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

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ТРУДЫ
ГОСУДАРСТВЕННОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
“ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ –
МИРОВОЙ ЦЕНТР ДАННЫХ”

 

 

 

 

 

 

 

Выпуск 173

 

 

 

 

 

 

 

АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА
И ИХ ПОСЛЕДСТВИЙ

 

Под редакцией

канд. физ.-мат. наук В.Н. РАЗУВАЕВА,

канд. геогр. наук Б.Г. ШЕРСТЮКОВА

 

ОБНИНСК

2007


УДК 551.583

Сборник посвящен вопросам анализа изменений климата Земли, и в особенности России. В статьях описаны результаты анализа данных инструментальных наблюдений за температурой воздуха, снежным покровом, температурой почвогрунтов, расходами воды на реках и за наводнениями, сведения об атмосферной циркуляции по наблюдениям и по моделям, о температурно-влажностном режиме тропосферы по радиозондовым наблюдениям. Приведены оценки некоторых последствий изменений климата: изменение горимости лесов; продолжительность отопительного периода; оценки деградации многолетней мерзлоты; показатели комфортности погоды. Затрагиваются вопросы о факторах современных изменений климата, таких как парниковый эффект СО2, изменение количества облачности, взаимодействие атмосферы и океана, диссимметрия Солнечной системы. Предложен статистический метод прогноза изменений климата.

Сборник рассчитан на специалистов в области климатологии.


СОДЕРЖАНИЕ

Шерстюков Б.Г.
Парниковый эффект и изменение теплообмена между океаном и атмосферой как факторы современных изменений климата
В результате численных экспериментов, выполненных на выборках метеорологических данных при различных физико-географических условиях, показано наличие трендов температуры воздуха парникового происхождения, не связанных с водяным паром. Согласно публикациям, парниковый эффект – результат накопления СО2, метана и других газов в атмосфере. Наличие облачности нивелирует действие парникового эффекта.
Эффективность парникового эффекта по определению связана с радиационным балансом земля–атмосфера, показано, что в сухой безоблачной атмосфере парниковый эффект возрастает с увеличением географической широты и в зимнее время года. Севернее 58°с.ш. эффект СО2 часто перекрывается облачными полями и, возможно, адвективными процессами.
Предложен индекс инерционности атмосферы, характеризующий интенсивность крупномасштабного теплового взаимодействия атмосферы и океана. По значениям индекса на данных более чем за 100 лет показано ослабление взаимодействия атмосферы с океаном, особенно в последние десятилетия. В результате уменьшился сток излишнего «парникового» тепла в океан, и интенсивность глобального потепления возросла. Ослабление взаимодействия атмосферы с океаном в последние десятилетия привело также к уменьшению инерционности атмосферных процессов и росту межгодовой изменчивости, который, видимо, является причиной известного роста экстремальности климата.
Ил. 18. Библ. 16.

Булыгина О.Н., Коршунова Н.Н., Разуваев В.Н.
Критерии экстремальности климатических явлений в температурном режиме и режиме осадков на территории России
Анализируется пространственное распределение индексов экстремальности климата на территории России. В качестве индексов экстремальности использовалось число дней за месяц, когда суточная температура воздуха (сумма осадков) была выше или ниже некоторого предельного значения. Значение метеорологической величины, сооветствующее границе 95- и 5%-ного интервалов ранжированного ряда, рассматривалось как предельное. С помощью предложенной методики получены критерии экстремальности по минимальной и максимальной температурам воздуха и атмосферным осадкам, проанализировано пространственное распределение полученных характеристик на территории России. Некоторая «доля» проявления экстремальности климата отражается в многолетних климатических характеристиках региона. Данные, приведенные в статье, позволят более эффективно использовать климатическую информацию, выработать рекомендации для уменьшения потерь от негативных последствий экстремальных изменений климата с учетом региональных особенностей климата.
Ил. 6. Библ. 4.

Булыгина О.Н., Коршунова Н.Н., Разуваев В.Н.
Изменения характеристик снежного покрова на территории России в последние десятилетия
Состояние снежного покрова – одна из важнейших характеристик регионального климата. На фоне глобального потепления, наблюдаемого в последние десятилетия, происходят изменения и характеристик снежного покрова. В настоящей работе исследование изменений состояния снежного покрова проводится на основе эмпирико-статистического анализа временных рядов ежедневных данных о высоте снежного покрова на 450 станциях Российской Федерации за периоды 1951–2006 гг. и 1977–2006 гг. Для оценки продолжительности залегания снежного покрова использовались такие характеристики, как число дней с покрытием снегом более 50 % территории вокруг метеостанции и число дней с высотой снежного покрова более 1 см. Анализ пространственного и временного изменений данных параметров, а также числа дней с высотой снежного покрова более 20 см позволил выявить региональные особенности изменчивости характеристик снежного покрова на территории России.
Ил. 6. Библ. 6.

Бадашова Л. Ф., Муркина Е. А., Хохлова А. В.
Многолетние изменения снежного покрова в Калужском регионе по спутниковым наблюдениям
Работа посвящена исследованию региональных особенностей снежного покрова в Калужской области на основе многолетних спутниковых данных. Исследование проводилось для четырёх выбранных регионов (на севере, юге, востоке и западе области).
Выявлена тенденция уменьшения снежного покрова в данной области. Определена средняя продолжительность сплошного снежного покрова и сделаны выводы о сокращении его продолжительности в среднем на три дня за десятилетие.
Ил. 6. Библ. 15.

Шерстюков А.Б.
Температура почвогрунтов России на глубинах до 320 см в условиях изменяющегося климата
Проведено исследование влияния наземных метеорологических параметров на изменение температуры почвогрунтов на глубинах 80, 160 и 320 см за последние четыре десятилетия для территории России. В работе использовались данные по всем станциям Российской Федерации, на которых проводятся наблюдения за температурой почвогрунтов по вытяжным термометрам.
Выполнен корреляционный анализ между температурой почвогрунтов на указанных глубинах, температурой воздуха и высотой снежного покрова. Пространственное распределение коэффициентов корреляции между температурой воздуха и температурой почвогрунтов для указанных глубин анализировалось по картам, построенным для теплого и холодного периодов года. Приведены оценки достоверности полученных зависимостей. Обнаружены особенности корреляций в зоне многолетней мерзлоты России.
Получены количественные оценки вклада среднегодовой температуры воздуха и высоты снежного покрова в многолетние изменения среднегодовой температуры почвогрунтов по территории России. Обнаружено преобладающее влияние высоты снежного покрова на температуру почвогрунтов в Азиатской части России и температуры воздуха – в Европейской части.
Табл. 2. Ил. 6. Библ. 11.

Шерстюков А.Б.
Критериальные оценки климатических условий существования многолетнемерзлых грунтов в России за период с 1976 по 2005 год по данным наблюдений на глубине 320см
Получены оценки многолетних термических изменений в почве и построены карты их пространственных особенностей на основе длительных рядов наблюдений на всех гидрометеорологических станциях России, производящих наблюдения за температурой почвы на глубинах 80, 160 и 320 см. Более плотная сеть гидрометеорологических станций по сравнению с данными стационаров дает возможность точнее оценить изменение географического положения характерных изотерм в грунтах за последние 30 лет (1976 – 2005 гг.).
За южную границу условий, благоприятных для существования мерзлоты, принята изотерма +3° С среднегодовых значений температуры грунта на заданной глубине. Показано, что положение изотермы температуры грунтов +3° С для 1976 г. на большей части России хорошо совпадает с южной границей островного распространения многолетних мерзлых пород со среднегодовыми температурами от +3 до -1°С и мощностью мерзлой толщи от 0 до 100 м.
Для определения на карте пространственного интервала достоверности изотерм рассчитан доверительный интервал тех значений, которые использовались для построения карт.
За рассмотренный период лет произошли изменения географического положения изотермы. Наибольшее смещение характерной изотермы к северу произошло в Прибайкалье – Забайкалье и составило около 5° широты. На Западно-Сибирской равнине и на западе Среднесибирского плоскогорья смещение изотермы к северу составило до 2–3° широты. Достоверными являются различия более 1° широты. Это не означает смещение границы криолитозоны на такую же величину, но показывает изменение на обширной территории одного из главных условий существования мерзлых грунтов. В указанных районах наиболее вероятна деградация многолетней мерзлоты.
Ил. 1. Библ. 8.

Аристова Л.Н., Клещенко Л.К.
Зональная циркуляция в средней тропосфере и ее климатические характеристики по данным модели ИВМ РАН
Приведены результаты сопоставления статистических характеристик полей зональной составляющей скорости геострофического ветра на уровне изобарической поверхности 500 гПа, рассчитанной по данным совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана ИВМ РАН в эксперименте по моделированию климата XX века и реанализов NCEP/ NCAR за период 1951–2000 гг. Показано, что моделью не воспроизводится динамика (многолетние межгодовые изменения) средней зональной циркуляции в средней тропосфере, но достаточно успешно воспроизводятся ее климатические характеристики, такие как широтный ход и сезонные изменения. Оценки межгодовой изменчивости зональной скорости ветра по данным модели несколько занижены. Главные особенности многолетних среднемесячных полей зональной скорости ветра, рассчитанной по модельным данным, в основном соответствуют результатам наблюдений. Однако различия в отдельных точках весьма существенны (от -11 до +10 м/с).
Приведены оценки сопоставления характеристик режима зональной циркуляции, рассчитанных по данным модели ИВМ РАН в 150-летнем эксперименте с удвоением углекислого газа в атмосфере (по отношению к его концентрации в 1871 г.) и контрольном. Согласно полученным оценкам, при увеличении углекислого газа в атмосфере средняя для полушарий зональная скорость ветра, рассчитанная по данным геопотенциала H500, не изменяется. Происходит лишь некоторое зональное перераспределение среднеширотной скорости, наиболее отчетливо проявляющееся в усилении западного ветра в умеренных широтах Южного полушария, которое можно рассматривать как отклик зональной циркуляции в модели ИВМ РАН на увеличение концентрации углекислого газа.
Табл.2. Ил. 10. Библ. 5.

Клещенко Л.К., Ранькова Э.Я.
Оценки воспроизведения моделью ИВМ РАН характеристик циркуляции в средней тропосфере
Приведены результаты сопоставления многолетних месячных статистик (средних значений и среднеквадратических отклонений) геопотенциала H500, полученных по данным наблюдений (реанализов NCEP/NCAR) и модели ИВМ РАН (эксперимент «ХХ век») за 1951–2000 годы. Показано, что моделью ИВМ РАН достаточно успешно воспроизводятся такие характеристики многолетнего статистического режима циркуляции в умеренных широтах средней тропосферы, как волновая структура полей геопотециала H500 и ее сезонные преобразования, но при этом несколько занижены высота изобарической поверхности 500 гПа и масштабы ее временной изменчивости.
По ежедневным данным геопотенциала H500 за 1951–2000 гг. для зимнего и летнего сезонов выделены эпизоды блокирования (в широтных зонах 50–60° с. ш. и 40–50° ю. ш.). Получены их индивидуальные и интегральные характеристики (сезонные индексы блокирования). Проведено сопоставление многолетних статистик индексов блокирования, рассчитанных по данным наблюдений и результатам моделирования. Показано, что в характеристиках эпизодов блокирования, полученных по модельным данным, нашли отражение недостатки в моделировании полей геопотенциала H500: моделью хорошо воспроизводится сезонное положение секторов активного блокирования (европейского и американского), но не их интенсивность. Небольшие различия в локализации сезонных ложбин и гребней приводят к существенным различиям в статистиках характеристик блокирующих процессов для отдельных точек. Отсутствует соответствие во временных рядах индексов блокирования, полученных по модельным и наблюденным данным, в том числе и в оценках линейных трендов.
Табл.2. Ил. 8. Библ. 6.

Клещенко Л.К., Аристова Л.Н.
Планетарная высотная фронтальная зона: климатические особенности по результатам наблюдений и моделирования
По данным наблюдений (реанализов NCEP /NCAR) и модели ИВМ РАН (эксперимент «ХХ век») за 1951–2000 гг. построены среднемноголетние месячные поля геопотенциала H500 и по ним рассчитаны характеристики планетарной высотной фронтальной зоны Северного полушария. Показано, что значения характеристик (среднее географическое положение на полушарии и степень деформации) по модельным данным занижены, что отражает характер смещений в статистиках модельных полей геопотенциала H500. В то же время моделью ИВМ РАН адекватно воспроизводятся сезонные изменения характеристик ПВФЗ, а также локализация отражаемой ею системы тропосферных ложбин и гребней в зимне-весенний период.
Табл.2. Ил. 4. Библ. 9.

Шерстюков Б.Г., Шерстюков А.Б.
Климатические условия потенциальной горимости леса в России в ХХ и ХХI веках
По фактическим данным показано увеличение количества лесных пожаров и лесной площади, пройденной ими на территории России за последние 20 лет. Показано, что индекс В.Г. Нестерова удовлетворительно описывает потенциальную опасность возгорания леса при масштабе пространственного обобщения в размерах федерального округа. На примере одного года выполнено сопоставление пространственного распределения индекса В.Г. Нестерова со спутниковыми данными о лесных пожарах в Сибири и на Дальнем Востоке и показана применимость индекса для оценки потенциальной опасности лесных пожаров. Показано, что потенциальная горимость чаще реализуется вблизи урбанизированных территорий нежели в малонаселенных.
Изменения климата последних трех десятилетий привели к повышению пожарной опасности в лесах почти на всей Европейской территории России и в южной половине Азиатской территории. Понижение пожарной опасности произошло на востоке Восточной Сибири севернее 62° с.ш. Оценки опасности лесных пожаров на первую половину XXI в. показали тенденцию увеличения числа суток в году с потенциальной горимостью леса «высокой и больше» на 20–60 % на юге Европейской территории России, на юге Западной Сибири, в средних широтах Восточной Сибири и Дальнего Востока. Уменьшение количества пожароопасных дней ожидается в Приамурье, в районе Магадана и в восточной части Камчатки.
Табл. 1. Ил. 10. Библ. 20.

Шерстюков А.Б.
Оценки климатологических показателей комфортности проживания человека в изменяющемся климате
Выполнены оценки изменений суровости погоды зимой и комфортности в теплое полугодие по станциям России за 1976–2006 гг. Особое внимание обращено на изменения на юге Сибири, на территории которой произошло самое сильное потепление климата. Изменение климата последних десятилетий привело к тому, что менее суровыми стали зимы на Европейской территории России, на юге Сибири и Дальнего Востока, а также на Камчатке и Чукотке. В этих районах в холодную часть года уменьшилось на 20–50 % число дней со всеми категориями суровой погоды. А на Кольском полуострове, на севере Западно-Сибирской равнины, на северо-востоке Северо-Сибирской низменности и в долинах рек Индигирка и Колыма увеличилось число дней с суровой погодой на 20 – 30%.
За последние десятилетия в Западной Сибири и частично на юге Восточной Сибири произошло увеличение числа дней в году с комфортной эффективной температурой в теплую часть года. Изменения климата благоприятно отразились на условиях комфортности проживания человека в этой части Сибири. В некоторых регионах на юге Восточной Сибири чрезмерное повышение температуры за последние три десятилетия привело к уменьшению числа дней с комфортной эффективной температурой.
Ил. 8. Библ. 3.

Шерстюков Б.Г.
Климатические условия отопительного периода в России в ХХ и ХХI веках

Выполнен анализ изменения продолжительности отопительного периода и индекса потребления топлива за 1971–2004 гг. по данным 1400 метеорологических станций России и получены оценки их возможных изменений на 2025 и 2050 гг. Для прогностических оценок использовались средние данные моделей климата CGCM, HadCM3 и ECHAM4. Практически повсеместно на территории России произошло сокращение отопительного периода. Продолжительность отопительного периода к 2004 г., по сравнению с 1971 г., сократилась на 6–8 % на самом юге Европейской территории Российской Федерации (ЕТР), на 4–6 % сократилась в южной и западной частях ЕТР, на юге Сибири и Дальнего Востока, на Камчатке и всей прибрежной зоне Берингова моря. Уменьшение индекса потребления топлива к 2004 г., по сравнению с 1971 г., составило 8–10 % в южной и западной частях ЕТР, 6–8 % – на остальной части ЕТР, кроме севера, 6–8 % – в южной половине Азиатской территории Российской Федерации (АТР), кроме районов Станового и Алданского нагорий, в остальной части – на 4–6 %.
К 2025 г. ожидается уменьшение, по сравнению с нормой 1961–1990 гг., продолжительности отопительного периода на 4–6 % в большинстве регионов России и на 5 – 10 % – к середине XXI века. При этом на юге и западе Европейской территории России, в некоторых северных и дальневосточных районах ожидается уменьшение продолжительности отопительного периода на 6–10 % – к 2025 г. и 8–12 % – к 2050 г. Ил. 4. Библ. 6.

Апасова Е.Г.
Атмосферная мгла в Прибайкалье в теплый период года
В статье анализируются многолетние климатические особенности атмосферной мглы на 17 станциях Прибайкалья за 1936–2000 гг., а также состояние таких элементов, как видимость, ветер, температура и влажность воздуха во время мглы при условии, что мгла образовалась при температуре выше 0 °С. Количество сроков с мглой в сумме по всем станциям составило 18564, количество дней, когда мгла была отмечена хотя бы в один из сроков, достигло 7817. В течение 1936–2000 гг. атмосферная мгла возникала ежегодно, но с годами это явление становится более редким. Максимальное количество сроков с мглой было в 1943, 1950, 1954, 1985 и 1986 гг. В распределении скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха во время мглы не обнаружено никаких отличий от средней многолетней картины распределения этих величин.
Табл. 17. Ил. 1. Библ. 7.

Апасова Е.Г.
Параметры атмосферной мглы в Москве и Московской области в 1966–2000 гг.
Дан анализ полноты и качества данных по такому редкому явлению, как атмосферная мгла, наблюдающаяся в срок производства наблюдений на 21 метеорологической станции Москвы и Московской области. Изучена повторяемость мглы по месяцам года и динамика многолетнего хода числа дней с мглой в выбранном регионе.
Показано, что мгла может образоваться в любое время года, видимость при мгле чаще всего составляет 2–10 км, дует ветер со скоростью не более 5 м/с, направление которого имеет южную (зимой) или восточную (летом) составляющую. Температура во время мглы может иметь любое значение, но летом она чаще находится в диапазоне от +10 до +30 градусов. Наибольшее количество дней с мглой отмечено в 1972, 1976, 1977, 1979 гг.
Табл. 12. Библ. 5. Ил. 1.

Булыгина О.Н., Коршунова Н.Н., Трофименко Л.Т.
Рекордные морозы в январе 2006 года на территории Российской Федерации
Факт повышения глобальной температуры воздуха в настоящее время не вызывает сомнения. Это подтверждают исследования как российских, так и зарубежных ученых. Один из важнейших аспектов изучения климатической системы связан с анализом повторяемости экстремальных климатических явлений. Существуют различные подходы к определению понятия «экстремальность». Наиболее распространенным является отнесение к экстремальным различных достаточно редких состояний климатической системы, характеризующихся аномальными значениями отдельных или совокупности метеорологических элементов. К ним можно отнести необычайно суровые зимы, описания которых встречаются как в исторических хрониках, так и в климатических обзорах периода инструментальных наблюдений.
В статье приведены результаты исследований температурного режима зимой 2005–2006 гг. на территории России. Зима оказалась холодной практически на всей территории страны, за исключением арктического побережья Сибири. Подробно проанализированы январские морозы на территории семи федеральных округов России.
Ил. 2. Библ. 2.

Шерстюков Б.Г.
Метод прогноза климата на предстоящие два десятилетия на основе экстраполяции ритмов
Предложен статистический метод прогноза изменений климата на период до 20 лет с привлечением сведений о трендах температуры, выявленных в опубликованных данных динамических полных моделей климата. Статистическая модель основана на выявлении и экстраполяции ритмов во временных рядах температуры воздуха. Оценки точности погодичных прогнозов климата Северного полушария показывают возможность составления обобщенных прогнозов климата с заблаговременностью до 20 лет с точностью, превышающей данные динамических моделей. Ошибки погодичных прогнозов климата меньше естественной межгодовой изменчивости.
Табл. 6. Ил. 3. Библ. 2.

Байдал М.Х.
Пространственно-временная сопряженность экстремальных климатических явлений: повторяемость, факторы, проблема предвидения
Рассматриваются крупномасштабные аномалии средней месячной температуры воздуха и месячных сумм атмосферных осадков в различных сочетаниях регионов территории бывшего СССР и Казахстана. Главное внимание уделено экстремальным аномалиям температуры воздуха и осадков в рамках общепринятых в климатологии классов по отношению к многолетней норме. Определены особенности сопряженности аномалий температуры воздуха и осадков между различными регионами от Прибалтики до Тихого океана. По отдельным регионам и их сочетаниям выявлена связь с внешними факторами – атмосферной циркуляцией и индексами гравитации Солнечно-планетной системы, что дает возможность разработать методику предвидения крупноплощадных аномалий климатических параметров, примером чего явилась зима 2006 г. с морозами в течение трех месяцев на колоссальном пространстве.
Табл. 15. Библ. 8. Прил. 1.

Неушкин А.И., Санина А.Т., Иванова Т.Б.
Холодные (суровые) и теплые зимы в федеральных округах европейской части России
По температуре воздуха и осадкам, представленным в отклонениях от нормы и пронормированным среднеквадратическим отклонением, рассчитан параметр. С помощью параметра определены по принятым критериям холодные, теплые и умеренные зимы. Составлен каталог их распределения по четырем федеральным округам европейской части России за период 1966–2005 гг.
Табл. 2. Ил. 1. Библ. 3.

Алдухов О.А., Черных И.В.
Об изменении температурно-влажностнго режима в тропосфере над Антарктическим полуостровом
В данной работе изложен «точечный» метод, основанный на использовании срочных данных с учетом их корреляции во времени. Метод был разработан для исследования изменения климата в труднодоступных полярных районах планеты, а также для оценок трендов в значениях метеовеличин на больших высотах в атмосфере. С использованием данного метода получены количественные оценки климатических изменений температуры и содержания водяного пара в столбе воздуха для стандартных изобарических поверхностей в тропосфере. В качестве исходных данных использовались данные стандартного радиозондирования атмосферы, проводившегося на российской антарктической станции Беллинсгаузен, расположенной в районе Антарктического полуострова. Оценки трендов получены за многолетний год, многолетние сезоны и месяцы.
Табл. 6. Ил. 4. Библ. 24.

Семенов В. А. , Коршунов А. А.
Климатически обусловленные изменения максимальных расходов воды и наводнений на реках России
Современные изменения климата, особенно увеличение количества атмосферных осадков в зимне-весенний период и интенсивности ливней в летнее время, обусловили в начале ХХI столетия во многих районах России увеличение максимальных расходов воды, повторяемости и продолжительности высоких наводнений на реках во время весенних и весенне-летних половодий, дождевых паводков. Наиболее выраженное увеличение их количества отмечалось на реках Северного Кавказа, юга Дальнего Востока, в несколько меньшей степени – на реках Западной Сибири, в Поволжье. Возросла вероятность высоких и катастрофических наводнений при заторах льда и ветровых нагонах воды в устьях рек.
Табл. 1. Ил. 3. Библ. 11.

Стерин А.М., Тимофеев А.А.
Тренды различных квантилей значений температуры для постанционных данных метеорологической и аэрологической сетей по Европейской территории РФ

В работе приведены результаты применения метода квантильной регрессии для оценки трендов квантилей от 0 до 1 значений температуры. В качестве региона, где проведено такое исследование, выбрана Европейская территория РФ. Расчеты выполнены для температуры свободной атмосферы (на основе данных радиозондирования) и для приземной температуры. Все оценки приводятся для постанционных данных. Описываются и обсуждаются сезонные особенности трендов для различных квантилей. Применение метода квантильной регрессии позволяет получить более полную картину трендов метеовеличин, в том числе в диапазонах значений метеовеличин, близких к экстремальным, чем использование традиционных статистических методов.
Ил. 4. Библ. 8.