Североатлантическое колебание ( NAO ) — это погодное явление над северной частью Атлантического океана, связанное с колебаниями разницы атмосферного давления на уровне моря (SLP) между исландским минимумом и азорским максимумом . Благодаря колебаниям силы исландского минимума и азорского максимума оно контролирует силу и направление западных ветров и местоположение штормовых траекторий через северную часть Атлантического океана. [1]
САК был открыт в ходе нескольких исследований в конце 19-го и начале 20-го веков. [2] В отличие от явления Эль-Ниньо-Южное колебание в Тихом океане, САК является в значительной степени атмосферным режимом. Это одно из важнейших проявлений климатических колебаний в Северной Атлантике и окружающих влажных климатах. [3]
Североатлантическое колебание тесно связано с Арктическим колебанием (АК) (или Северной кольцевой модой (СКМ)), но его не следует путать с Атлантическим мультидекадным колебанием (АМО).
NAO имеет несколько возможных определений. Наиболее простыми для понимания являются те, которые основаны на измерении разницы среднего сезонного давления воздуха между станциями, например:
Все эти определения имеют общую северную точку (потому что это единственная станция в регионе с длинной историей) в Исландии ; и различные южные точки. Все они пытаются уловить одну и ту же схему изменений, выбирая станции в «глазе» двух стабильных областей давления, Азорского максимума и Исландского минимума (показано на графике).
Более сложное определение, возможное только с более полными современными записями, полученными с помощью численного прогнозирования погоды , основано на основной эмпирической ортогональной функции (EOF) поверхностного давления. [4] Это определение имеет высокую степень корреляции с определением, полученным на основе станции. Это затем приводит к дискуссии о том, отличается ли NAO от AO/NAM, и если нет, то какой из двух следует считать наиболее физически обоснованным выражением атмосферной структуры (в отличие от того, который наиболее явно выпадает из математического выражения). [5] [6]
Западные ветры, дующие через Атлантику, приносят влажный воздух в Европу. В годы, когда западные ветры сильны, лето прохладное, зима мягкая и часто идут дожди. Если западные ветры подавляются, температура летом и зимой становится более экстремальной, что приводит к волнам тепла , глубоким заморозкам и уменьшению количества осадков. [7] [8]
Постоянная система низкого давления над Исландией ( исландский минимум ) и постоянная система высокого давления над Азорскими островами ( азорский максимум ) контролируют направление и силу западных ветров в Европу. Относительная сила и положение этих систем меняются из года в год, и это изменение известно как NAO. Большая разница в давлении на двух станциях (год с высоким индексом, обозначенный как NAO+) приводит к усилению западных ветров и, следовательно, к прохладному лету и мягкой и влажной зиме в Центральной Европе и ее атлантическом фасаде. Напротив, если индекс низкий (NAO-), западные ветры подавляются, северные европейские районы страдают от холодных сухих зим, а штормы направляются на юг к Средиземному морю . Это приводит к усилению штормовой активности и осадков в южной Европе и Северной Африке.
Особенно в период с ноября по апрель, NAO отвечает за большую часть изменчивости погоды в регионе Северной Атлантики, влияя на скорость и направление ветра, изменения температуры и распределения влажности, а также интенсивность, количество и траекторию штормов. Исследования в настоящее время показывают, что NAO может быть более предсказуемым, чем предполагалось ранее, и для NAO могут быть возможны искусные зимние прогнозы. [9]
Существуют некоторые споры о том, насколько сильно NAO влияет на краткосрочную погоду в Северной Америке. Хотя большинство согласны с тем, что влияние NAO гораздо меньше над Соединенными Штатами, чем над Западной Европой, [10] также считается, что NAO влияет на погоду в большей части верхних центральных и восточных районов Северной Америки. [10] Зимой, когда индекс высок (NAO+), Азорский антициклон притягивает более сильную юго-западную циркуляцию над восточной половиной североамериканского континента, что не позволяет арктическому воздуху опускаться на юг (в Соединенные Штаты южнее 40-й широты). В сочетании с Эль -Ниньо этот эффект может привести к значительно более теплым зимам над верхним Средним Западом и Новой Англией , но влияние на юг этих районов является спорным. И наоборот, когда индекс NAO низкий (NAO-), верхние центральные и северо-восточные районы Соединенных Штатов могут подвергаться зимним вспышкам холода больше нормы с сопутствующими сильными метелями. Летом сильный NAO, как полагают, способствует ослаблению струйного течения, которое обычно втягивает зональные системы в Атлантический бассейн, что в значительной степени способствует возникновению чрезмерно продолжительных волн тепла над Европой, однако недавние исследования не подтверждают наличие этих связей. [10]
Более поздние исследования показали, что компоненты (сила и местоположение центров давления) САК более эффективны для изучения взаимосвязей с сезонной и субсезонной изменчивостью климата в Европе, Северной Америке и Средиземноморском регионе. [10] [11] [12]
При положительном индексе NAO (NAO+) региональное снижение атмосферного давления приводит к региональному повышению уровня моря из-за «обратного эффекта барометра». Этот эффект важен как для интерпретации исторических данных об уровне моря, так и для прогнозирования будущих тенденций уровня моря, поскольку средние колебания давления порядка миллибар могут приводить к колебаниям уровня моря порядка сантиметров.
Контролируя положение Азорского антициклона, САК также влияет на направление общих путей штормов для крупных североатлантических тропических циклонов : положение Азорского антициклона дальше на юг имеет тенденцию вытеснять штормы в Мексиканский залив , тогда как северное положение позволяет им следовать вдоль североамериканского атлантического побережья. [13]
Как показали палеотемпестологические исследования, в период с 3000 по 1400 гг. до н. э. и снова в течение последнего тысячелетия на побережье залива обрушивалось несколько крупных ураганов . Эти спокойные интервалы были разделены гиперактивным периодом в период с 1400 г. до н. э. по 1000 г. н. э., когда побережье залива часто подвергалось воздействию катастрофических ураганов, а вероятность их выхода на сушу увеличивалась в 3–5 раз. [14] [15] [16]
До недавнего времени, с конца 1970-х годов, в целом, режим NAO был более позитивным, что приносило более холодные условия в северо-западную часть Атлантического океана, что было связано с процветанием популяций снежных крабов Лабрадорского моря , имеющих низкий температурный оптимум. [17]
Потепление NAO+ в Северном море снижает выживаемость личинок трески , которые находятся на верхних границах их температурной переносимости, как и похолодание в Лабрадорском море, где личинки трески находятся на нижних границах своих температурных пределов. [17] Хотя это и не было критическим фактором, пик NAO+ в начале 1990-х годов мог способствовать краху промысла трески в Ньюфаундленде . [17]
В юго-западной Европе события NAO связаны с повышенной эоловой активностью. [18]
На восточном побережье США NAO+ вызывает более высокие температуры и увеличение количества осадков, а значит, более теплые и менее соленые поверхностные воды. Это препятствует подъему глубинных вод, богатых питательными веществами , что снижает производительность. От этого сокращения вылова трески страдают Georges Bank и залив Мэн . [17]
Сила NAO также является определяющим фактором в колебаниях популяции интенсивно изучаемых овец породы соай . [19]
Как ни странно, Джонас и Йорн (2007) обнаружили сильный сигнал между NAO и видовым составом кузнечиков в высокотравных прериях Среднего Запада США. Они обнаружили, что, хотя NAO не оказывает существенного влияния на погоду на Среднем Западе, наблюдалось значительное увеличение численности обычных видов кузнечиков (например, Hypochlora alba, Hesperotettix spp., Phoetaliotes nebrascensis, M. scudderi, M. keeleri и Pseudopomala brachyptera ) после зим во время положительной фазы NAO и значительное увеличение численности менее распространенных видов (например, Campylacantha olivacea, Melanoplus sanguinipes, Mermiria picta, Melanoplus packardii и Boopedon gracile ) после зим во время отрицательной фазы NAO. Считается, что это первое исследование, показывающее связь между NAO и наземными насекомыми в Северной Америке. [20]
Экологические последствия НАО распространяются вплоть до Тибетского нагорья , где с событиями НАО связано увеличение засушливости, приводящее к значительной гибели лесов и усилению пыльных бурь. [21]
Зима 2009–2010 годов в Европе была необычайно холодной. Предполагается, что это может быть связано с сочетанием низкой солнечной активности, [22] теплой фазы Эль-Ниньо-Южного колебания и сильной восточной фазы Квазидвухлетнего колебания, происходящих одновременно. [23] Метеорологическое бюро сообщило, что, например, Великобритания пережила самую холодную зиму за последние 30 лет. Это совпало с исключительно отрицательной фазой САК. [24] Анализ, опубликованный в середине 2010 года, подтвердил, что были задействованы сопутствующее событие « Эль-Ниньо » и редкое возникновение крайне отрицательного САК. [25] [26]
Однако зимой 2010–11 гг. в Северной и Западной Европе исландская низменность , обычно расположенная к западу от Исландии и к востоку от Гренландии, регулярно появлялась к востоку от Исландии и, таким образом, допускала исключительно холодный воздух в Европу из Арктики. Сильная область высокого давления изначально располагалась над Гренландией , изменяя нормальную схему ветров в северо-западной Атлантике, создавая блокирующий рисунок, направляющий теплый воздух в северо-восточную Канаду, а холодный — в Западную Европу, как это было предыдущей зимой. Это произошло во время сезона Ла-Нинья и связано с редкой аномалией арктического диполя . [27]
В северо-западной части Атлантики обе эти зимы были мягкими, особенно 2009–2010, которая была самой теплой, зарегистрированной в Канаде. Зима 2010–2011 была особенно выше нормы в северных арктических регионах этой страны. [28]
Вероятность холодных зим с большим количеством снега в Центральной Европе возрастает, когда Арктика покрывается меньшим количеством морского льда летом. Ученые из Потсдамского исследовательского подразделения Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера в Ассоциации Гельмгольца расшифровали механизм, в котором сокращение летнего морского ледяного покрова изменяет зоны давления воздуха в арктической атмосфере и влияет на европейскую зимнюю погоду.
Если летом происходит особенно масштабное таяние арктического морского льда, как это наблюдается в последние годы, усиливаются два важных эффекта. Во-первых, отступление светлой ледяной поверхности обнажает более темный океан, заставляя его больше нагреваться летом от солнечной радиации ( механизм обратной связи лед-альбедо ). Во-вторых, уменьшенный ледяной покров больше не может препятствовать высвобождению тепла, накопленного в океане, в атмосферу (эффект крышки). В результате уменьшения морского ледяного покрова воздух нагревается сильнее, чем раньше, особенно осенью и зимой, поскольку в этот период океан теплее атмосферы.
Потепление воздуха вблизи земли приводит к восходящим движениям, и атмосфера становится менее стабильной. Одной из таких закономерностей является разница давления воздуха между Арктикой и средними широтами: арктическое колебание с Азорскими максимумами и Исландскими минимумами, известными из метеосводок. Если эта разница велика, возникнет сильный западный ветер, который зимой переносит теплые и влажные атлантические воздушные массы прямо в Европу. В отрицательной фазе, когда разница давления мала, холодный арктический воздух может легко проникать на юг через Европу, не прерываясь обычными западными ветрами. Модельные расчеты показывают, что разница давления воздуха с уменьшением морского ледяного покрова летом в Арктике ослабевает следующей зимой, позволяя арктическому холоду опускаться вниз в средние широты. [29]
Несмотря на одно из самых сильных явлений Эль-Ниньо , зарегистрированных в Тихом океане, в основном положительное Североатлантическое колебание преобладало над Европой зимой 2015–2016 годов. Например, в Камбрии в Англии был зарегистрирован один из самых влажных месяцев за всю историю наблюдений. [30] На Мальтийских островах в Средиземном море был зарегистрирован один из самых засушливых лет, когда-либо зарегистрированных до начала марта, со средним показателем по стране всего 235 мм, а в некоторых районах было зарегистрировано менее 200 мм. [31]
