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


Оценки экстремальности температурного режима и режима осадков для территории РФ и ее регионов

Коршунова Н.Н.1, Булыгина О.Н., Разуваев В.Н.2, Давлетшин С.Г.3

Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных,
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Исследуются региональные особенности изменения на территории России индексов климатических экстремумов, в качестве которых используется число дней за сезон, когда метеорологический параметр выше или ниже некоторого предельного значения. Расчеты выполнены для максимальной и минимальной температуры воздуха, атмосферных осадков по данным 518 станций России за период 1971-2016гг. Анализ проводился по данным в точке и по рядам средних для 18 квазиоднородых климатических регионов, выбранных на основании классификации Алисова.Показано, что на фоне глобального потепления на территории России имеются районы, где уменьшается число дней с аномально высокими температурами, увеличивается число дней с аномально низкими температурами. Анализируется также изменение на территории России числа дней с оттепелями за последние десятилетия.

Ключевые слова: температура воздуха, осадки, изменчивость климатических параметров, экстремальность, индексы климатических экстремумов, квазиоднородные климатические регионы
Введение

На фоне глобального потепления, факт которого в настоящее время не подвергается сомнению, наблюдаются значительные изменения климата. В связи с этим ученые всего мира пытаются оценить состояние основных компонентов климатической системы и выявить тенденции их изменения, чтобы минимизировать негативное воздействие этих изменений на жизнь и хозяйственную деятельность человека[1,2].
    По данным Американского метеорологического общества [3]с начала 20 века средняя глобальная приземная температура воздуха неуклонно повышалась в среднем на 0,78-0,90оС/100 лет. После 1980 года скорость повышения глобальной приземной температурывоздуха значительно выросла. Пятнадцать из шестнадцати самых теплых лет относятся к началу 21-го века, и лишь 1998-й является единственным годом 20-го века в этом списке. При этом рекордные значения глобальной приземной температуры воздуха фиксировались три года подряд, что случается крайне редко. Однако, на фоне глобального потепления имеются районы, где температура воздуха изменяется по-другому, поэтому очень важно выявлять и учитывать региональные особенности изменения основных климатических параметров. Подготовленные во ВНИИГМИ-МЦД специализированные массивы данных высокого качества по основным климатическим параметрам[4, 5, 6] позволили по данным большого количества метеорологических станций изучить изменчивость основных климатических параметров в последние десятилетия на территории России и выявить некоторые региональные и сезонные особенности.

Методика и данные

Наблюдаемые изменения климата характеризуются изменением частоты экстремальных погодных и климатических явлений.
В рамках данного исследования в качестве индексов климатических экстремумов используется число дней за сезон, когда метеорологический параметр выше или ниже некоторого предельного значения. Значение метеорологической величины, соответствующее границе 95% или 5% интервала ранжированного ряда, рассматривалось как предельное. Подсчитывалось количество дней за сезон каждого года, когда величина метеорологического элемента выходила за предельное значение. По рядам полученных величин на каждой станции расcчитывались коэффициенты линейного тренда. Данная методика подробно описана в [7, 8].
Расчеты выполнены для максимальной и минимальной температуры воздуха и количества осадков по ежедневным данным 400 метеорологических станций России за период 1971-2016гг.[6].В расчетах по оттепелям использовались ежедневные данные о средней температуре воздуха на 518 метеорологических станций России за период 1976-2016гг. [6].
Анализ проводился по данным в точке и по рядам средних для 18 квазиоднородых климатических регионов, выбранным на основании классификации Алисова [9]. Средние для регионов значения характеристик получены следующим способом. Значения на метеостанциях арифметически осреднялись по квадратам сетки (1◦Nx 2◦E), а затем с весовыми коэффициентами в зависимости от широты квадрата проводилось осреднение по регионам, показанным на рис.1. Такой способ осреднения обеспечивает хорошие результаты без учета пространственной функции ковариации[10].Тенденция изменений числа дней с экстремальными температурами,большим количеством осадкови числа дней с оттепелями оценивалась коэффициентами линейного тренда. Тренд рассчитан методом наименьших квадратов.

Рис.1. Квазиоднородные климатические районы (по Алисову)
1 - Север Европейской территории России (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 50оN и 60оN и южнее 60оN соответственно).

Карты подготовлены с использованием пакета программ «MAPINFO»[11] в регулярной азимутальной стереографической проекции,в котором используется стандартный IDW-метод пространственной интерполяции с коэффициентами обратно пропорциональными квадрату расстояния.

Результаты

1.Экстремальность температурного режима

На фоне увеличения числа дней с аномально высокими температурами воздуха на большей части России во все сезоны (рис. 2) число дней с аномально высокими температурами уменьшается зимой на северо-востоке Дальневосточного Федерального округа (ФО) и ЕТР, в центральных районах Восточной Сибири; летом - на Кольском полуострове, Чукотке и в муниципальных районах Красноярского края. Следует отметить, что на всей территории страны увеличилось число дней с аномально высокими температурами весной и осенью, причем весной таких дней стало больше в северных районах Азиатской территории, а осенью – на юге Европейской территории и Западной Сибири.
Для квазиоднородных климатических районов наибольшие коэффициенты линейного тренда, значимые на 5% уровне, получены в летний и осенний периоды (рис. 3). Зимой на Азиатской территории значимых трендов не выявлено.

Рис. 2. Коэффициенты линейного тренда в рядах числа дней
с аномально высокой температурой воздуха tmax, [дни/10 лет]
для сезонов года.

Рис. 3. Коэффициенты линейного тренда (% от среднего многолетнего значения за 10 лет) в рядах числа дней с аномально высокой температурой воздуха, осредненные по территории квазиоднородных климатических районов.
Факт значительного потепления климата в последние десятилетия подтверждает и уменьшение числа дней с экстремально низкими температурами воздуха, преобладающее на большей части страны во все сезоны года (рис. 4). Наиболее заметна тенденция уменьшения числа очень морозных дней на севере Восточной Сибири и в Якутии. В то же время, на юге Западной Сибири и Забайкалья выявлена тенденция увеличения числа дней с аномально низкими температурами воздуха зимой и осенью, т.е. в этих районах возрастает угроза промерзания мелких речек и водоемов, аварий на водопроводах, перебоев в водоснабжении населения. Летом число дней с аномально низкими температурами растет в отдельных районах Западной Сибири. А на арктическом побережье Восточной Сибири последние очень теплые летние сезоны привели к изменению знака коэффициента линейного тренда: если за период 1971-2010гг. наблюдалась тенденция увеличения числа дней с аномально низкими температурами, то за рассматриваемый период выявлена тенденция уменьшения таких дней.

 
Рис. 4. Коэффициенты линейного тренда в рядах числа дней с аномально низкой температурой воздуха tmin, [дни/10 лет] для сезонов года.

Наибольшее уменьшение числа дней с аномально низкой температурой воздуха выявлено во всех квазиоднородных районах ЕТР летом и осенью (рис. 5). Летом такая же тенденция преобладает и на Азиатской территории, за исключением Западной Сибири. В Западной Сибири наиболее заметное уменьшение числа дней с аномально низкими температурами наблюдается весной.


 
Рис.5. Коэффициенты линейного тренда (% от среднего многолетнего значения за 10 лет) в рядах числа дней с аномально низкой температурой воздуха, осредненные по территории квазиоднородных климатических районов
    С изменением температуры воздуха связано такое явление как оттепели. Оттепели относятся к неблагоприятным явлениям погоды, которые оказывают влияние на такие важные отрасли экономики как сельское хозяйство, строительство, транспорт. В данном исследовании использовалось определение оттепели, данное К.Ш. Хайруллиным[12], когда оттепелью считалось повышение средней суточной температуры воздуха до 0оС и выше внутри холодного периода при среднесуточной температуре 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.
Осенью на Европейской территории, за исключением отдельных районов на северо-западе и западе, число дней с оттепелью уменьшается (рис.6). 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 (рис.7).
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. Весной можно отметить отсутствие оттепелей в начале сезона 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, осредненные по территории квазиоднородных климатических районов, 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. В степной зоне Восточно-Европейской равнины число дней с оттепелью растет.

 
Рис.6. Коэффициенты линейного тренда (на 5%-ном уровне значимости) в рядах числа дней с оттепелью: осень- а) - сентябрь; б) – октябрь; в) – ноябрь; зима- а)-декабрь; б) – январь; в) – февраль; весна – а) – март; б) – апрель; в) – май

 
Рис.7. Коэффициенты линейного тренда (% от среднего) в рядах числа дней с оттепелью, осредненные по территории квазиоднородных климатических районов
2. 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.Зимой очаги уменьшения числа дней с аномально большими осадками довольно хорошо согласуются с зонами уменьшения числа дней с экстремально высокими температурами воздуха (рис. 8). На большей части ЕТР наблюдается увеличение числа дней с сильными снегопадами. 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. Тенденция уменьшения числа дней с большими осадками сохранилась только на юго-востокеТаймыра, Амурской области и отдельных районах Чукотского АО. В Северо-Кавказском и Южном ФО также наблюдается увеличение числа дней с аномально большими осадками во все сезоны, кроме лета, а значит, учитывая горный характер многих рек и состояние их русел, и в будущем сохранится угроза опасных паводков в этом регионе.Осенью число дней с большими осадками Осенью число дней с большими осадками слабо растет на большей части страны, что хорошо согласуется с ростом числа дней с аномально высокой температурой воздуха. Наиболее заметна тенденция увеличения числа дней с аномально большими осадками в осенний период в западных районах Ямало-Ненецкого АО и центральных районах Республики Саха-Якутия.

 
Рис. 8. Коэффициенты линейного тренда в рядах числа дней с аномально большими осадками r, [дни/10 лет] для сезонов года.
Наибольшие коэффициенты линейного тренда, осредненные по территории квазиоднородных районов, получены весной для восточных районов ЕТР и Западной Сибири; осенью – Восточной Сибири и севера Якутии; зимой – южных районов Восточной Сибири и Дальнего Востока.В степной части Восточно-Европейской равнины (район 9) число дней с экстремально большими осадками летом уменьшается, сказались сильные засухи последних лет.
 


Рис. 9. Коэффициенты линейного тренда (% от среднего многолетнего значения за 10 лет) в рядах числа дней с аномально большими осадками, осредненные по территории квазиоднородных климатических районов

Выводы

    В результате проведенных исследований экстремальности температурного режима и режима осадков на территории России в последние десятилетия по данным ежедневных наблюдений выявлены региональные и сезонные особенности.
На фоне увеличения числа дней с аномально высокими температурами воздуха на большей части России во все сезоны число дней с аномально высокими температурами уменьшается зимой на северо-востоке Дальневосточного ФО и ЕТР, в центральных районах Восточной Сибири; летом - на Кольском полуострове, Чукотке и в муниципальных районах Красноярского края. Значительно уменьшается число очень морозных дней на севере Восточной Сибири и в Якутии. В то же время, на юге Западной Сибири и Забайкалья выявлена тенденция увеличения числа дней с аномально низкими температурами воздуха зимой и осенью. На ЕТР выявлена тенденция уменьшения числа оттепелей в осенний период из-за значительного потепления в осенний период. На большей части ЕТР, севере Западной Сибири и Красноярского краянаблюдается увеличение числа дней с сильными снегопадами.
Выявленные региональные особенности изменения основных климатических параметров помогут в выработке адаптационных мер, сокращению рисков и минимизации ущербов от неблагоприятных погодных условий и климатических изменений

Литература
1.    Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Том II. Последствия изменений климата: М., 2008
2.    Изменения климата 2014 г. Обобщающий доклад МГЭИК//https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/SYR_AR5_FINAL_full_ru.pdf
3.    State of the Climate in 2016 //Bull. Amer. Meteor. Soc., 2017, 98, №8, S212–S2014.
4.    Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Трофименко Л.Т., Швец Н.В.«Описание массива данных среднемесячной температуры воздуха на станциях России» // Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014621485http://meteo.ru/data/156-temperature#описание-массива-данных
5.    Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Коршунова Н.Н., Швец Н.В. «Описание массива данных месячных сумм осадков на станциях России» // Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015620394http://meteo.ru/data/158-total-precipitation#описание-массива-данных
6.    Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Александрова Т.М.«Описание массива данных суточной температуры воздуха и количества осадков на метеорологических  станциях России и бывшего (TTTR)» // Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014620942.
http://meteo.ru/data/162-temperature-precipitation#описание-массива-данных
7.    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
8.    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.
9.    АлисовБ.П.  1956.  КлиматСССР. М.: МосковскийУниверситет.127 с.
10.    КаганР. Л. 1979. Осреднениеметеорологическихполей. Л.: Гидрометеоиздат. 279 С.
11.    Пакет программ «MAPINFO»// http://www.mapinfo.ru/product/mapinfo-mapbasicкет
12.    Хайруллин К.Ш. Оттепели на территории СССР. – Л.: Гидрометеоиздат, 1969.88 с.