Региональные особенности климатических изменений в

УДК 551.583
Региональные особенности климатических изменений в
средних и высоких широтах Северного полушария.
к.г.н. Выручалкина Т.Ю.
тел.: (499) 135-5374, vyruchi@bk.ru
проф., д.г.н. Панин Г.Н.
тел.: (499) 135-5374, panin@aqua.laser.ru
к.т.н. Соломонова И.В.
тел.: (499) 135-5374, solomira@bk.ru
(Институт водных проблем РАН)
Исследованы изменения температуры воздуха на территории средних и
высоких широт Северного полушария (для региона от 50 0 до 900 с.ш.).
Проведенный анализ показал наличие трех статистически обеспеченных
периодов направленных изменений в течение последних 100 лет. Выполнено
районирование с выделением 6 зон с однотипным изменением климата.
Проанализирована взаимосвязь циркуляционных механизмов, действующих в
отмеченных выше зонах, с приземной температурой воздуха.
Климат Земли за столетие изменился как на глобальном, так и на региональном уровне,
причем процесс изменений ускорился и стал мощнее в последние десятилетия [1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10,
11, 12, 16]. Произошедшие изменения лучше заметны в высоких широтах в холодное полугодие. В
[6, 12] было отмечено, что для всех континентов и большинства океанов данные наблюдений
свидетельствуют о том, что в конце ХХ века многие естественные системы оказались затронутыми
региональными изменениями климата, особенно изменениями температуры. Заметные вариации
климата, происходящие в последние годы, стимулировали большое количество новых
исследований. Большинство исследований климата опираются на традиционное биоклиматическое
районирование, которое основано на критериях подобия таких характеристик, как среднегодовые
значения температуры воздуха, осадков, преобладающие типы атмосферной циркуляции,
континентальность или же какие-либо иные установившиеся показатели, характеризующие
стационарный климат. Вместе с тем в последние годы появились и другие методы районирования,
учитывающие пространственную картину современных изменений. В данной статье предлагается
критерий районирования, основанный на современной динамике температуры воздуха. С
использованием такого критерия оценивается однородность изменений сезонных (зима, лето) и
среднегодовых температур на исследуемых территориях
В настоящей работе рассмотрены особенности климатических изменений в Северном
полушарии, в зоне от 49.50 с.ш. до 82.50 с.ш. Информационной основой исследования послужила
среднемесячная температура воздуха по данным 211 метеостанций. Источниками данных
являются: Всероссийский Научно-Исследовательский Институт гидрометеорологической
информации - мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД); система обслуживания
гидрометеорологической информацией CliWare; The Global Historical Climatology Network (GHCN)
национального климатического центра данных США; The European Climate Assessment & Dataset
(ECA&D) project. Из исходного архива данных был выделен период 1916-2007 гг.
Нами был проведен статистический анализ изменения температуры воздуха за последнее
столетие. Он указывает на наличие трех статистически обеспеченных периодов направленных
изменений в течение последних 100 лет (рисунок). Периоды потепления (I - 1916-1945 гг. и III - с
1976 по настоящее время) и похолодания (II - 1946-1975 гг.), которые хорошо согласуются с
работами Johannessen et al. [14] и Khorostovsky et al. [15].
Также проведено районирование на основе оценки внутрирегиональной однородности
современных изменений климата по нескольким критериям для XX века и начала XXI.
Первоначально на территории от 600 до 900 с.ш. нами были выделены 6 зон с однотипным
изменением климата (рисунок): Тихоокеанская (Т), Канадская (К), Атлантическая (Ат),
Европейская (Ев), Сибирская (С) и Дальневосточная (Д). При продвижении на юг (к 500 с.ш.)
Тихоокеанская, Атлантическая и Канадская зоны остаются без изменений, а Европейская и
Дальневосточная объединяются в одну. Возможно, что с дальнейшим продвижением на юг
количество зон будет сокращаться. Следует отметить, что не во всех зонах изменение
температуры проходило одинаково. В годовом разрезе в Тихоокеанской, Атлантической и
Сибирской зонах в период 1946-1975 гг. отмечается похолодание, а в остальных зонах в этот же
период отмечается потепление (рисунок). Зимой в период похолодания выделяется теплые зоны в
Западном полушарии – Канадская зона, а летом – в восточном: в Европейской и Дальневосточной
зонах. В рамках выделенных зон пункты хорошо коррелируются друг с другом, а корреляция с
соседними зонами низкая или отсутствует.
Рисунок. Схема расположения зон с характерными типами температурных изменений.
Следующим этапом стало исследование взаимосвязи циркуляционных механизмов,
действующих в отмеченных выше зонах, с приземной температурой воздуха. С акцентом на зоне
РФ. Для анализа были выбраны 16 циркуляционных индексов: Атлантика – North Atlantic
Oscillation (NAO), Arctic Oscillation (AO), Polar/Eurasia Pattern (POL), East Atlantic/West Russia
Pattern (EA/WR), Scandinavia Pattern (SCA), East Atlantic Pattern (EA); Тихий океан - South
Oscillation Index (SOI), Pacific Decadal Oscillation (PDO), Pacific/North American Pattern (PNA), West
Pacific Pattern (WP),North Pacific index (NPI), Siberian index. Для большинства индексов данные
наблюдений начинаются с 1950 г. В то же время, во многих источниках [13] отмечается, что с
2000 г. в Северном полушарии наблюдается снижение средней температуры. Поэтому за
расчетный период был выбран - 1950-2000 гг. С целью определения географии распространения
индексов был проведен корреляционный анализ между перечисленными 16-ю циркуляционными
индексами и приземной температурой воздуха на рассматриваемой территории. Наибольшее
влияние в отмеченных зонах оказывают следующие циркуляционные механизмы: NAO, AO, PNA,
PDO, SCA, WP и Siberian index, что согласуется с [10]. Зоны влияния этих индексов представлены
в таблице.
Таблица. География распространения циркуляционных индексов (по зимнему сезону)
Индекс
Территориальное
Исследуемые зоны
На территории РФ по
расположение
федеральным округам
NAO
-10 0з.д до 90 0в.д
Ев, С, Ат
центральный, северо-западный,
приволжский, уральский,
сибирский
АO
от -15 0з.д до 55 0в.д и
от 70 0в.д до 130 0в.д
Ев, С, Ат, Д
SCA
от 40 0в.д до 130 0в.д
С, Д
PDO
PNA
NPI
WP
Siberian
index
от -170 0з.д до -120 0з.д
от -155 0з.д до -95 0з.д
от -160 0з.д до -100 0з.д
от 150 0в.д до 165 0в.д
от 50 0в.д до 120 0в.д
Т, К
Т, К
Т, К
Д
С
центральный, северо-западный,
приволжский, уральский,
сибирский, дальневосточный
уральский, сибирский,
дальневосточный
дальневосточный
северо-западный, уральский,
сибирский
При детальном исследовании индексов, действующих на территории РФ, только у NAO
удалось обнаружить 60-летний цикл (1900-1930 и 1973-2000 – положительные фазы и 1940-1973 –
отрицательная), сходный с отмеченными нами ранее периодами потепления (I - 1916-1945 гг. и III
- с 1976 по настоящее время) и похолодания (II - 1946-1975 гг.) температуры воздуха.
С середины 70-х годов произошло заметное потепление во многих районах Земли, особенно в
средних и высоких широтах Северного полушария в зимние месяцы. В этом аспекте интересно
было сравнить, как меняется (или не меняется) зона влияния основных индексов действующих на
территории РФ в эти периоды. Анализ данных индексов показал, что в период с 1973 по 2000 гг.
территория, подверженная влиянию NAO, AO, SCA существенно увеличилась с ростом
максимального коэффициента корреляции по сравнению с периодом 1943-1973 гг. Обратная
ситуация наблюдается у WP происходит уменьшение площади влияния с уменьшением
максимального коэффициента корреляции.
Литература
1. Анисимов О.А., Белолуцкая М.А., Лобанов В.А. Современные изменения климата в области
высоких широт Северного полушария.// Метеорология и гидрология. 2003. № 1. С. 18-29.
2. Бардин М.Ю. Изменчивость температуры воздуха над западными территориями России и
сопредельными странами в XX веке // Метеорология и гидрология. 2002. № 8. С. 5-23
3. Голицын Г. С. Предвидеть будущее // В мире науки. 2006. № 6. С.7-8.
4. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Бардин М.Ю. и др. Изменение климата 2003. Обзор состояния и
тенденций изменения климата России. М., ИГКЭ. 2004. http://climate.mecom.ru/
climate/bulletins/bul03v02.pdf.
5. Дзюба А.В., Панин Г.Н. Механизм формирования климатических тенденций в прошедшем и
текущем столетиях, Метеорология и Гидрология 2007. №5. С.5-27.
6. Израэль Ю.А., Семенов С.М., Анисимов О.А. и др. Четвертый оценочный доклад
Межправительственной группы экспертов по изменению климата: вклад Рабочей группы II //
Метеорология и гидрология. 2007. № 9. С. 5-13.
7. Мохов И.И., Демченко П.Ф., Елисеев А.В. и др. Оценки глобальных и региональных
изменений климата в XIX-XXI веках на основе модели ИФА РАН с учетом антропогенных
воздействий // Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2002. Т. 38. № 5. С. 629 – 642.
8. Панин Г.Н., Выручалкина Т.Ю., Соломонова И.В. Анализ климатических тенденций в высоких
широтах северного полушария // Известия РАН. Cерия географическая, 2008. № 6, С. 31-41.
9. Попова В.В., Шмакин А.Б. Динамика климатических экстремумов в Северной Евразии в конце
ХХ века. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42, № 2. С. 157-166.
10. Попова В.В., Шмакин А.Б. Циркуляционные механизмы крупномасштабных аномалий
температуры воздуха зимой в Северной Евразии в конце ХХ столетия. // Метеорология и
гидрология. 2006. № 12. С. 15-24.
11. ACIA, Arctic Climate Impact Assessment. Cambridge University Press. Cambridge, New York,
Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, Sao Paulo. 2005. 1042p.
12. Climate Change 2007: The Physical Scientific Basis. – IPCC, 2007, http://www.ipcc.ch/.
13. Climate Monitor Online http://www.cru.uea.ac.uk
14. Johannessen O. M., Bengtsson L., Miles M. W., Kuzmina S. I., Semenov V. A., Alekseev G. V.,
Nagurnyi A. P., Zakharov V. F., Bobylev L., Pettersson L. H., Hasselmann K., Cattle H. P. Arctic
climate change – Observed and modeled temperature and sea ice variability. Nansen Environmental
and Remote Sensing Center, Report No. 218, Bergen 2002; Tellus 56A (2004), p. 328 –341, Corr.
559-560.
15. Khorostovsky K., Johannessen O. M., Bobylev L. P. In Arctic Environmental Variability And Global
Change, L. P. Bobylev, K. Ya. Kondratyev, O. M. Johannessen, Eds. Springer Praxis, Chichester,
UK, pp. 270–280. 2003.
16. Nicholls N., G. V. Gruza, J. Jouzel, T. R. Karl, L. A. Ogallo and D. E. Parker, Observed Climate
Variability and Change, in The IPCC Second Scientific Assessment, ed. J. T. Houghton et al.,
Cambridge Univ. Press, New York, pp.133-192. 1996a