ИСТИНА

Целью данной работы является углубленное исследование модификации механизмов генерации явления Эль-Ниньо – Южное Колебание, обусловленных изменением климата, а также изменение удаленного отклика на ЭНЮК в средних и высоких широтах в условиях роста глобальной температуры. В рамках проекта планируется использование данных экспериментов глобальных климатических моделей, входящих в проект CMIP5 и данных реанализов.

The purpose of this work is to investigate the potential for the generation of El Niño-South Oscillation events due to climate change, as well as the change in the remote response to ENSO in the middle and high latitudes under global warming using CMIP5 models experiments and reanalysis data.

По результатам проекта планируется провести комплексную валидацию климатических моделей, входящих в проект CMIP5, с точки зрения их применимости для исследования механизмов и удаленного отклика на ЭНЮК в условиях изменения климата. Будут выбраны 4-6 лучших моделей, которые верно воспроизводят аномалии ТПО, соответствующие двум типам Эль-Ниньо, а также механизм взаимодействия внутрисезонной тропической изменчивости (колебаний Маддена-Джулиана и экваториальных волн Россби) и Эль-Ниньо. По данным выбранных моделей будет оценено изменение характера взаимодействия ВТИ и ЭНЮК при разных сценариях потепления климата в XXI веке. По данным разных сценариев будущего климата будут определены изменения характеристик двух типов Эль-Ниньо, а также частоты возникновения и величины аномалий ТПО, свойственных для теплой фазы ЭНЮК каждого типа, в зависимости от интенсивности потепления. Будут разработаны или выбраны методы разделения двух типов Ла Нинья, и проведена оценка способности моделей воспроизводить два типа как теплой, так и холодной фазы ЭНЮК. Кроме того, будет оценена способность выбранных моделей верно воспроизводить удаленный отклик региональной атмосферной циркуляции и циркуляции в вертикальной плоскости на два типа ЭНЮК на основании сравнения данных контрольного эксперимента (с доиндустриальным содержанием парниковых газов) с данными реанализа. Те модели, которые достаточно хорошо воспроизводят циркуляционный отклик, будут использованы для дальнейшего исследования изменения удаленного отклика в условиях потепления климата в сценариях с различным содержанием парниковых газов в атмосфере. В результате будут подтверждены или опровергнуты полученные нами предварительные результаты о том, что интенсивность удаленного отклика на Эль-Ниньо в условиях глобального потепления будет уменьшаться, и будут получены данные о чувствительности системы «океан-атмосфера» к интенсивности потепления, т.е. оценена степень ослабления отклика в зависимости от климатического сценария.

В мае 2015 года руководителем проекта была защищена кандидатская диссертация на тему «Отклик в системе «океан-атмосфера» на каноническое Эль-Ниньо и Эль-Ниньо Модоки», которая может рассматриваться как основа для дальнейших и более глубоких исследований этой тематики. Были определены регионы, подверженные аномалиям приземной температуры воздуха и осадков в период развития каждого из двух типов Эль-Ниньо. Показано, что во многих регионах Земного шара отклик аномалий погоды на два типа Эль-Ниньо существенно различается. Проанализирована структура удаленного отклика в полях приземной температуры воздуха и осадков, которая существенно различается для двух типов Эль-Ниньо. Исследование структуры отклика глобальной зональной циркуляции показали, что в целом структура идентична для двух типов Эль-Ниньо. Сигнал, возникающий в приэкваториальных и тропических широтах как отклик на аномалии ТПО в Тихом океане, со временем распространяется в более высокие широты и имеет волновую структуру. Эти взаимосвязи более тесные в условиях Эль-Ниньо Модоки. Распространение сигнала в годы канонического ЭНЮК оказывается симметричным относительно экватора, в годы ЭНЮК Модоки - асимметричным. Выявлено, что вертикальные ячейки циркуляции в период развития двух типов Эль-Ниньо имеют различную локализацию и интенсивность восходящих и нисходящих потоков. Теснота связей в Северном полушарии для двух типов Эль-Ниньо в целом оказывается сопоставимой, в то время как в Южном полушарии циркуляционные аномалии более ярко выражены в годы Эль-Ниньо Модоки. Анализ данных модели GFDL-ESM-2M в условиях потепления климата по сценарию потепления климата RCP8.5 показал, что влияние положительной фазы ЭНЮК на зональную и региональную циркуляцию будет ослабевать по сравнению с началом XXI века. Наряду с общим ослаблением связей будет отмечаться уменьшение временного периода, в течение которого наблюдаются значимые циркуляционные аномалии, вызванные Эль-Ниньо.

Выбраны модели проекта CMIP5, наилучшим образом разделяющие два типа Эль-Ниньо и воспроизводящих пространственно-временные характеристики Эль-Ниньо и Ла Нинья. Для различных сценариев будущего климата определены изменения характеристик двух типов Эль-Ниньо и Ла Нинья – как амплитуды и интенсивности самих явлений, так и аномалий основных метеорологических характеристик, сопутствующих явлениям. Показано, что изменения характеристик двух типов Эль-Ниньо и Ла Нинья в условиях потепления климата XXI века по модельным оценкам существенно различаются: - при наиболее интенсивном потеплении повторяемость ЦТ Эль-Ниньо по оценкам большинства моделей возрастает, а повторяемость ВТ Эль-Ниньо и Ла Нинья меняется незначительно; - соотношение между количеством случаев ВТ и ЦТ Эль-Ниньо зависит от интенсивности радиационного форсинга: по наиболее «слабому» сценарию доля ЦТ Эль-Ниньо в общем количестве случаев Эль-Ниньо сокращается, а при наиболее интенсивном потеплении – возрастает; - аномалии, связанные с ЦТ Эль-Ниньо, усиливаются в ответ на увеличение глобального потепления, интенсивность аномалий при ВТ Эль-Ниньо и Ла Нинья не имеет ярко выраженной зависимости от изменения радиационного форсинга. Проведена проверка способности моделей воспроизводить компоненты внутрисезонной тропической изменчивости (ВТИ) и взаимосвязи компонент ВТИ и ЭНЮК. Исследовано изменение характера взаимодействия компонент внутрисезонной тропической изменчивости (ВТИ) и ЭНЮК при разных сценариях потепления климата в XXI веке и оценена их прогностическая значимость для использования в качестве предиктора Эль-Ниньо в условиях потепления. Модели дают неоднозначные оценки изменений прогностической значимости MJO по отношению к Эль-Ниньо в более теплом климате. Роль волн Россби в генерации ЦТ Эль-Ниньо увеличивается в более теплых климатах будущего по оценкам большинства моделей. При последовательном изменении среднего состояния системы океан-атмосфера (потеплении) наблюдается существенная декадная изменчивость взаимодействия между компонентами ВТИ и ЭНЮК – в течение XXI века выделяются периоды с повышением и понижением прогностической значимости компонент ВТИ в генерации двух типов Эль-Ниньо. В изменении прогностической значимости при постепенном потеплении климата отмечается тенденция к увеличению прогностической значимости волн Россби для ЦТ Эль-Ниньо и уменьшению прогностической значимости для ВТ Эль-Ниньо, прогностическая значимость MJO меняется не существенно. На основе климатических моделей, входящих в проект CMIP 5, было проанализировано изменение интенсивности и пространственной структуры взаимосвязи двух типов Эль-Ниньо с глобальной и региональной атмосферной циркуляцией, а также с циркуляцией в вертикальной плоскости в условиях изменения климата в XXI веке. На основе данных эксперимента piControl для каждого типа циркуляции было выделено 7-8 моделей, реалистично воспроизводящие ключевые черты отклика на каждый из типов Эль-Ниньо. На их основе было проанализировано изменение дальних связей циркуляции атмосферы с Эль-Ниньо во всех сценариях изменения климата группы RCP. Выявлено ослабление тесноты корреляционных связей между глобальной и региональной циркуляцией и обоими типами Эль-Ниньо. При этом для глобальной циркуляции более ярко это ослабление проявляется в годы ЦТ Эль-Ниньо. Уменьшается также выраженность распространения сигнала со временем в более высокие широты. При этом пространственная структура отклика (как глобального, так и регионального) по данным большинства моделей изменяется незначительно. Хотя в ряде центров действия атмосферы увеличивается временной сдвиг максимальной корреляционной связи с Эль-Ниньо, в других максимальные значения коэффициента корреляции оказываются ниже границы значимости или близки к ней, что говорит об уменьшении влияния Эль-Ниньо на аномалии атмосферной циркуляции в условиях роста глобальной температуры. В вертикальной ячейке Уокера наиболее заметные аномалии в период ЦТ и ВТ Эль-Ниньо формируются в промежуточных по «жесткости» сценариях потепления климата RCP 4.5 и RCP 6.0. Они выражены в заметном усилении аномального подъема воздуха над районами локализации аномалий ТПО для каждого из типов Эль-Ниньо. Это соответствует еще большему, чем в современном климате, ослаблению ячейки Уокера в период положительной фазы ЭНЮК. В наиболее «мягком» и «жестком» сценариях группы RCP аномалии циркуляции в вертикальной плоскости сопоставимы с результатами контрольного эксперимента. Кроме того, в годы ЦТ Эль-Ниньо модели прогнозируют смещение зоны максимальных аномалий вертикальной скорости к западу на 20-30⁰ широты.