Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Выполнен аналитический обзор исследований предсказуемости колебаний и изменения климата в умеренных и высоких широтах Северного полушария, в том числе на территории Евразийского континента. Особое внимание уделено оценке роли океана в формировании долгопериодных колебаний погоды и климата. Современные исследования, в том числе, выполненные с использованием глобальных совместных моделях климата, подтверждают ключевую роль океана в формировании долгопериодных колебаний погоды и климата и их предсказуемости. Наиболее существенно влияют на климат высоких и средних широт тропические зоны океана, где накапливается основная часть солнечного тепла, поступающего к Земле и распространяющегося циркуляционными атмосферными и океаническим процессами в направлении к полюсу. Показано, что меридиональные потоки атмосферного тепла и влаги поступают в средние и высокие широты большей частью между 0° и 80° в.д. в слое атмосферы от поверхности до 750 гПа . При этом важная роль принадлежит притоку водяного пара (скрытое тепло), усиливающему парниковый эффект, который замедляет нарастание льда арктических морей зимой и ускоряет начало таяния летом, влияя на формирование климата сопредельных территорий. Аномалии температуры поверхности океана (ТПО) в тропиках усиливают атмосферную циркуляцию и, в частности, направленный к полюсу атмосферный перенос с участием волн Россби, конвекции и циркуляции Хедли, осцилляции Маддена-Джулиана (МДО). Выявлено, что низкочастотный характер изменчивости в океане инициирует долгопериодную часть изменчивости в атмосфере и может служить источником предсказуемости для сезонных и межгодовых колебаний климата. Построены статистические регрессионные модели, позволяющие предсказать значительную часть изменчивости климата умеренных и высоких широт на десятилетие, основываясь на состоянии океана. Расчеты на основе этих моделей подтверждает ключевую роль океана, особенно Атлантики низких широт, в прогнозировании межгодовых изменений климата субарктических широт. Для построения моделей использовался имеющийся архив ТПО за последние четыре десятилетия. Показано, что в качестве источника информации о влиянии океана на колебания климата высоких и умеренных широт могут служить ряды данных об уровне океана. Изменения уровня океана формируются под влиянием повышения температуры его верхнего слоя (50 и 38 % общего повышения, соответственно, за 1971–2018 и 1901–2018 гг.) и таяния ледяных щитов и ледников (42 и 41 % общего повышения за те же годы). Эти изменения происходят с масштабами от нескольких лет до десятилетий и поэтому могут быть индикаторами климатических изменений подобного масштаба над сушей. Получены оценки связи и запаздываний между изменениями ТПО в низких широтах и температурой воздуха высоких и умеренных широт. На основании полученных количественных оценок связи между аномалиями ТПО в низких широтах и температурой воздуха и параметрами морского ледяного покрова в высоких широтах с участием изменений содержания водяного пара и нисходящей длинноволновой радиации построена обобщающая схема связей в виде графа корреляций. Схема показывает, что ТПО в области 10° ю.ш.–10° с.ш. определяет изменения температуры воздуха и содержания водяного пара в области 0–25° с.ш. и ТПО в тропической части Атлантики (5–25° с.ш., 60–10° з.д.). В свою очередь ТПО в октябре в этой части Атлантики влияет на изменения ТПО зимой в Норвежском, Гренландском и Баренцевом морях через 27 месяцев (на 3-й год). Последующий рост температуры воздуха и содержания водяного пара в высоких широтах под влиянием атмосферных переносов из приатлантической части способствуют повышению притока длинноволновой радиации к поверхности снега и льда северных морей, уменьшению суммы отрицательных температур воздуха и зимнего нарастания льда, что в последующем ускоряет летнее сокращение ледяного покрова. Значительная корреляция климатических колебаний в высоких широтах с установленными влияющими факторами и их запаздывание до 4 лет составляют основу для прогноза сезонного и межгодового масштаба. Выполненный анализ связи между средней сезонной приповерхностной температурой воздуха (ПТВ) на территории России (Европейская часть, Западная и Восточная Сибирь) и ТПО в низких широтах позволил выделить области в океане, оказывающие наибольшее влияние на изменения ПТВ. Наиболее значимой является область тропической зоны Атлантики, а также область Индо-Тихоокеанской аномалии ТПО, оказывающая влияние на климат Восточной Сибири с запаздыванием в 3 года. Получены оценки связи и запаздываний между колебаниями уровня океана в низких широтах и температурой воздуха в высоких и умеренных широтах. Оценки корреляции между колебаниями уровня и ПТВ позволили выделить две области уровня океана – тропические зоны Атлантики (Ки-Уэст) и Тихого океана (Манила), наиболее связанные с сезонными аномалиями температуры воздуха в Арктике и на территории России. Прогностический потенциал связи между изменениями уровня океана в рассматриваемых пунктах и сезонной температурой воздуха обеспечивается заблаговременностью от 2 до 7 лет. Построены регрессионные уравнения связывающие ТПО в тропической зоне Атлантики и уровень океана в истоках Гольфстрима (п. Ки-Уэст) и Эль-Ниньо (п. Манила) осенью с приповерхностной сезонной температурой воздуха в западных и восточных субарктических широтах Евразийского континента, что открывает возможность прогностической реализации связей ТПО и уровня океана с температурой воздуха на территории России. На основе концептуальной климатической модели выполнена количественная оценка роли атмосферных переносов в усилении изменчивости и тренда средней температуры воздуха в высоких и средних широтах. Получено, что арктическое усиление в значительной степени является свойством изменчивости температуры воздуха на полушарии, формируемым вихревым обменом в атмосфере в присутствии разности температуры между экватором и полюсом и тренда на потепление, которые поддерживаются внешними воздействиями. Получены количественные оценки связи летнего сокращения и осенне-зимнего восстановления ледяного покрова северных морей с ростом приповерхностной температуры воздуха в морской Арктике по данным наблюдений за морским льдом и температурой воздуха. Установлено, что наблюдаемое потепление и сокращение морского ледяного покрова сопровождаются ростом междумесячных изменений ледовитости и междумесячных изменений температуры воздуха. Определена чувствительность междумесячных приращений температуры к приращениям ледовитости, использованная для оценки ослабления положительного тренда температуры воздуха в мае-июле над морями Северного морского пути. Снято противоречие между требованием статистики удалять тренд при корреляции и проявлением изменений климата как тренда. Для этого было введено и обосновано понятие низкочастотной чувствительности как отношения тренда на выходе к тренду на входе условной линейной системы, которое определяет низкочастотную регрессию в окрестности нулевой частоты в спектральном представлении регрессии. Было использовано спектральное представление корреляции между процессами на входе и выходе, т е. когерентность. Выведены аналитические соотношения, позволяющие оценить низкочастотную изменчивость при наличии температурного тренда