Метеорологические и геофизические исследования - Г. Алексеев

Как следует из представленного рис. 2, наблюдается тенденция увеличения повторяемости пасмурного неба и одновременно с ней тенденция уменьшения количества приходящей солнечной коротковолновой радиации. Необходимо отметить наличие прямой зависимости повторяемости ясного неба и сумм суммарной радиации и обратной зависимости для повторяемости пасмурного неба. При этом стоит отметить, что между повторяемостями ясного и пасмурного неба зависимость обратная, что при бета-распределении не является тривиальным результатом. Именно поэтому метод оценки характеристик облачности, основанный на анализе отдельных ее градаций (0–2 и 8–10 баллов), более корректен, чем оценка облачности с помощью величины среднего арифметического. Использование последней не позволяет выявить влияние облачности на приходящую суммарную радиацию, поскольку увеличение максимума и уменьшение минимума на оценку среднего арифметического в общем случае влияет слабо.

Рис. 2. Изменения во времени и линейные тренды повторяемостей ясного и пасмурного неба и годовых сумм суммарной радиации

Мы выполнили совместный анализ изменения характеристик облачности и приходящей суммарной радиации за отдельные месяцы и в среднем за год. Оказалось, что в период с июня по август долговременные тенденции сходны с тенденциями в изменении годовых величин. Многолетняя изменчивость в указанные месяцы в целом соответствует изменению среднегодовых величин, а именно, отмечается уменьшение приходящей суммарной радиации в 2002–2007 гг.

Длинноволновая атмосферная радиация, или нисходящее излучение атмосферы, является одной из важнейших, определяющих термический режим приземного слоя воздуха, составляющих радиационного баланса подстилающей поверхности. В период полярной ночи это единственный радиационный поток, направленный к поверхности. Поскольку инструментальных наблюдений за этой величиной в ГМО «Баренцбург» не проводится, то величина потока длинноволновой радиации была определена расчетным путем. Мы использовали хорошо зарекомендовавшую себя и верифицированную по данным прямым измерений параметризацию, разработанную в Институте Полярных и Морских исследований им. А. Вегенера (König – Langlo et al., 1994; Pirazzin, et al., 2000). Основными метеорологическими элементами, которые используются при расчетах длинноволновой радиации, являются температура и упругость водяного пара в приземном слое воздуха, балл общей облачности. В расчетную формулу метода входят также величина излучательной способности атмосферы, постоянная Стефана-Больцмана и эмпирические коэффициенты, подобранные для условий архипелага Шпицберген.

Таким образом, имея в распоряжении срочные данные по баллу общей облачности и температуре приземного слоя воздуха за период с 1966 по 2009 гг., мы рассчитали длинноволновое излучение атмосферы за этот период. Величины потоков за каждый срок затем суммировались, чтобы получить месячные и годовые суммы по аналогии с суммами суммарной солнечной радиации. Поскольку длинноволновое излучение, в соответствии с формулой, полученной в работе (König – Langlo, et al., 1994), в значительной степени определяется количеством облачности, то кривые, отображающие временную изменчивость годовых сумм длинноволнового излучения атмосферы и величины повторяемости пасмурного неба в целом очень подобны. Результаты представлены на рис. 3.

Рис. 3. Изменения во времени и линейные тренды повторяемостей ясного и пасмурного неба и годовых сумм нисходящей длинноволновой радиации атмосферы

Из анализа временных серий следует, что изменение повторяемости пасмурного неба оказывает определяющее воздействие на величину длинноволновой атмосферной радиации. При этом, в отличие от рассмотренного выше случая с приходящей суммарной коротковолновой радиацией, изменения повторяемости ясного неба оказывают незначительное влияние на изменчивость длинноволнового излучения атмосферы. Таким образом, наблюдаемое за исследуемый период увеличение количества длинноволнового излучения атмосферы определяется в основном увеличением величины повторяемости пасмурного неба на архипелаге Шпицберген. В совокупности это способствует возникновению хорошо известного в климатологии парникового эффекта. Следствием последнего, как следует из рис. 4, и является наблюдаемая во второй половине ХХ века тенденция увеличения температуры приземного слоя воздуха.

Рис. 4. Изменение во времени и линейные тренды среднегодовой температуры воздуха и годовых сумм нисходящей длинноволновой радиации атмосферы

Это дает основание полагать, что выявленные особенности распределения облачности (бета-распределение), являются одной из наиболее значимых причин потепления климата на архипелаге Шпицберген.

Учитывая вышесказанное, можно сформулировать ряд принципиально важных выводов, имеющих непосредственное отношение к объяснению климатических тенденций, наблюдаемых на архипелаге Шпицберген во второй половине ХХ века:

– наблюдается уменьшение среднегодовых сумм приходящей коротковолновой солнечной радиации за период 1985–2009 гг.;

– связь изменений характеристик облачности и суммарной радиации определяется повторяемостью пасмурного (8–10 баллов) и ясного неба (0–2 балла).

– характер временной изменчивости длинноволновой атмосферной радиации обусловлен изменчивостью повторяемости пасмурного неба;

– зафиксирован значимый тренд увеличения величины повторяемости пасмурного неба, что, в свою очередь, способствует увеличению длинноволнового излучения атмосферы и, вследствие парникового эффекта, увеличению приземной температуры воздуха;

– характер многолетней изменчивости суммарной радиации также обусловлен увеличением повторяемости пасмурного неба.

В заключение необходимо отметить, что мероприятия, запланированные и выполненные в рамках исследований по программе МПГ 2007–2009, позволили впервые выполнить исследования изменчивости ряда характеристик климата архипелага Шпицберген. Коллективу авторов, представляющих организации Росгидромета (ААНИИ, МУГМС) и специалистов Санкт-Петербургского государственного университета, удалось собрать, обобщить и проанализировать уникальные данные срочных метеорологических и актинометрических наблюдений, выполненных на архипелаге Шпицберген. Оценки тенденций временной изменчивости характеристик облачности, потоков суммарной радиации и нисходящего излучения атмосферы представляются крайне важными, поскольку радиационные факторы климата являются определяющими в процессах таяния снежно-ледяного покрова в Арктике.

Исследования, выполненные в рамках МПГ, будут продолжены в направлении сравнения полученных нами результатов с данными наблюдений, проводимых на исследовательской станции Норвежского Полярного института в поселке Нью-Алесун. Актинометрические наблюдения там выполняются с 1975 г., при этом все составляющие радиационного баланса подстилающей поверхности, включая длинноволновое излучение атмосферы, регистрируются раздельно. Это даст возможность оценить не только временную, но и пространственную изменчивость характеристик облачности и радиационных составляющих. При этом, поскольку для актинометрических наблюдений на российских и зарубежных станциях, расположенных на Шпицбергене, используются приборы разных производителей, необходимо учитывать этот факт и, по возможности, вносить необходимые корректировки, проводя специальные интеркалибрационные измерения.

Анциферова А.Р., Короткова Т.Д., Семенов А.В., Сиеккинен Е.Д. Результаты комплексных гидрометеорологических наблюдений и мониторинга загрязнения окружающей среды на Архипелаге Шпицберген. Материалы Международной научной конференции – «Природа шельфа и архипелагов Восточной Арктики. Комплексные исследования природы Шпицбергена» / Под ред. акад. Матишова Г.Г. ГЕОС. 2010. С. 338–346.

Васильева Д.А., Священников П.Н. Межгодовая изменчивость облачности и длинноволновой атмосферной радиации в Центральном Арктическом Бассейне // Вестник СПбГУ. 2003. Сер. Географии и геологии. Вып.4. № 31. С. 143–148.

Иванов Б.В., Журавский Д.М. Ледовые условия в заливе Грен-фьорд (арх. Шпицберген) в 1975–2009 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 2(85). С. 27–31.

Павлов А.К., Иванов Б.В., Журавский Д.М., Тверберг В. Потепление в заливах Западного Шпицбергена: кратковременное явление или устойчивая тенденция? // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 3(86). С.78–84.

Священников П.Н., Александров Е.И., Теребенько А.В. Климатический режим и его возможные изменения в районе Шпицбергена и Баренцевом море // Труды IV Международной конференции «Комплексные исследования природы Шпицбергена» / Под ред. акад. Матишова Г.Г. Изд. КНЦ РАН, г. Апатиты, 2004. Вып. 4. С. 287–293.