Часть 1
Облака над Южным океаном часто плохо представлены климатическими моделями, но они вносят значительный вклад в радиационный баланс в верхней части атмосферы (ТОА), особенно в коротковолновой части энергетического спектра.
Это исследование направлено на лучшую количественную оценку организации и структуры облаков средней широты в южном полушарии путем объединения измерений из активных и пассивных спутниковых наборов данных. Геостационарные и полярно-орбитальные спутниковые данные из Международного проекта по спутниковой облачной климатологии (ISCCP) используются для количественной оценки крупномасштабных повторяющихся режимов облачности, а также активных наблюдений с помощью спутниковых наблюдений CloudSat и Cloud-Aerosol Lidar и инфракрасного следопыта (CALIPSO).используются для изучения вертикальной структуры, скорости радиационного нагрева и осадков, связанных с этими облаками.
Обнаружено, что облачные системы организованы в восемь различных режимов и что ISCCP переоценивает облачность этих режимов на среднем уровне. Все режимы содержат относительно высокий уровень облачности: 79% всех наблюдаемых слоев облаков имеют вершины ниже 3 км, но многослойные облачные системы присутствуют примерно в 34% наблюдаемых профилей облаков. Пространственное распределение режимов варьируется в зависимости от сезона, причем облачные системы в среднем геометрически толще в течение астральной зимы. Те режимы, которые, как было установлено, наиболее тесно связаны с циклонами средней широты, чаще всего вызывают выпадение осадков, хотя в режимах с низкой облачностью очень часты моросящие дожди.
1. Введение
Облака являются важным компонентом гидрологического цикла Земли и оказывают глубокое влияние на радиационный баланс планеты. Спутниковая эра позволила нам значительно расширить наши знания о характеристиках облачных систем на Земле, но некоторые регионы были изучены более всесторонне, чем другие. Например, в тропиках облака были тщательно изучены из-за их связи с глубокой конвекцией и тропическими циклонами. Облака, населяющие средние широты южного полушария, получили гораздо меньше внимания, отчасти из-за отсутствия наблюдений на месте в этом доминирующем океаном полушарии. Тем не менее, есть веские причины для лучшего понимания облачных систем, которые происходят над Южным океаном.
Одной из причин недавнего возрастающего интереса к облакам Южного океана является растущее свидетельство того, что они плохо представлены климатическими моделями. Ошибки модели климата в потоках верхней части атмосферы (TOA) над Южным океаном являются одними из самых больших в мире (Trenberth и Fasullo 2010, далее TF10). TF10 проанализировал 24 связанных климатических модели из фазы 3 Проекта взаимного сравнения связанных моделей (CMIP3; Meehl et al. 2007) и продемонстрировал, что существуют большие смещения в среднем по суммарному потоку TOA над регионом Южного океана.
В этих смещениях преобладает коротковолновое излучение со средним смещением модели ансамбля, превышающим 30 Вт / м 2
в некоторых регионах (уклон отдельных моделей может быть еще больше). Знак смещения одинаков как минимум для трех четвертей членов ансамбля и указывает на то, что слишком много энергии поглощается системой Южный океан – атмосфера. Сравнение с Международным проектом спутниковой облачной климатологии (ISCCP; Rossow and Schiffer 1999)) доля облаков показывает дефицит облачного покрова в моделях CMIP над Южным океаном, что указывает на то, что нехватка облаков, по крайней мере, частично является причиной коротковолнового смещения TOA. Поэтому вопрос о том, какие типы облаков способствуют коротковолновому отражению над Южным океаном, имеет некоторое значение. Например, возможно, что из-за частых штормов на этих широтах отсутствие фронтальных облаков (т. е. облаков, связанных с восходящими частями штормовых систем средней широты) в моделях или плохое представление о распределении воды и льда в этих облаках частично ответственен за эту ошибку. Отсутствие облаков пограничного слоя, таких как слоисто-кучевые, также может иметь большой вклад (например, Walsh et al. 2009). В любом случае ошибки этого типа нельзя отнести к конкретным недостаткам модели без качественных наблюдений за вертикальной структурой облаков.
Главная особенность Южного океана — течение Западных ветров, которое распространяется во всей толще вод и переносит их в восточном направлении. Южнее этого течения формируется Западное прибрежное течение. Холодные и плотные водные массы от берегов Антарктиды стекают по дну океана далеко на Север. Ледяной покров Южного океана больше развит в Западном полушарии и сильно изменяется по сезонам: в сентябре — октябре его площадь составляет 18—19 млн. км², а в январе — феврале — лишь 2—3 млн. км². Средняя ширина пояса дрейфующих льдов в ноябре на 30° з.д. составляет 2000 км, на 170° з.д. — 1500 км, на 90—150° в.д. — 250—550 км.
От Антарктического ледникового щита постоянно откалываются айсберги. Одновременно в Южном океане находится более 200 тыс. айсбергов, их сред. длина равна 500 м, но встречаются гиганты длиной до 180 км и шириной в несколько десятков километров. Айсберги выносятся к Северу и могут встречаться даже на 35—40° ю.ш. Они существуют в океане в среднем по 6 лет, но в отдельных случаях их возраст может превышать 12—15 лет.
Несмотря на суровый климат, Южный океан богат жизнью. Здесь огромные массы фито- и зоопланктона, криля, обильны губки и иглокожие, несколько семейств рыб, в особенности нототении. Из птиц многочисленны буревестники, поморники, пингвины. В океане много китов (синий кит, финвал, сейвал, горбач и др.) и тюленей (тюлень Уэдделла, тюлень-крабоед, морской леопард, морской котик). Китобойный промысел запрещён, но добывается много криля и рыбы.