезон).
11. Для условий современного климата анализ композитов, составленных из событий ослабления и усиления стратосферного полярного вихря в Арктике с влиянием на тропосферу, показывает, что ослабление вихря сопровождается смещением Северо-Атлантического шторм-трека (ШТ) к низким широтам, а усиление вихря – смещением к высоким широтам. Анализ влияния Арктического усиления на ШТ показал, что при сравнении периодов с 1998 г. по 2014 г. и с 1980 г. по 1997 г. наблюдается ослабление Северо-Атлантического ШТ и смещение Северо-Тихоокеанского ШТ к высоким широтам. Аналогичные изменения ШТ выявлены в данных реанализа.
12. Для условий будущего климата при умеренном сценарии к концу XXI века происходит сдвиг Северо-Тихоокеанского шторм-трека (ШТ) и ослабление Северо-Атлантического ШТ к северу. Ожидается небольшое усиление Северо-Тихоокеанского и ослабление Северо-Атлантического ШТ. Северо-Тихоокеанский ШТ проявляет бОльшую, чем Северо-Атлантический, чувствительность к климатическим изменениям.
13. При экстремальном сценарии наоборот, бОльшую чувствительность проявляет Северо-Атлантический ШТ. Отклик обоих ШТ проявляется через их усиление и в небольшой степени через сдвиг к северу.
14. Выявлены различия в поведении ШТ в результате ослабления или усиления стратосферного полярного вихря в Арктике, сопровождаемых распространением аномалий циркуляции стратосферы в тропосферу. При умеренном сценарии ожидается смещение Северо-Тихоокеанского ШТ при усилении стратосферного полярного вихря к низким широтам, а при его ослаблении - смещение к высоким широтам. Для Северо-Атлантического ШТ выявлены противоположные изменения: смещение к высоким широтам при усилении вихря по сравнению с периодами его ослабления
15. При экстремальном сценарии картина различий меняется. Во-первых, Северо-Тихоокеанский ШТ до середины зимы при усилении стратосферного полярного вихря обладает существенно большей интенсивностью, чем при ослаблении. Далее до середины весны ситуация меняется на противоположную. Во-вторых, отклик Северо-Атлантического ШТ на стратосферные условия носит своего рода колебательный характер как для его расположения, так и для интенсивности.
16. Анализ связанного с ШТ вихревого потока влаги, характеризующего перенос скрытого тепла, выявил сравнимый характер изменений с изменениями интенсивности ШТ как в следствие роста концентраций парниковых газов, так и изменений стратосферного полярного вихря. При сравнении конца и начала XXI века ожидаемые изменения вихревого потока влаги при экстремальном сценарии значительно превышает изменения при умеренном.