Введение

Климатический цикл над Северным полюсом Земли

Арктическое колебание (АО) или Северный аннулярный режим / Аннулярный режим Северного полушария (NAM) – это погодное явление в Арктике к северу от 20 градусов широты. Оно является важным режимом изменчивости климата для Северного полушария. Аналогом в Южном полушарии является Антарктическое колебание или Южный аннулярный режим (SAM). Индекс изменяется во времени, не имея выраженной периодичности, и характеризуется внесезонными аномалиями атмосферного давления одного знака в Арктике, уравновешенными аномалиями противоположного знака, центрированными приблизительно на 37–45° северной широты.

Североатлантическое колебание (NAO) является близким родственником Арктического колебания. Ведутся дискуссии о том, какое из них более фундаментально отражает динамику атмосферы. NAO может быть определено более физически осмысленным способом, что может сильнее влиять на наблюдаемые последствия изменений в атмосфере.

Описание

Арктическое колебание проявляется в виде кольцеобразной (или "аннулярной") картины аномалий атмосферного давления у поверхности моря, центрированной у полюсов. Наличие континентов и крупных массивов суши нарушает кольцевую структуру в районе Арктики, в то время как аномалии вокруг Антарктиды имеют почти круговую форму. Климатологи полагают, что арктическое колебание причинно связано с глобальными погодными паттернами (и, следовательно, частично предсказывает их). Климатолог NASA Джеймс Э. Хансен объяснил механизм, посредством которого арктическое колебание влияет на погоду в точках, расположенных на значительном удалении от Арктики, следующим образом (однако следует отметить, что объяснение Хансена ошибочно: в положительной фазе AO давление в Арктике низкое, что также усиливает струйные течения).

Индекс арктического колебания определяется на основе суточных или месячных аномалий геопотенциальной высоты на уровне 1000 гПа в диапазоне широт от 20° с.ш. до 90° с.ш. Эти аномалии проецируются на структуру загрузки арктического колебания, которая определяется как первая эмпирическая ортогональная функция (EOF) среднемесячной геопотенциальной высоты на уровне 1000 гПа за период с 1979 по 2000 год. Затем временной ряд нормализуется путем деления на среднемесячное стандартное отклонение индекса.

Периодичность

В течение большей части прошлого века арктические колебания чередовались между положительной и отрицательной фазами. Данные, рассчитанные на основе скользящего среднего за 60 дней, указывают на тенденцию к преобладанию положительной фазы с 1970-х годов, хотя в последнее десятилетие наблюдается тенденция к более нейтральному состоянию. Колебания продолжают носить стохастический характер, изменяясь между отрицательными и положительными значениями в масштабах дней, месяцев, сезонов и лет, однако метеорологи достигли высокой точности прогнозирования на короткие сроки. Корреляция между фактическими наблюдениями и ансамблевым прогнозом арктических колебаний Глобальной системы прогнозирования, рассчитанным за 7 дней, составляет приблизительно 0,9. Это зонально-симметричное колебание между уровнем атмосферного давления в полярных и умеренных широтах было впервые выявлено Эдвардом Лоренцем и получило название в 1998 году благодаря работам Дэвида В. Дж. Томпсона и Джона Майкла Уоллеса.

Влияние

Национальный центр данных о снеге и льдах подробно описывает последствия арктических колебаний. В положительной фазе повышенное давление в умеренных широтах отклоняет океанические штормы дальше на север, а изменения в циркуляционной модели приносят более влажную погоду на Аляску, в Шотландию и Скандинавию, а также более сухие условия в западные районы Соединенных Штатов и в Средиземноморье. В положительной фазе холодный зимний воздух не проникает так глубоко в центральную часть Северной Америки, как в отрицательной фазе колебаний. Это сохраняет большую часть Соединенных Штатов к востоку от Скалистых гор теплее обычного, но оставляет Гренландию и Ньюфаундленд холоднее, чем обычно. Погодные условия в отрицательной фазе, как правило, являются "противоположными" условиям в положительной фазе. Климатологи теперь регулярно обращаются к арктическим колебаниям в своих официальных публичных объяснениях экстремальных погодных явлений. Следующее заявление Национального центра климатических данных Национального управления океанических и атмосферных исследований, "Состояние климата в декабре 2010 года", в котором фраза "отрицательное арктическое колебание" используется четыре раза, очень хорошо отражает эту растущую тенденцию: "Холодный арктический воздух охватил западную Европу в первые три недели декабря. Две крупных снегопада, обледенение и сильные морозы нанесли ущерб значительной части региона. Суровая зимняя погода была связана с отрицательным арктическим колебанием – климатической закономерностью, влияющей на погоду в Северном полушарии. Очень устойчивый и мощный гребень высокого давления, или "блокирующая система", вблизи Гренландии позволил холодному арктическому воздуху продвинуться на юг в Европу. Европа была не единственным регионом в Северном полушарии, пострадавшим от арктических колебаний. Сильный снегопад и сильные морозы затронули значительную часть Среднего Запада США 10–13 декабря."

События 2010 года

Еще одна, весьма наглядная иллюстрация последствий отрицательной фазы колебаний произошла в феврале 2010 года. В этом месяце арктическое колебание достигло своего самого отрицательного среднемесячного значения, приблизительно −4.266, за всю эпоху после 1950 года (период точных наблюдений). Этот месяц характеризовался тремя отдельными историческими снежными бурями в среднеатлантическом регионе Соединенных Штатов. Первый шторм обрушился на Балтимор, штат Мэриленд, 5–6 февраля, а второй – 9–10 февраля. В Нью-Йорке отдельный шторм произошел 25–26 февраля. Еще одна снежная буря обрушилась на Каталонию, а также на соседние французские департаменты (Лангедок-Руссильон, Миди-Пиренеи) 8 марта, выпав 60 см снега в Жироне. Подобная активность снежных бурь считается крайне аномальной и столь же экстремальной, как и само отрицательное значение арктического колебания. Эти отрицательные значения АО в течение 2010 года и в течение следующей зимы позволили холодным воздушным массам проникнуть значительно южнее обычного, в субтропическую Южную Флориду, что привело к рекордно низким температурам и зарегистрированным месячным минимумам во многих районах, а также к самым низким средним месячным минимальным температурам в феврале, марте и декабре того года в тропическом курорте Канкун – более чем на 4°C ниже средних климатических значений. Наибольшее отрицательное значение арктического колебания с 1950 года в январе составило −3.767 в 1977 году, что совпало с самой холодной средней температурой января в Нью-Йорке, Вашингтоне, округ Колумбия, Балтиморе и многих других населенных пунктах в среднеатлантическом регионе за этот период времени. Хотя январское арктическое колебание было отрицательным лишь в 60,6% случаев между 1950 и 2010 годами, девять из десяти самых холодных январей в Нью-Йорке с 1950 года совпали с отрицательными арктическими колебаниями.