Г. Алексеев - Метеорологические и геофизические исследования

Для оценки роли процессов синоптического масштаба в формировании тенденций многолетней изменчивости рассмотрим квантильные трассы X p(t), представляющие ряды одноименных квантилей X pвнутримесячного (одноименный месяц) распределения среднесуточных данных. Их анализ показывает вклад положительных и отрицательных аномалий различной обеспеченности в формирование трендов и тенденций межгодовой изменчивости. Графики квантильных трасс Т и Р и их аппроксимация линейными трендами для апреля приведены на рис. 10, а . На рис. 10, б, в приведены гистограммы коэффициентов тренда а р и дисперсии, объясняемой трендом D р для двадцати одной квантили. На рис. 10, г представлены сезонная изменчивость среднемесячных значений оценок коэффициента тренда а и размаха коэффициентов тренда квантильных трасс R p = max ( a p )- min ( a p ). Оценки а р по месяцам приведены в таблице 11.

Основной вывод, который можно сделать на основе анализа рис. 10 и таблицы 11 состоит в том, что а р сильно зависит от порядка квантили р . При этом внутримесячный размах R оценки а р соизмерим с годовым размахом оценки а тренда среднемесячных значений и заметно превосходит саму оценку а для данного месяца. В ряде случаев тренды квантильных трасс а р >> а и значимы на 95 % уровне, например, положительные аномалии давления в апреле, обеспеченность которых p ≥0,2. Оценки тренда медианы а 0,5и среднемесячных значений а совпадают по знаку и близки по величине.

Рис. 10. Квантильные трассы температуры и давления для апреля и их аппроксимация линейным трендом (а), зависимость от порядка квантили коэффициента (б) и дисперсии (в) тренда; г – годовой ход коэффициента тренда среднемесячных значений (1) и размаха R pкоэффициентов тренда квантильных трасс (2)

Таблица 11. Оценки коэффициентов тренда а pквантильных трасс Примечание. Значимые на 95 % уровне тренды выделены жирным шрифтом

Особо отметим, что оценки а р могут быть знакопеременными, что указывает на определенные тенденции межгодовой изменчивости внутримесячных контрастов. Как видно из таблицы 11, в июне отрицательные аномалии температуры воздуха имеют тенденцию к углублению, а положительные аномалии – к усилению, что в целом приводит к усилению внутримесячных контрастов и позволяет сделать вывод о значительной роли синоптических процессов в формировании тенденций межгодовой изменчивости. Таким образом, появляется возможность сформулировать гипотезы о механизмах формирования указанных тенденций. Например, из рис. 10 следует, что температура воздуха в апреле характеризуется значительными контрастами. В период 1936–2007 гг. минимальная среднесуточная температура изменялась от -40,2 °С до -18,8 °С, а максимальная от -20,1 °С до +2,7 °С. Отрицательные аномалии температуры часто связаны с Сибирским антициклоном, а положительные с Алеутским циклоном. Согласно таблице 11, слабый и незначимый тренд среднемесячной температуры обусловлен в основном ослаблением положительных аномалий, а слабый положительный тренд давления существенными трендами отрицательных аномалий. Таким образом, тенденцию к понижению температуры в апреле можно гипотетически связать с ослабляющимся отепляющим воздействием Алеутского минимума.

Подводя итог исследованию климата приземного слоя атмосферы, выполненному на основе оригинального электронного архива всех доступных данных стандартных метеорологических наблюдений, проведенных на полярной станции Тикси с августа 1932 по декабрь 2007 года, можно сделать следующие заключения.

Получены оценки характеристик изменчивости температуры воздуха, атмосферного давления, влажности и скорости ветра в диапазонах межгодовой изменчивости, годового хода и изменчивости синоптического масштаба. На основе оценок распределений вероятностей, их моментов и экстремумов показано, что распределения вероятностей во все месяцы являются одномодальными, а годовой ход хорошо выражен не только в средних значениях, но и в других характеристиках распределения – дисперсии и экстремумах.

Традиционный набор статистик дополнен оценками квантилей распределения. Это позволило уточнить влияние синоптических процессов на ряд особенностей распределения и изменчивости характеристик климата в районе станции. Показано, что асимметрия температуры летом в значительной степени создается большими положительными аномалиями температуры.

Анализ трендов среднемесячных значений показал, что во все месяцы они знакопеременные, слабые и статистически незначимые. В то же время в отдельные месяцы они усилены (вплоть до появления статистически значимых трендов) для аномальных значений температуры и давления. При этом оценки по квантильным трассам показали, что в апреле, для которого характерны значительные внутримесячные контрасты температуры, слабый тренд среднемесячной температуры связан с ослаблением положительных аномалий, сопровождающихся ослаблением отрицательных аномалий давления.

Анализ скорости ветра показал анизотропность распределения по направлению. Сильные и штормовые ветры сосредоточены в основном в ЮЗ четверти. Зимой усилена контрастность – наблюдаются наиболее сильные в году ветры (до 35 м/с) и в то же время повышенная повторяемость штилевых условий.

Установлено, что наиболее существенным компонентом многолетней изменчивости метеорологических характеристик является годовая ритмика. Важнейшими её элементами, наряду с регулярным годовым ходом, являются межгодовая изменчивость годового хода среднемесячных значений и сезонная изменчивость синоптических процессов.

Выявлена согласованность слабых положительных трендов температуры воздуха и сильных трендов балла общей облачности, положительных зимой и отрицательных летом.

Получены свидетельства влияния синоптических систем на многолетние тренды температуры воздуха.

В дополнение к описанным выше метеорологическим архивам сотрудниками ТФ ЯУГМС и ААНИИ был создан уникальный архив данных наблюдений за состоянием морского ледяного покрова и подледного слоя воды в заливе Сого, на берегу которого расположена метеорологическая станция Тикси (см. рис. 1). На рис. 11 приведены все данные о толщине припайных льдов, содержащиеся в архиве за 1932–2007 годы.