Обзор метеорологической обстановки над Балтийский морем за 2014 год.
На основе данных реанализа метеорологических полей NCEP/NCAR была исследована пространственно-временная изменчивость ветра и атмосферного давления над Балтийским морем. На рис. 1 приведены поля среднегодовой скорости ветра в 2013 г. и линейного инварианта тензора дисперсии (показателя общей изменчивости процесса в течение года). Наиболее сильный ветер наблюдался над центральной частью моря, от 58 до 61° с. ш. (от о. Готланд до Аландских о-вов). В этом же районе, а также в проливе Каттегат отмечалась и наибольшая дисперсия скорости ветра. Интенсивность среднего переноса и общей изменчивости процесса в 2013 г. мало отличается от предыдущих лет. Различия наблюдаются только пространственных распределениях максимумов модуля скорости: в западной части моря ветры 2013 г. несколько слабее, а в восточной – сильнее, чем в 2010-2012 гг.
Рис. 1. Поля средней скорости ветра, м/с (левый столбец) и линейного инварианта тензора дисперсии скорости ветра, м2/с2, (правый столбец) за 2013 г.
Графики инвариантов тензора спектральной плотности скорости ветра в 2013 г. имеют вид красного шума, интенсивность колебаний максимальна в регионе, ограниченном меридианами 18-22° в. д., в спектре линейного инварианта преобладает колебание с двухмесячной цикличностью, на втором месте по интенсивности – годовое колебание; в спектре индикатора вращения, в основном, преобладают колебания с вращением против часовой стрелки и цикличностями 90-120 суток. Изменчивость атмосферного давления в Санкт-Петербурге в 2013 году была ниже, чем в 2012: максимумы были меньше, но медиана в 2013 году была выше (рис. 2.)
Рис. 2. Результаты квантильного анализа атмосферного давления в Санкт-Петербурге.
На рис. 3 приведены изменения во времени оценок линейного инварианта тензора дисперсии градиентов атмосферного давления в циклонах для различных точек Балтийского моря. Видно, что интенсивность циклогенеза в 2013 году над всей акваторией Балтийского моря была выше, чем в 2012 году, однако, значения не являются максимальными в многолетнем ходе.
Рис. 3. Межгодовая изменчивость линейного инварианта тензора дисперсии градиента атмосферного давления за 1948-2013 год.
1. Температура воздуха
Рис. 1. Осреднённые по площади над восточной частью Северного моря (а) и всего Балтийского моря (б) среднегодовые значения температуры воздуха (зелёные линии) за период 1900 - 2014 гг. Точками показаны узлы сеточной области реанализа ERA-20C, по которым производилось осреднение. Прямая синяя линия - математическое ожидание. Коричневой линией показано 10-летнее скользящее среднее.
Математическое ожидание температуры воздуха над Балтикой на 3.4°С меньше, чем над Северным морем. Во временном ходе температуры воздуха хорошо выделяются два периода похолоданий и два периода потеплений климата. Похолодания происходили в 1900-х - 1920-х годах и с конца 1940-х по начало 1980-х. Одно из потеплений отмечается в 1930-х годах (а над Северным морем и в конце 1940-х годах), а последнее - началось с конца 1980-х и продолжается до настоящего времени. Хорошо видно, также, что 2014 год стал самым теплым за весь исследуемый период: его температура на востоке Северного моря превысила математическое ожидание на 2°С, а над Балтикой на 2.6°С. По сравнению с 2013 годом повышение температуры в 2014 году составило 0.7С над Балтийским морем, 1.6 С над восточной частью Северного моря.
2. Атмосферное давление
Рис. 2. Временной ход среднегодовых значений атмосферного давления (зелёная линия) над различными районами Балтийского и Северного морей в ХХ и начале ХХI веков. Коричневая линия - 10-летнее скользящее среднее. Прямая синяя линия - мат. ожидание.
В регионе Балтийского моря начиная с конца 1930-х до середины 1990-х годов отчетливо выражена почти линейная тенденция понижения атмосферного давления. После этого периода по настоящее время наметилась тенденция относительной стабилизации атмосферного давления с небольшой тенденцией его повышения. Над Северным морем, отмеченный выше период понижения атмосферного давления, начался несколько позднее - с начала 1940-х годов, и продолжается до настоящего времени. В в 2014 году почти повсеместно над Балтийским морем атмосферное давление было выше, чем в 2013 году, на юге Балтики и в восточной части Северного моря, давление в 2014 году по сравнению с 2013 годом понизилось.
3. Осадки
Рис. 3. Среднегодовое количество осадков в Балтийском море за период 1979 -2014 гг (зелёная линия). Синяя линия – линейный тренд. Коричневая линия - 10-летнее скользящее среднее. Пунктирная синяя линия - мат. ожидание.
За последнее десятилетие количество осадков над Балтикой возрастает. Наибольшее количество осадков за весь изучаемый период выпало в 2012 году, в 2013 году наблюдается снижение количество осадков по сравнению с 2012 годом. В 2014 году наблюдается повышение количества осадков по сравнению с 2013 годом, однако оно не достигает уровня 2012 года, и близко к уровню математического ожидания.
4. Исследование межгодовой изменчивости характеристик атмосферных циклонов и антициклонов.
Для исследования межгодовой изменчивости характеристик атмосферных циклонов и антициклонов использовались четырёхсрочные данные (дискретность 6 часов) реанализа метеорологической информации ERA-20C с пространственным разрешением 1 градус. Район работы ограничивался 12° з.д. - 36° в.д., 48° с.ш. -70° с.ш.
Для оценки интенсивности атмосферных образований (глубин циклонов и мощности антициклонов), был рассчитан линейный инвариант I1(0)GradPa тензора дисперсии горизонтального градиента атмосферного давления за каждый год (Методическое письмо, 1984).Характеристики линейного тренда в межгодовых изменениях оценок инварианта I1(0)(t)GradPa рассчитывались с помощью метода наименьших квадратов. Сравнительный вклад тренда в общую дисперсию процесса определялся путём проверки значимости коэффициента детерминации по критерию Стьюдента.
Рисунок 4 и 5 иллюстрируют изменения в ХХ и начале ХХI веков значений инварианта I1(t)GradPa в циклонах (Рис.4) и антициклонах (Рис.5) для различных точек Балтийского и Северного морей. Отмечается, что у атмосферных циклонов над всей акваторией Балтийского моря в изменениях I1(t)GradPa наблюдаются значимые положительные тренды, свидетельствующие о выраженной тенденции увеличения их глубины в рассматриваемый период. Для антициклонов эта тенденция отмечается только для отдельных районов Балтики. Однако, в 2014 году интенсивность циклогенеза уменьшилась для большинства районов Балтийского моря.
Рис. 4 Оценки линейного инварианта тензора дисперсии горизонтального градиента атмосферного давления в циклонах (черная линия) над акваторией Балтийского и Северного морей в период с 1900 по 2014 гг. Прямой красной линией показаны линейные тренды, синей линией - оценки, сглаженные 10-летним скользящим средним. Размерность вертикальных шкал на графиках – (Па/м)2 10-6.
Рис. 5. Оценки линейного инварианта тензора дисперсии горизонтального градиента атмосферного давления в антициклонах (черная линия) над акваторией Балтийского и Северного морей в период с 1900 по 2014 гг. Прямой красной линией показаны значимые линейные тренды, пунктирной - не значимые, синей - оценки, сглаженные 10-летним скользящим средним. Размерность вертикальных шкал на графиках – (Па/м)2 10-6.
5. Скорость ветра над Балтийским морем..
Оценка скорости приповерхностного ветра над регионом Балтийского моря проводилась по срочным (4 раза в сутки) данным о динамике барических образований в атмосфере, полученным на основе реанализа метеорологических полей с пространственным разрешением 2.5°´ 2.5° для периода 1948 – 2013 гг. (NCEP/NCAR Reanalysis).
По результатам анализа можно сказать, что модуль скорости ветра в 2014 г. меньше, чем в 2013; и хотя разброс векторов в 2014 г. меньше (эллипс более вытянут), модуль среднегодового переноса (см. табл. 1) также уменьшился. (Отметим, что наибольший перенос за последние 30 лет наблюдался в 2012 г.). Направление среднего переноса в 2014 г. близко к среднему за 35 лет – на северо-северо-восток (в 2013 г. перенос был направлен на северо-восток). Из табл. 1 видно, что в 2014 г. произошел рост модуля скорости ветра над южной и центральной частями частью Балтийского моря и ослабление среднего переноса над его северной частью (Финским и Ботническим заливами).
Таблица 1. Среднегодовые значения модуля скорости ветра |W| и его направления φº за 2010-2014 гг. в узлах сетки реанализа
*) Красным цветом показано возрастание модуля скорости ветра, голубым – его уменьшение
Рис. 6. Векторные диаграммы: а(средних многолетних месячных значений переноса воздушных масс за 1979-2014 гг. в узле сетки реанализа над Санкт-Петербургом по исходным данным реанализа), б(среднемесячных значений переноса воздушных масс над Санкт-Петербургом только за 2014 год)
На рисунке 6 (а) и 6 (б) приведены среднемесячные векторы за 36 лет, за 2014 г. Видно, что в 2014 году перенос воздушных масс существенно отличался от его средних многолетних значений.
Уровень Балтийского моря.
В 2014 году средний уровень Балтийского моря, оцененный на основе данных спутниковой альтиметрии, заметно понизился относительно его оценок в 2013 г. и стал близок к своему среднемноголетнему значению (рис. 7). Однако интенсивность колебаний уровня на большей части акватории Балтийского моря снизилась по сравнению с предыдущими годами, на что указывают оценки его дисперсии (рис. 8).
Рис. 7. Аномалии уровня моря по данным спутниковой альтиметрии за 2013 и 2014 год.
Рис. 8. Дисперсия уровня моря по данным спутниковой альтиметрии за 2013 и 2014 год
Изменчивость термохалинных и гидрохимических параметров.
Измерения температуры воды (Т°) на прибрежных станциях показали, что, как и в предыдущем году в южной части Балтийского моря продолжается повышение температуры воды. Увеличение наблюдается почти на всех горизонтах и составляет 0.5-2 градуса относительно 2013 года. В табл. 2 приведены средние и экстремальные из среднемесячных значения годового хода Т° воды на разных горизонтах этих станций. Красным цветом выделено повышение Т°. Видно, что в подавляющем большинстве случаев произошел рост Т° как в среднем за 2014 г., так и для значений экстремумов Т°.
Таблица 2. Среднегодовые и экстремальные за год значения годового хода Т° на отдельных горизонтах станций Балтийского моря в 2013 и 2014 гг.
*) Красным цветом показано повышение Т° в 2014 г., голубым – понижение.
В таблице 3 приведены средние и экстремальные из среднемесячных значения годового хода S°/oo на разных горизонтах. Красным цветом выделено повышение S°/oo . Видно, что в южной части моря произошел рост S°/oo как в среднем за 2014 г., так и для значений экстремумов S°/oo . В проливе Фемарнбельт соленость в 2014 г. в среднем и для максимума понизилась, а для минимума – повысилась, т.е. уменьшился размах годовго хода солености в 2014 г.
Таблица 3. Среднегодовые и экстремальные за год значения годового хода S°/oo на отдельных горизонтах станций Балтийского моря в 2013 и 2014 гг.
*) Красным цветом показано повышение S°/oo в 2014 г., голубым – понижение.
Термохалинные условия Балтийского моря в 2014 году по данным судовых измерений на станциях международного зондирования.
Рис. 9. Годовой ход температуры и солёности в 2014 году на фоне среднемноголетних значений в поверхностном слое воды в центральной Балтике (станция BY15).
Анализ данных судовых измерений на станциях международного мониторинга показал, что в 2014 году изменения гидрологических показателей оставались в пределах нормы. В поверхностном слое воды наблюдается повышение среднегодовой температуры по сравнению с 2013 годом в среднем на 0,5⁰С для всей Балтики; температура в 2014 году выше на 0,99⁰С среднемноголетнего показателя. Солёность в 2014 году была ниже на 0,07 ‰ по сравнению с предыдущим годом, по сравнению со среднемноголетнем показателем она оказалась ниже на 0,4‰.
Рис. 10. Годовой ход температуры и солёности в 2014 году на фоне среднемноголетних значений на глубине 225 – 230 метров в центральной Балтике (станция BY15).
На глубине более 100 метров в 2014 году в целом ситуация стабильная. В изменении гидрологических характеристик не наблюдается аномальных изменений. Отмечается некоторое понижение температуры воды в 2014 году по сравнению с ситуацией 2013 года в центральной Балтике на глубине 225-230 – снижение составило 0,01⁰С, однако, по сравнению со среднемноголетним значением, температура в 2014 году оказалась выше этого показателя на 0, 6 ⁰С. Солёность в придонных слоях за 2014 год значимо не изменилась, оставаясь на уровне 12,2 ‰. По сравнению с уровнем 2013 года солёность повысилась на 0,1 ‰, по сравнению со среднемноголетними показателями, соленость в 2014 году оказалась ниже на 0,02 ‰.
В декабре 2014 года после 11-летнего перерыва в Балтике произошёл большой заток североморских вод. По оценкам немецких исследователей, его объём составил 198 км3 (Mohrholz et. al., 2015), и он занял 3-е место в ряду самых интенсивных затоков наблюдавшихся инструментально с конца XIX века.
По данным северо-западного управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в отличие от 2013 г., когда на востоке Финского залива были зарегистрированы 3 опасных подъёма уровня моря, в 2014 году в восточной части залива опасных подъемов уровня не наблюдалось.