Одесский государственный экологический университет Кафедра физики атмосферы и

Одесский государственный экологический университет Кафедра физики атмосферы и климатологии ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ФЛУКТУАЦИИ В СЕВЕРНОМ ПОЛУШАРИИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 50 ТЫС. ЛЕТ Магистр гр. ММ-55 п: Кибальчич И. А. Руководитель: доц. к. г. н. Данова Т. Е.

Цель и задачи исследования Ø Изучить современное состояние тропосферы над Гренландией; Ø Изучить и проанализировать колебания температуры воздуха в Северном полушарии за последние 50 000 лет по данным палеореконструкции с использованием ледовых кернов Гренландии; Ø Выявить основные периоды колебания, характерные для климата позднего плейстоцена и голоцена; Ø Рассчитать энергетические характеристики реконструированных данных температуры воздуха в центральной Гренландии с помощью быстрого преобразования Фурье; Ø С помощью вейвлет-анализа выявить основные периоды колебаний и их динамику во времени; Ø Провести анализ выявленных периодичностей и сопоставить их с геофизическими и астрономическими данными, провести интерпретацию.

Cовременная динамика температуры воздуха над Гренландией Многолетний ход приземной температуры а воздуха, сглаженый ряд и линейный тренд по ст. Иттокоортормиит (а) и Аммасалик (б) б

Cовременная динамика влажностных характеристик воздуха над Гренландией Многолетний ход а относительной влажности (а) и отношения смеси воздуха (б), сглаженный ряд и линейный тренд у поверхности земли по ст. Иттокоортормиит б

Спектральный анализ параметров тропосферы над Гренландией а б Спектрограммы температуры воздуха (а), отношения смеси (б) и относительной влажности (в) по ст. Иттокоорторрмиит в

Вертикальные профили исследуемых параметров а б Вертикальное распределение температуры отношения воздуха смеси (б) (а), и относительной влажности (в) по ст. Иттокоорторрмиит в

Корреляционная зависимость между температурой воздуха и климатическими индексами Месяц Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Год г. Па Земля 850 700 500 400 300 250 200 150 100 I 0, 3 -0, 1 -0, 2 -0, 4 -0, 2 -0, 3 -0, 4 Коэффициенты корреляции 0, 07 0, 11 -0, 07 -0, 18 0, 34 -0, 14 0, 11 -0, 11 0, 19 0, 02 0, 13 0, 26 0, 06 II -0, 1 -0, 4 -0, 5 -0, 6 -0, 5 -0, 3 -0, 2 III -0, 2 -0, 5 -0, 4 -0, 5 -0, 2 0, 0 0, 1 IV 0, 3 -0, 2 -0, 4 -0, 5 -0, 2 0, 0 -0, 2 -0, 1 V -0, 1 -0, 2 -0, 1 -0, 3 -0, 1 -0, 2 -0, 1 0, 0 Уровни XII III Рассчитано на основе станционных данных, как разница давления на у. м. (SLP ) на ст. Гибралтар и Рейкьявик (Исландия). Среднее за период с декабря по март Земля -0, 04 -0, 17 -0, 15 -0, 55 850 г. Па -0, 26 -0, 52 -0, 65 -0, 54 700 г. Па -0, 29 -0, 65 -0, 72 -0, 38 500 г. Па -0, 44 -0, 67 -0, 75 -0, 48 400 г. Па -0, 52 -0, 77 -0, 54 Рассчитано на основе станционных данных, как разница нормализированного давления на у. м. (SLP) на ст. Лиссабон (Португалия) и Рейкьявик (Исландия) 850 г. Па 0, 00 -0, 20 -0, 25 700 г. Па -0, 06 -0, 28 0, 03 -0, 31 500 г. Па -0, 25 -0, 31 -0, 18 -0, 36 400 г. Па -0, 31 -0, 33 -0, 19 -0, 36 VI 0, 3 0, 1 0, 0 0, 1 VII 0, 2 0, 1 0, 0 -0, 1 0, 0 0, 2 VIII 0, 1 -0, 2 0, 0 -0, 1 0, 2 0, 3 IX X XI XII 0, 0 -0, 1 -0, 2 -0, 4 0, 1 0, 0 -0, 2 -0, 4 0, 2 0, 0 -0, 4 -0, 3 0, 0 -0, 5 -0, 2 0, 4 0, 0 -0, 4 0, 1 0, 3 0, 1 -0, 2 0, 6 0, 1 0, 2 0, 0 0, 6 0, 0 -0, 2 0, 5 0, 0 -0, 2 0, 4 0, 0 -0, 1 Коэффициенты корреляции приземной температуры воздуха и индексов течения Гольфстрим, Северо. Атлантического колебания и циклонической активности Арктики

Для реконструкция температуры воздуха в полученных ледовых кернах определяют содержание стабильных изотопов 18 О и 2 О по отношению к самым распространённым О и 16 О. Отношения 18 O/16 O и 2 О/О выражаются величиной “d” в промиллях (‰): Были установлены следующие соотношения: Ø Понижение d (18 O) на 1 ‰ похолодание на 1, 5 °С; Ø Уменьшение d (2 О) на 6 ‰ похолодание на 1 °С Установлена такая связь между температурой (t) и значением d (18 O): d 18 O = 0, 7 t – 13, 6 ‰ Также используют соотношения таких изотопов : водорода (D/Н); азота (15 N/14 N); аргона (40 Ar/36 Ar) Антарктический ледяной керн с глубины 3200 м возрастом порядка 800 000 лет, станция Dome C

Реконструированные данные температуры воздуха в центральной Гренландии за последние 50 000 лет (Проект GISP 2, Summit World Data Center for Paleoclimatology, Boulder, USA)

Дискретизированный ряд реконструированных значений температуры почти за 50 000 лет условно поделён на периоды: ü Ледниковый период, продолжительностью 35250 лет (49 830 – 14 580 лет назад); ü Переходный период, длительностью 4500 лет (14 550 – 10 050 лет назад); ü Послеледниковая эпоха (голоцен) – 10 020 (10020 – наше время).

Ледниковый период Крупномасштабный спектр Фурье для ледникового периода (а) (49 830 – 14 580 лет назад) Мелкомасштабны й спектр Фурье для ледникового периода (б) (49 830 – 14 580 лет назад)

Распространение ледниковых покровов во время последнего ледникового максимума примерно 26 тыс. лет назад

Колебания Чендлера в XX столетии Чендлеровские колебания (а), а также прецессионное колебание земной оси (б). Данные колебания, с амплитудой 15 м, представляют собой смещения полюсов вращения Земли с периодом в 433 дня. Впервые были выявлены в 1891 г. амер. Чендлером астрономом Сетом

Переходный период Ø Наибольшей энергией обладает квазигодовое колебание; Ø Периодичность в 6, 0 лет имеет меньшую энергетику и может свидетельствовать об изменении площади покрытия льдом Северной Атлантики, и как следствие, изменение цикличности САК; Ø Выявленная квазидесятилетняя периодичность может отражать цикл солнечной активности, который несколько уменьшенный по сравнению с нашим временем. Энергетический спектр Фурье для переходного периода (49 830 – 14 580 лет назад)

Послеледниковый период (голоцен) Крупномасштабный спектр Фурье для послеледникового периода (49 830 – 14 580 лет назад) Мелкомасштабный спектр Фурье для послеледникового периода (49 830 – 14 580 лет назад)

Значимые периоды колебаний (в годах) Ледниковая эпоха Переходная эпоха Послеледниковая эпоха Частота Период 0, 04 1, 2 0, 033 ≈ 1 0, 07 2, 1 0, 14 4, 2 0, 13 3, 9 0, 18 5, 4 0, 26 7, 8 0, 2 6, 0 0, 29 8, 7 0, 37 11, 1 0, 34 10, 2 0, 37 11, 1 0, 44 13, 2 0, 57 17, 1 0, 62 18, 6 0, 74 22, 2 0, 8 24 0, 83 24, 9 0, 98 29, 4 1, 03 30, 9 1, 13 34 2, 0 60 2, 11 63, 3 2, 51 75, 3 2, 24 67, 2

Глобальное катастрофа на рубеже плейстоцена и голоцена Глобальный океанический конвейер Падение метеорита примерно 12 700 лет назад. Последствия: Ø Мощные землетрясения; Ø Сдвиг Земли со своей орбиты; Ø Перемещение географических полюсов на 30°; Ø Изменение положения экватора.

Высокочастотная фильтрация спектров Фурье Спектр Фурье для вариаций температуры воздуха в послеледниковый (а), переходный (б) и ледниковый (в) периоды с применением ВЧ фильтра Баттерворта

Низкочастотная фильтрация спектров Фурье Спектр Фурье для вариаций температуры воздуха в послеледниковый (а), переходный (б) и ледниковый (в) периоды с применением НЧ фильтра Баттерворта

Периоды колебаний (в годах) температуры воздуха в Гренландии, рассчитанные в результате Фурье анализа с предварительной фильтрацией Ледниковый период 750 250 120 60 ≈ 30 Использование ВЧ фильтрации Переходный период Послеледниковый (голоцен) 300 180 ≈ 60 270 ≈ 150 60 Использование НЧ фильтрации 6100 5350 1500 1300 1100 950 850 730 ≈ 700 3500 2250 2200 ≈ 2000 1800

Скелетон (а), горизонтальное сечение вейвлет коеффициентов (б) и Вейвлетспектрограмма (в) для ледниковой эпохи.

Скелетон (а), горизонтальное сечение вейвлеткоеффициентов (б) и Вейвлетспектрограмма (в) для переходного периода.

Скелетон (а), горизонтальное сечение вейвлет -коеффициентов (б) и Вейвлетспектрограмма (в) для послеледниково го периода.

Периоды колебаний (в годах), рассчитанные с помощью Вейвлет-анализа Ледниковая эпоха Длит. Начало Конец 18 200 46680 37530 30885 4900 44760 39830 2600 30180 27570 2350 39630 37270 1500 46680 1100 16380 Длит. Начало Конец 7000 7770 45180 1550 4590 3046 15266 800 6450 5637 630 2610 1985 400 7200 6805 300 5340 5027 250 1200 950 1900 500 Начало 14400 14040 Конец Послеледниковый период 28466 6 600 Переходный период 12503 13526 200 11970 11784 170 13140 12969 160 11490 11325

В Ы В О Д Ы Ø Исследования подтвердили правильность выбранной тридцатилетней (по Монину) дискретизации ряда палеореконструкции температуры воздуха за 50 тыс. лет; Ø На протяжении 50 тыс. лет для нашей планеты наиболее характерны 4 основных, устойчивых колебания: 1 – 2 года, одиннадцатилетний цикл солнечной активности, периодичность в 2 – 5 лет, связанная с Южным колебанием, а также признаки Северо-Атлантического колебания; Ø В течении последних 50 тыс. лет ярко проявляются квазишестидесятилетние колебания, состоящие из двух фаз: тёплой (более 30 лет) и холодной (продолжительностью менее 30 лет); Ø Примерно 12 – 14 тыс. лет назад произошло наложение двух факторов: столкновение Земли с крупным космическим телом и нарушение термохалинной циркуляции, что в конечном итоге привело к окончанию ледникового периода; Ø Столкновение Земли с крупным космическим телом подтверждено наличием всплеска в общем ряду шумовых компонент, которыми представлено изменение температуры воздуха на нашей планете за 50 тыс. лет.

Ряд шумовых компонентов для переходного периода

Спасибо за внимание