Моделирование влияния естественной долгопериодной изменчивости в Северной Атлантике на формирование аномалий климата

В.А. Семенов1, 2, 3, И.И. Мохов1, 3, 4, А.Б. Полонский3, 5, ✉

1 Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва

2 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва

3 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва

4 Московский физико-технический институт, Москва

5 Морской гидрофизический институт, Севастополь

✉ e-mail: apolonsky5@mail.ru

Аннотация

Представлены результаты моделирования влияния естественной изменчивости в системе океан – атмосфера в Северной Атлантике и Арктике на глобальный климат. Анализировались результаты численных экспериментов с совместной моделью общей циркуляции атмосферы и верхнего перемешанного слоя океана с использованием аномальных величин потоков тепла из океана в атмосферу. Согласно полученным результатам, собственной долгопериодной изменчивостью в Северной Атлантике и атлантическом секторе Арктики можно объяснить около половины величины роста приповерхностной температуры Северного полушария в последней трети ХХ в. Отмечено, что важный вклад при этом вносят аномальные потоки тепла в Арктике, которые обычно не учитываются при моделировании эффекта долгопериодных колебаний в Северной Атлантике. Результаты численных экспериментов подтверждают вывод о значимой роли естественной изменчивости в Северной Атлантике и Арктике в формировании не только региональных, но и глобальных изменений климата. Именно с недостаточным учетом отмеченных эффектов может быть связана существенная переоценка чувствительности некоторых глобальных климатических моделей к увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере.

Ключевые слова

естественные и антропогенные изменения климата, Атлантическое долгопериодное колебание (Атлантическая мультидекадная осцилляция)

Для цитирования

Семенов В.А., Мохов И.И., Полонский А.Б. Моделирование влияния естественной долгопериодной изменчивости в Северной Атлантике на формирование аномалий климата // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 4. С. 14-27. EDN TEVDMZ.

Semenov, V.A., Mokhov, I.I and Polonsky, A.B., 2014. Modeling of Impact of Natural Long-Period Variability in the North Atlantic upon Formation of Climate Anomalies. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal, (4), pp. 14-27 (in Russian).

Список литературы

  1. Trenberth K.E., Jones P.D., Ambenje P. et al. Observations: Surface and Atmospheric Climate Change. Climate Change 2007: The Physical Science Basis / Eds. S. Solomon et al. – Cambridge: Cambridge University Press, 2007. – P. 235 – 336.
  2. Delworth T.L., Mann M.E. Observed and simulated multidecadal variability in the Northern Hemisphere // Clim. Dyn. – 2000. – 16. – P. 661 – 676.
  3. Delworth T.L., Knutson T.R. Simulation of early 20th century global warming // Science. – 2000. – 287. – P. 2246 – 2250.
  4. Полонский А.Б. Глобальное потепление, крупномасштабные процессы в системе океан – атмосфера, термохалинная катастрофа и их влияние на климат Атлантико-Европейского региона. Современные проблемы океанологии. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2008. – Вып. 5. – 44 с.
  5. Полонский А.Б. Роль океана в изменениях климата. – Киев: Наук. думка, 2008. – 184 с.
  6. Семенов В.А. Долгопериодные климатические колебания в Арктике и их связь с глобальными изменениями климата // Дис. ... д-ра физ.-мат. наук. – М.: Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, 2010. – 268 с.
  7. Мохов И.И., Смирнов Д.А., Карпенко А.А. Оценки связи изменений глобальной приповерхностной температуры с разными естественными и антропогенными факторами на основе данных наблюдений // Докл. РАН. – 2012. – 443, No 2. – С. 225 – 231.
  8. Otterå O.H., Bentsen M., Drange H. et al. External forcing as a metronome for Atlantic multidecadal variability // Nature Geosci. – 2010. – 3. – P. 688 – 694. – doi: 10.1038/NGEO0955.
  9. Booth B.B., Dunstone N.J., Halloran P.R. et al. Aerosols implicated as a prime driver of twentieth-century North Atlantic climate variability // Nature. – 2012. – 484. – P. 228 – 232. – doi:10.1038/nature10946.
  10. Meehl G.A., Covey C., Delworth T. et al. The WCRP CMIP3 multi-model dataset: A new era in climate change research // Bull. Amer. Met. Soc. – 2007. – 88. – P. 1383 – 1394.
  11. Hansen J., Ruedy R., Glascoe J. et al. GISS analysis of surface temperature change // J. Geophys. Res. – 1999. – 104, D24. – P. 30997 – 31022.
  12. Lupo A.R., Oglesby R.J., Mokhov I.I. Climatological features of blocking anticyclones: a study of Northern Hemisphere CCM1 model blocking events in present-day and double CO2 concentration atmospheres // Clim. Dyn. – 1997. – 13. – P. 181 – 195.
  13. Мохов И.И. Действие как интегральная характеристика климатических структур: оценки для атмосферных блокингов // Докл. РАН. – 2006. – 409, No 3. – С. 403 – 406.
  14. Petoukhov V., Semenov V.A. A link between reduced Barents-Kara sea ice and cold winter extremes over northern continents // J. Geophys. Res.: Atmos. – 2010. – 115, D21111. – doi:10.1029/2009JD013568.
  15. Семенов В.А., Мохов И.И., Латиф М. Влияние температуры поверхности океана и границ морского льда на изменение регионального климата в Евразии за последние десятилетия // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2012. – 48, No 4. – С. 403 – 421.
  16. Graversen R.G., Mauritsen T., Tjernström M. et al. Vertical structure of recent Arctic warming // Nature. – 2008. – 541. – P. 53 – 56. – doi:10.1038/nature06502.
  17. Schlichtholz P. Influence of oceanic heat variability on sea ice anomalies in the Nordic Seas // Geophys. Res. Lett. – 2011. – 38, L05705. – doi:10.1029/2010GL045894.
  18. Семенов В.А. Структура изменчивости температуры в высоких широтах Северного полушария // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2007. – 43, No 6. – С. 744 – 753.
  19. Мохов И.И., Семенов В.А., Елисеев А.В. и др. Изменения климата и их последствия в высоких широтах: диагностика и моделирование // Метеорологические и геофизические исследования / Под ред. Г.В. Алексеева. – М. – СПб.: ООО «Паулсен», 2011. – C. 94 – 129.
  20. Semenov V.A., Latif M. The early twentieth century warming and winter Arctic sea ice // Cryosphere. – 2012. – 6. – P. 1231 – 1237. – doi:10.5194/tc-6-1-2012.
  21. Mann M.E., Park J. Global-scale modes of surface temperature variability on interannual to century timescales // J. Geophys. Res. – 1994. – 99. – P. 25 819 – 25 833.
  22. Schlesinger M.E., Ramankutty N. An oscillation in the global climate system of period 65 – 70 years // Nature. – 1994. – 367. – P. 723 – 726.
  23. Kravtsov S., Spannagle C. Multidecadal climate variability in observed and modeled surface temperatures // J. Clim. – 2008. – 21. – P. 1104 – 1121.
  24. Ting M.F., Kushnir Y., Seager R. et al. Forced and internal twentieth-century SST trends in the North Atlantic // J. Clim. – 2009. – 22. – P. 1469 – 1481.
  25. Zhang R., Delworth T.L., Held I.M. Can the Atlantic Ocean drive the observed multidecadal variability in Northern Hemisphere mean temperature? // Geophys. Res. Lett. – 2007. – 34, L02709. – doi:10.1029/2006GL028683.
  26. Воскресенская Е.Н., Полонский А.Б. Низкочастотная изменчивость гидрометеорологических полей и потоков тепла в Северной Атлантике // Морской гидрофизический журнал. – 2004. – No 4. – С.19 – 38.
  27. Semenov V.A., Latif M., Dommenget D. et al. The impact of North Atlantic-Arctic multidecadal variability on Northern Hemisphere surface air temperature // J. Clim. – 2010. – 23. – P. 5668 – 5677.
  28. Семенов В.А. Влияние океанического притока в Баренцево море на изменчивость климата в Арктике // Докл. РАН. – 2008. – 418, No 1. – С. 106 – 109.
  29. Rayner N.A., Parker D.E., Horton E.B. et al. Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century // J. Geophys. Res. – 2003. – 108, D14, 4407. – doi: 10.1029/2002JD002670.
  30. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler et al. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Amer. Meteorol. Soc. – 1996. – 77. – P. 437 – 470.
  31. Bengtsson L., Semenov V.A., Johannessen O.M. The early-twentieth-century warming in the Arctic – A possible mechanism // J. Clim. – 2004. – 17. – P. 4045 – 4057.
  32. Semenov V.A., Park W., Latif M. Barents Sea inflow shutdown: A new mechanism for rapid climate changes // Geophys. Res. Lett. – 2009. – 36, L14709. – doi: 10.1029/ 2009GL038911.
  33. Walsh J.E., Johnson C.M. Analysis of Arctic sea ice fluctuations 1953 – 1977 // J. Phys. Oceanogr. – 1978. – 9. – P. 580 – 591.
  34. Алексеев Г.В., Данилов А.И., Катцов В.М. и др. Изменения площади морских льдов Северного полушария в XX и XXI веках по данным наблюдений и моделирования // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2009. – 45, No 6. – С. 723 – 735.
  35. Полонский А.Б., Крашенинникова С.Б. Пространственно-временная изменчивость меридиональных переносов тепла в Северной Атлантике // Морской гидрофизический журнал. – 2010. – No 6. – С. 24 – 41.
  36. Boning C.W., Scheinert M., Dengg J. et al. Decadal variability of subpolar gyre transport and its reverberation in the North Atlantic overturning // Geophys. Res. Lett. – 2006. – 33. – doi:10.1029/2006gl026906.
  37. Lenton T.M., Held H., Krieger E. et al. Tipping elements in the Earth's climate system // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 2008. – 105(6). – P. 1786 – 1793.
  38. Lindsay R.W., Zhang J. Thinning Arctic Sea ice: Have we passed a tipping point? // Bull. Amer. Met. Soc. – 2005. – 86(3). – P. 325 – 326.

Скачать статью в PDF-формате