1. Skip to Menu
  2. Skip to Content
  3. Skip to Footer

Экстремальность климата на территории России

О.Н. Булыгина, Н.Н. Коршунова, В.Н. Разуваев
Отдел климатологии

Исследование частоты экстремальных климатических явлений - одна из наиболее важных проблем в изучении изменений климата. Работы в этом направлении были начаты в отделе климатологии ВНИИГМИ-МЦД с появлением метеорологических массивов суточного разрешения высокого качества и доступных для обработки на ПЭВМ. Первые результаты с использованием предложенных авторами индексов экстремальности были изложены в [1], где дан подробный анализ пространственно-временной изменчивости экстремальных температур и атмосферных осадков на территории России зимой и летом за период 1931-1998гг. Однако довольно значительные изменения климата произошли и в последнее десятилетие [2], поэтому в 2014 году продолжались исследования экстремальности различных параметров климатической системы.

В качестве индикаторов экстремальных климатических явлений в температурном режиме, режиме ветра и режиме осадков на территории России использовалось суммарное за сезон (зима, весна, лето, осень) число дней, когда минимальная или максимальная температура воздуха (сумма осадков, максимальная скорость ветра) была выше или ниже некоторого предельного (критического) значения. Методика определения предельных значений подробно описана в [3,4].

Использовались ежедневные данные о температуре воздуха (минимальная и максимальная) и атмосферным осадкам 518 метеорологических станций России за период 1976-2013гг., и максимальной скорости ветра на 1457 метеорологических станциях России за период с 1977 по 2013гг.

К результатам анализа изменения экстремальности климата по данным в точке (на станциях), полученным ранее, добавлены оценки по рядам средних для 18 квазиоднородых климатических регионов характеристикам,которые определены на основании классификации Алисова [5]. Средние для регионов значения характеристик получены следующим способом. Значения на метеостанциях арифметически осреднялись по квадратам сетки (1Nx 2E ), а затем с весовыми коэффициентами в зависимости от широты квадрата проводилось осреднение по регионам, показанным на рис 1 .


 

Рисунок 1. Квазиоднородные климатические районы на территории России.

1 - Север ЕТР и Западной Сибири, 2 - Северная часть Восточной Сибири и Якутии, 3 - Чукотка и север Камчатки, 4,5,6,7 и 8 – северо-запад, северо-восток, юго-запад, юго-восток и степная часть Восточно-Европейской равнины, соответственно; 9- Северный Кавказ, 10 и 11- северная и южная части лесной зоны Западной Сибири, 12- степная зона Западной Сибири, 13 - Алтай и Саяны, 14,15 и 16- центр Восточной Сибири, бассейн Ангары и Забайкалье; 17-18 – Дальний Восток (между 50◦N, и 60◦N и южнее 60◦N, соответственно).

Экстремальность температурного режима.

Изменение экстремальности температурного режима характеризуется значениями коэффициентов линейного тренда, полученными по рядам числа дней, когда Tmax превышает предельное (95%) значение (bNtmax ), и когда Tmin меньше предельной величины Tmin, соответствующеей 5% границе в ранжированном по возрастанию ряду (bNtmin ).

Сравнение с предыдущими расчетами показывает, что последние два года существенно поменяли тенденции в изменении температурного режима отдельных районов России. На рисунке 2 представлено пространственное распределение bNtmaxдля всех сезонов года.

 

Рисунок 2. Коэффициенты линейного тренда в рядах числа дней с аномально высокой температурой воздуха bNtmax, [дни/10 лет]: а) – весна; б) – осень; в) – лето; г) – зима.

 

Тенденция увеличения числа дней с аномально высокой температурой воздуха сохранилась на большей части страны во все сезоны, кроме зимы (рис. 2, г). Зимой зона, где происходит уменьшение числа дней с экстремально высокой температурой воздуха, значительно увеличилась, охватив большую часть Восточной Сибири, за исключение севера, Забайкалье, юго-западные и центральные районы Якутии, центральные и юго-восточные районы Западной Сибири и северо-восток ЕТР. На остальной территории Европейской части России тенденция увеличения числа дней с аномально высокой температурой воздуха сохранилась, но потепление замедлилось. Также менее выраженной стала тенденция уменьшения числа дней с аномально высокой температурой воздуха на северо-востоке Азиатской территории. Весной отрицательные тренды в изменении числа дней с экстремально высокими температурами отмечены только на севере ЕТР (рис. 2, а), при этом на Кольском полуострове тенденция в изменении данного параметра поменяла знак. Стали теплее весны также в Восточной Сибири и на северо-востоке Дальневосточного ФО. Летом существенно замедлилось потепление на АТР, а в центральных районах Восточной Сибири и Приморье выявлена тенденция уменьшения числа дней с аномально высокой температурой воздуха (рис. 2, в). Осень становится теплее практически на всей территории России (рис. 2, б). По-прежнему наиболее заметна тенденция увеличения числа дней с аномально высокой температурой воздуха на Средней Волге, Южном Урале и юго-западных районах Западной Сибири.

При региональном осреднении эти закономерности подтверждаются. В зимний период тенденция увеличения числа дней с аномально высокой температурой воздуха отмечается только в западных и южных областях ЕТР (районы 4, 6 и 9). Наибольшее увеличение экстремально жарких дней отмечено летом на юге ЕТР и Южном Урале (районы 8 и 9). Осенью число дней с аномально высокой температурой воздуха растет на территории всех квазиоднородных климатических районов, кроме северо-востока АТР (рис.3).


 

Рисунок 3. Коэффициенты линейного тренда (% от среднего) в рядах числа дней с аномально высокой температурой воздуха, осредненных по территории квазиоднородных климатических районов.

 

Тенденция уменьшения числа дней с экстремально низкой температурой воздуха сохранилась на большей части страны во все сезоны (рис.4), но стала менее выраженной, что свидетельствует о замедлении потепления климата.

Зимой тенденция увеличения числа морозных дней выявлена на юге Западной Сибири, Красноярского края, в Предбайкалье и на восточном побережье Чукотского АО (рис. 4, г). На остальной территории азиатской части России число дней с экстремально низкими температурами уменьшается, особенно сильно на востоке муниципальных районов Красноярского края и на северо-западе Якутии. На ЕТР слабое увеличение числа дней с аномально низкой температурой воздуха сохранилась в отдельных районах Поволжья и Нижней Волги, что в сочетании с наблюдающимся ростом числа дней с аномально высокой температурой воздуха, свидетельствует об увеличении экстремальности климата в данных районах.  Весной тенденция уменьшения числа дней с аномально низкой температурой воздуха заметно ослабла на большей части страны (рис. 4, а), а в отдельных районах центра ЕТР, Нижней Волги и дальневосточного юга наметилась тенденция увеличения числа таких дней. Летом произошли изменения в режиме экстремально низких температур на Средней Волге и южных областях Западной Сибири (рис. 4, в): на Средней Волге число холодных дней уменьшается, следовательно лето стало теплее, а на юге Западной Сибири, напротив, число дней с аномально низкой температурой растет, поэтому лето становится более прохладным. Осенью практически на всей территории страны наблюдается уменьшение числа с экстремально низкой температурой воздуха (рис. 4, б).

 


 

Рисунок 4. Коэффициенты линейного тренда в рядах числа дней с аномально низкой температурой воздуха bNtmin, [дни/10 лет]: а) – весна; б) – осень; в) – лето; г) – зима.

 

Наибольшее уменьшение числа дней с аномально низкой температурой воздуха на территории всех квазиоднородных климатических районов, кроме южной части лесной зоны Западной Сибири (район 11), получено летом (рис. 5). На ЕТР (районы 4, 5, 6, 7 и 9) также гораздо меньше экстремально холодных дней становится осенью.


 

Рисунок 5. Коэффициенты линейного тренда (% от среднего) в рядах числа дней с аномально низкой температурой воздуха, осредненных по территории квазиоднородных климатических районов.

 

 

Экстремальность режима осадков       

Экстремально большие осадки в значительной степени влияют на режим рек. Большое количество осадков зимой и весной обуславливают высокий уровень весеннего половодья, сильные ливни летом часто становятся причиной катастрофических наводнений.

 

Рисунок 6. Коэффициенты линейного тренда в рядах числа дней с аномально большими осадками bNr, [дни/10 лет]: а) – весна; б) – осень; в) – лето; г) – зима.

Зимой очаги уменьшения числа дней с аномально большими осадками довольно хорошо согласуются с зонами уменьшения числа дней с экстремально высокими температурами воздуха (рис. 6, г). Исключение составляет Южный ФО, где при увеличении числа дней с аномально высокими температурами воздуха выявлена тенденция уменьшения числа дней с большими осадками. Увеличилось число дней с сильными снегопадами на севере Западной Сибири и Красноярского края, куда в последние годы часто проникали атлантические циклоны, принося влажные воздушные массы. Весна стала более влажной на большей части России (рис. 6, а). Тенденция уменьшения числа дней с большими осадками сохранилась только на юго-западе ЕТР, Таймыре, востоке Забайкалья и отдельных районах Чукотского АО. На устьевом участке Лены тенденция поменяла знак, наметилось увеличение числа дней с большими осадками. Тенденция уменьшения числа дней с большими летними осадками наблюдается в южной половине ЕТР, в том числе и на Северном Кавказе (рис. 6, в), что уменьшает угрозу катастрофических наводнений в этом районе. Уменьшается число дней с сильными ливнями летом также на Южном Урале, в Тюменской области, восточных районах Забайкалья, на северо-востоке Дальневосточного ФО. Осенью число дней с большими осадками слабо растет на большей части страны (рис. 6, б), что хорошо согласуется с ростом числа дней с аномально высокой температурой воздуха.

Число дней с аномально большими осадками значительно увеличивается весной на большей части страны, кроме районов 4, 6, 8, 9, 3, 16 и 17(рис. 7). Летом выявлена тенденция увеличения дней с аномально большими осадками только в центральных районах Восточной Сибири (район 14) и в бассейне Ангары (район 15). В степной части Восточно-Европейской равнины (район 8) число дней с экстремально большими осадками уменьшается, сказались сильные засухи последних лет.

             
  

Рисунок 7. Коэффициенты линейного тренда (% от среднего) в рядах числа дней с аномально большими осадками, осредненных по территории квазиоднородных климатических районов.

 

Экстремальность в режиме ветра

Изменение проявления экстремальности в режиме ветра изучалось следующим образом. По рядам ежедневных значений максимальной скорости ветра на каждой метеорологической станции для каждого сезона определено значение границы 95% интервала. Скорость ветра, превышающая это значение, считалась экстремальной. Для каждого года посчитано число дней за сезон с экстремальной скоростью ветра. По сезонным рядам числа дней получены коэффициенты линейного тренда.

На Европейской территории России и западных районах Западной Сибири во все сезоны, кроме лета, преобладает уменьшение числа дней с экстремальной скоростью ветра. Однако, на отдельных метеостанциях Среднего и Южного Урала число дней с экстремальным ветром растет. Также можно отметить увеличение случаев экстремального ветра на некоторых метеостанциях в центральных районах Восточной Сибири. А на Тихоокеанском побережье России выявлена тенденция уменьшения числа дней с экстремальным ветром во все сезоны года, но особенно заметная весной (рис. 8)

 

Рисунок 8. Коэффициенты линейного тренда (день/10лет) в рядах числа дней с экстремальной скоростью ветра. ( значимые на 5% уровне).

Оттепели

Одним из проявлений аномальности в температурном режиме являются оттепели. Оттепели относятся к неблагоприятным явлениям погоды, которые оказывают влияние на такие важные отрасли экономики как сельское хозяйство, строительство, транспорт.

В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе существуют различные трактовки понятия «оттепель». В данном исследовании оттепелью считалось повышение средней суточной температуры воздуха до 0оС и выше внутри холодного периода, когда среднесуточная температура воздуха устойчиво ниже 0оС. За дату устойчивого перехода температуры воздуха через 0оС осенью принимался первый день периода, сумма отрицательных отклонений которого превышает сумму положительных отклонений любого из последующих периодов с положительными отклонениями. За конец принимается день перехода средней суточной температуры воздуха через 0оС весной.

Анализ изменений числа дней с оттепелями проводился по данным в точке и по рядам средних для 18 квазиоднородых климатических регионов (рис.1). Тенденция изменений числа дней с оттепелями оценивалась коэффициентами линейного тренда. Тренд рассчитан методом наименьших квадратов.

На рисунке 8 приведено пространственное распределение коэффициентов линейного тренда в рядах числа дней с оттепелью по месяцам и сезонам.

В сентябре на большей части ЕТР средняя суточная температура еще устойчиво не переходит через 0оС. На АТР в сентябре начинается перестройка атмосферной циркуляции на зимний режим, формирование Сибирского антициклона, среднесуточная температура устойчиво переходит через 0оС везде, кроме южных районов Западной Сибири, Хабаровского края, Приморья, Сахалина и Камчатки. Увеличивается число дней с оттепелью в центральных и юго-западных районах Якутии, центральных районах Хабаровского края и на севере Амурской области.

В октябре оттепели наблюдаются практически на всей территории России. В отдельные годы даже в южных и западных областях ЕТР среднесуточная температура воздуха устойчиво переходит через 0оС во второй половине октября, но эти оценки нельзя считать статистически устойчивыми. Тем не менее, на западе и северо-востоке ЕТР, Урале наблюдается тенденция увеличения числа дней с оттепелью, а на Кольском полуострове, в ЦЧО, Поволжье и Ростовской области – уменьшения числа дней с оттепелью. В Западной Сибири и Красноярском крае зоны увеличения числа дней с оттепелью на севере, в центре и на юге перемежаются зонами, где отмечена тенденция уменьшения числа дней с оттепелью. На севере Якутии в октябре уже наблюдаются устойчивые морозы без оттепелей. На остальной части республики, а также на Чукотке и в Магаданской области число дней с оттепелью растет. Уменьшается число дней с оттепелью на юге Хабаровского края и Сахалине.


 

Рисунок 9. Коэффициенты линейного тренда (на 5%-ном уровне значимости) в рядах числа дней с оттепелью по месяцам и осредненных по территории квазиоднородных климатических районов по сезонам

В ноябре устойчивый зимний режим погоды под влиянием Сибирского антициклона устанавливается на большей части Восточной Сибири и Дальневосточного ФО, за исключением восточного побережья, на которое оказывает влияние Алеутская депрессия. В большинстве прибрежных районов Дальнего востока выявлена тенденция увеличения числа дней с оттепелью. Такая же тенденция наблюдается на большей части Западной Сибири и Южном Урале. На Европейской территории, за исключением отдельных районов на северо-западе и западе, число дней с оттепелью уменьшается. Это обусловлено, в первую очередь, значительным потеплением в осенний период, а следовательно, сдвигу на более поздние сроки даты устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через 0оС. По этой причине в двух квазиоднородных климатических районах на ЕТР выявлена тенденция уменьшения числа оттепелей в осенний период

Для зимы характерно практически полное отсутствие оттепелей в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, кроме отдельных районов на восточном побережье. В юго-западных районах Западной Сибири, где больше сказывается влияние Атлантики, оттепели чаще наблюдаются в начале зимы. Зимой выявлены тенденции увеличения числа дней с оттепелью на территории квазиоднородных климатических районов 4 (северо-западная часть Восточно-Европейской равнины) и 11 (южная часть лесной зоны Западной Сибири). На Северном Кавказе (район 9) число дней с оттепелью в зимний период уменьшается.

В декабре тенденция увеличения числа дней с оттепелью выявлена в Омской и на юге Тюменской области, на большей части ЕТР. В Северо-Кавказском регионе происходит уменьшение числа дней с оттепелью в декабре, т.к. из-за наблюдающегося потепления даты устойчивого перехода к отрицательным температурам сместились на вторую половину, а на Черноморском побережье, на конец месяца.

В январе тенденция увеличения числа дней с оттепелью наблюдается на западе, северо-западе и в центре ЕТР, за исключением отдельных районов ЦЧО, где число дней с оттепелью уменьшается. На Северном Кавказе число дней с оттепелью уменьшается на побережьях Черного и Каспийского морей, а в более отдаленных от моря районах – увеличивается.

Весной можно отметить отсутствие оттепелей в начале зимы на севере Азиатской территории России, а в конце сезона – на юге Европейской, что определяется сезонным распределением температуры воздуха. За весенний период в целом значимые коэффициенты линейного тренда получены для северо-западной и северо-восточной частей Восточно-Европейской равнины (районы 4 и 5) и северной части лесной зоны Западной Сибири (район 10). В этих районах выявлена тенденция уменьшения числа дней с оттепелями (рис. 9). В степной зоне Восточно-Европейской равнины число дней с оттепелью растет.

Литература

Булыгина О.Н., Н.Н.Коршунова, В.Н.Кузнецова, В.Н.Разуваев, Л.Т.Трофименко. Анализ изменчивости климата на территории России в последние десятилетия.. – Труды ВНИИГМИ-МЦД, вып. 167, 2000, с.3-15

Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Том II. Последствия изменений климата. – М., 2008

Булыгина О.Н., Коршунова Н.Н., Разуваев В.Н., Шаймарданов М.З., Швец Н.В. Изменчивость экстремальных климатических явлений на территории России. – Труды ВНИИГМИ-МЦД, 2000, вып. 187, с. 16-31

Bulygina O.N., Razuvaev V.N.,Korshunova N.N., Groisman, P. Ya.,2007: Climate variations and changes in extreme climate events in Russia., Environ. Res. Lett. 2 N4 (October-December 2007)045020, 7 pp.

Алисов Б.П. 1956. Климат СССР. М.: Московский Университет. 127 с.