Североатлантическое колебание: влияние на климат и погоду

Введение

Погодные явления над Атлантическим океаном
рок-группа

Североатлантическая осцилляция (NAO) – это погодное явление над Северной Атлантикой, представляющее собой колебания разницы атмосферного давления на уровне моря (SLP) между Исландским минимумом и Азорским максимумом. Благодаря колебаниям интенсивности Исландского минимума и Азорского максимума, она контролирует силу и направление западных ветров, а также положение траекторий циклонов над Северной Атлантикой. NAO была обнаружена в ходе нескольких исследований в конце XIX и начале XX веков. В отличие от явления Эль-Ниньо – Южной осцилляции в Тихом океане, NAO является преимущественно атмосферным режимом. Это одно из наиболее важных проявлений климатических колебаний в Северной Атлантике и прилегающих влажных регионах. Североатлантическая осцилляция тесно связана с арктической осцилляцией (АО) (или Северным кольцевым режимом (NAM)), но не следует путать с атлантической мультидекадной осцилляцией (AMO).

Влияние на уровень моря в Северной Атлантике

При положительном индексе NAO (NAO+) региональное понижение атмосферного давления вызывает региональный подъем уровня моря вследствие "обратно-барометрического эффекта". Этот эффект имеет важное значение как для интерпретации исторических данных об уровне моря, так и для прогнозирования будущих изменений уровня моря, поскольку колебания среднего давления в пределах миллибар могут вызывать колебания уровня моря в пределах сантиметров.

Ураганы в Северной Атлантике

Контролируя положение Азорского максимума, NAO также влияет на направление основных траекторий штормов для крупных тропических циклонов в Северной Атлантике: положение Азорского максимума, смещенное к югу, как правило, направляет штормы в Мексиканский залив, в то время как северное положение позволяет им двигаться вдоль Атлантического побережья Северной Америки. Как показали палеотемпестологические исследования, крупных ураганов, обрушившихся на побережье Мексиканского залива, было немного в период 3000–1400 гг. до н.э. и вновь в последнее тысячелетие. Эти спокойные периоды разделялись гиперактивным периодом в 1400 г. до н.э. – 1000 г. н.э., когда побережье Мексиканского залива часто подвергалось ударам катастрофических ураганов, а вероятность их выхода на сушу увеличивалась в 3–5 раз.

Экологические последствия

До недавнего времени Североатлантическое колебание (НАО) находилось в преимущественно положительной фазе с конца 1970-х годов, что приводило к похолоданию в Северо-Западной Атлантике. Это связано с процветанием популяций снежного краба Лабрадорского моря, оптимальная температура для которых – низкая. Потепление, вызванное положительной фазой НАО (NAO+), в Северном море снижает выживаемость личинок трески, находящихся на верхнем пределе своей температурной толерантности, как и охлаждение в Лабрадорском море, где личинки трески находятся на нижнем пределе температурного диапазона. На Восточном побережье Соединенных Штатов положительная фаза НАО (NAO+) вызывает повышение температуры и увеличение количества осадков, что приводит к образованию более теплых и менее соленых поверхностных вод. Это препятствует подъему глубинных, богатых питательными веществами вод, что снижает продуктивность. Улов трески на банке Жоржа и в заливе Мэн подвержен влиянию этого снижения продуктивности. Любопытно, что Джонас и Йорн (2007) обнаружили сильную связь между НАО и видовым составом саранчи в высокотравных прериях Среднего Запада Соединенных Штатов. Они установили, что, хотя НАО не оказывает существенного влияния на погоду в Среднем Западе, наблюдалось значительное увеличение численности распространенных видов саранчи (например, *Hypochlora alba*, *Hesperotettix* spp., *Phoetaliotes nebrascensis*, *M. scudderi*, *M. keeleri* и *Pseudopomala brachyptera*) после зим в период положительной фазы НАО, и значительное увеличение численности менее распространенных видов (например, *Campylacantha olivacea*, *Melanoplus sanguinipes*, *Mermiria picta*, *Melanoplus packardii* и *Boopedon gracile*) после зим в период отрицательной фазы НАО. Считается, что это первое исследование, демонстрирующее связь между НАО и наземными насекомыми в Северной Америке. Экологические последствия НАО простираются вплоть до Тибетского плато, где увеличение засушливости, приводящее к значительной гибели лесов и усилению пыльных бурь, связывают с событиями, обусловленными НАО.

Зима 200910 в Европе

Зима 2009–10 годов в Европе была аномально холодной. Предполагается, что это может быть обусловлено сочетанием низкой солнечной активности, теплой фазы явления Эль-Ниньо – Южной осцилляции и сильной восточной фазы квазидвухлетних колебаний, возникших одновременно. Метеослужба сообщила, что, например, в Великобритании наблюдалась самая холодная зима за последние 30 лет. Это совпало с исключительно отрицательной фазой Североатлантического колебания (НАО). Анализ, опубликованный в середине 2010 года, подтвердил, что текущее событие «Эль-Ниньо» и редкое проявление крайне отрицательной фазы НАО сыграли свою роль. Однако зимой 2010–11 годов в Северной и Западной Европе Исландский минимум, обычно расположенный к западу от Исландии и к востоку от Гренландии, регулярно оказывался восточнее Исландии, что позволило исключительно холодному арктическому воздуху проникать в Европу. Мощная область высокого давления первоначально располагалась над Гренландией, что изменило привычный режим ветров в северо-западной части Атлантики, создав блокирующую ситуацию, направлявшую теплый воздух в северо-восточную Канаду и холодный – в Западную Европу, как это было и предыдущей зимой. Это происходило в сезон Ла-Нинья и связано с редкой арктической дипольной аномалией. В северо-западной части Атлантики обе эти зимы были мягкими, особенно 2009–10 годов, которая стала самой теплой за всю историю наблюдений в Канаде. Зима 2010–2011 годов была особенно теплой в северных арктических регионах страны. Вероятность холодных и снежных зим в Центральной Европе возрастает, когда Арктика летом покрыта меньшей площадью морского льда. Ученые из Потсдамского исследовательского подразделения Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера при Ассоциации Гельмгольца выявили механизм, посредством которого сокращение площади морского льда летом изменяет зоны атмосферного давления в Арктике и влияет на зимнюю погоду в Европе. Если летом происходит масштабное таяние арктических морских льдов, как это наблюдалось в последние годы, усиливаются два важных эффекта. Во-первых, обнажение темной поверхности океана после отступления льда приводит к его большему нагреву летом за счет солнечного излучения (механизм обратной связи «лед-альбедо»). Во-вторых, уменьшение площади ледяного покрова больше не препятствует высвобождению тепла, накопленного океаном, в атмосферу (эффект крышки). В результате уменьшения площади морского льда воздух нагревается сильнее, чем раньше, особенно осенью и зимой, поскольку в этот период океан теплее атмосферы. Нагрев воздуха у поверхности земли вызывает восходящие потоки, и атмосфера становится менее стабильной. Один из таких паттернов – разница в давлении воздуха между Арктикой и умеренными широтами: арктические колебания с Азорским максимумом и Исландским минимумом, известные из метеорологических сводок. Если эта разница велика, то формируется сильный западный ветер, который зимой приносит теплые и влажные атлантические воздушные массы в Европу. В отрицательной фазе, когда разница в давлении невелика, холодный арктический воздух может легко проникать на юг в Европу, не встречая препятствий в виде обычных западных ветров. Модельные расчеты показывают, что уменьшение площади морского льда в Арктике летом приводит к ослаблению разницы в давлении воздуха следующей зимой, что позволяет арктическому холоду проникать в умеренные широты.

The winter of 2009–10 in Europe was unusually cold. It is hypothesized that this may be due to a combination of low solar activity, a warm phase of the El Niño–Southern Oscillation and a strong easterly phase of the Quasi Biennial Oscillation all occurring simultaneously. The Met Office reported that the UK, for example, had experienced its coldest winter for 30 years. This coincided with an exceptionally negative phase of the NAO. Analysis published in mid 2010 confirmed that the concurrent 'El Niño' event and the rare occurrence of an extremely negative NAO were involved. However, during the winter of 2010–11 in Northern and Western Europe, the Icelandic Low, typically positioned west of Iceland and east of Greenland, appeared regularly to the east of Iceland and so allowed exceptionally cold air into Europe from the Arctic. A strong area of high pressure was initially situated over Greenland, reversing the normal wind pattern in the northwestern Atlantic, creating a blocking pattern driving warm air into northeastern Canada and cold air into Western Europe, as was the case during the previous winter. This occurred during a La Niña season, and is connected to the rare Arctic dipole anomaly. In the north western part of the Atlantic, both of these winters were mild, especially 2009–2010, which was the warmest recorded in Canada. The winter of 2010 2011 was particularly above normal in the northern Arctic regions of that country. The probability of cold winters with much snow in Central Europe rises when the Arctic is covered by less sea ice in summer. Scientists of the Potsdam Research Unit of the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research in the Helmholtz Association have decrypted a mechanism in which a shrinking summertime sea ice cover changes the air pressure zones in the Arctic atmosphere and effects on European winter weather. If there is a particularly large scale melt of Arctic sea ice in summer, as observed in recent years, two important effects are intensified. Firstly, the retreat of the light ice surface reveals the darker ocean, causing it to warm up more in summer from the solar radiation (ice–albedo feedback mechanism). Secondly, the diminished ice cover can no longer prevent the heat stored in the ocean being released into the atmosphere (lid effect). As a result of the decreased sea ice cover the air is warmed more greatly than it used to be particularly in autumn and winter because during this period the ocean is warmer than the atmosphere. The warming of the air near to the ground leads to rising movements and the atmosphere becomes less stable. One of these patterns is the air pressure difference between the Arctic and mid latitudes: the Arctic oscillation with the Azores highs and Iceland lows known from the weather reports. If this difference is high, a strong westerly wind will result which in winter carries warm and humid Atlantic air masses right down to Europe. In the negative phase when pressure differences are low, cold Arctic air can then easily penetrate southward through Europe without being interrupted by the usual westerlies. Model calculations show that the air pressure difference with decreased sea ice cover in the Arctic summer is weakened in the following winter, enabling Arctic cold to push down to mid latitudes.

Зима 201516 в Европе

Несмотря на одно из самых сильных явлений Эль-Ниньо, зафиксированных в Тихом океане, зимой 2015–2016 годов в Европе в основном преобладала положительная фаза Североатлантического колебания. Например, в Камбрии (Англия) был зарегистрирован один из самых влажных месяцев за всю историю наблюдений. На Мальтийских островах в Средиземном море был зафиксирован один из самых засушливых годов, когда-либо зарегистрированных к началу марта, со средним по стране показателем в 235 мм, а в некоторых районах – менее 200 мм.