Среднемноголетние и экстремальные значения метеорологических величин

3.1 Среднемноголетние и экстремальные значения метеорологических величин

Рассмотрим данные характеристики на примере метеостанции Елатьма, измерения которой охватывают период с 1886 по 2003 гг. (отсутствовала информация за 1917-1919, 1996-1998 и частично 1941 гг.).

Среднегодовая температура приземной атмосферы в Елатьме составила 4,31⁰С с коэффициентом вариации 23,2%. Наиболее холодными годами (с температурой менее 2,5⁰С) за историю метеонаблюдений были 1907, 1908, 1942, 1945, 1956, 1969 (все – за счет одновременно зимних и летних сезонов); а также 1976 (холодное лето) и 1987 (суровая зима) (см. приложение 1, 2). Наибольшая повторяемость аномально теплых лет с температурой свыше 5,3⁰С наблюдается в последнее время: это 1989-1991, 1995, 1999-2002 (все как за счет мягкой зимы, так в большинстве случаев высокой температуры в летние месяцы); а также 1975 и 1981 (мягкая зима и теплое сухое лето), 1932 и 1936-1938 (очень сухие годы, к тому же с мягкими зимами), 1906 (теплая зима с высокой повторяемостью циклонов) и 1903 (сухое лето).

Годовая норма осадков в исследуемом регионе составляет 574 мм с коэффициентом вариации 19,5%. Выделяются годы, когда выпадало свыше 750 мм: это 1912, 1952, 1993 (за счет влажного лета); а также 1962, 1980, 1990 (положительные аномалии и зимних, и летних осадков). Экстремально сухими (менее 470 мм/год) были 1890-1892, 1932, 1936-1940 (сухие летние периоды), 1942-1944 (бесснежные зимы), 1946, 1948, 1954, 1957, 1961 (сухие летние месяцы), 1972 (сухая морозная зима и жаркое бездождное лето); близки к ним 1975 (за счет сухого лета) 1988 и 1991 (за счет зимних месяцев) (см. приложение 1, 2).

3.2 Вековые колебания климата и специфика периода глобального потепления (на примере м/с Елатьма)

Изучение данных регулярных метеонаблюдений позволило охарактеризовать с большой подробностью и достоверностью внутривековые изменения климата Земли. В частности, выделено 3 больших периода климатической динамики в Северном полушарии [8] (далее – периоды Будыко): преимущественное потепление (до середины 40-х гг. ХХ в.), относительное похолодание, сопровождавшееся ростом увлажнения в зимние месяцы (до конца 60-х гг.) и новая фаза потепления (с начала 70-х гг. по настоящее время). По мнению Будыко и его единомышленников, данные колебания температуры обусловлены изменениями коэффициента прозрачности атмосферы под влиянием вулканических извержений. При этом наиболее активное снижение прямой радиации наблюдалось в 60-е гг. ХХ в, когда крупные вулканы извергались ежегодно [8,17]. В последние десятилетия рост температуры наблюдается вопреки росту запыленности атмосферы, что данные авторы объясняют накоплением антропогенного СО₂. По имеющимся оценкам [20], темпы современного потепления не имеют прецедентов в истории человечества и не сравнимы даже со знаменитой «эпохой викингов».

На основе имеющихся данных метеостанции Елатьма нами были вычислены: среднегодовые значения температуры и количества осадков, амплитуда температуры, сумма активных температур, продолжительность периода с активными температурами и количество осадков за данный период, сумма температур ниже -10⁰C, а также некоторые другие величины. Затем полученные данные подверглись статистической обработке (расчет трендов, фрактальной размерности и др.).

Рассмотрим, как менялась среднегодовая температура на территории Рязанской области за период с 1886 по 2003 год.

Из рисунка 1.3.2 следует, что на протяжении последних 117 лет среднегодовая температура не оставалась постоянной, а менялась, причем четкой закономерности, глядя только на график, выявить нельзя. Лишь после построения полиномиального тренда можно выделить периоды относительного потепления и похолодания. В частности, с конца XIX века началось повышение температуры, которое продолжалось до середины 20-х годов и составило около 0,45⁰C (0,12⁰C/10 лет). Затем произошло некоторое снижение температуры, длившееся примерно до середины 60-х годов. Оно составило 0,3⁰C (0,096⁰C/10 лет). С конца 60-х годов температура снова начала увеличиваться. Этот процесс продолжается до сих пор. К 2003 году коэффициент линейного тренда составил 0,32⁰C/10 лет (1,55⁰C за весь период).

Рис. 1.3.2. Изменение среднегодовой температуры с 1886 по 2003 год. Линейный (штрихпунктирная линия) и полиномиальный (сплошная черная линия) тренд.

Максимальная среднегодовая температура наблюдалась в 1989 году и составила 6,35⁰C, минимальная – в 1945 году: 2,16⁰C.

Целесообразно провести анализ динамики климатических показателей отдельно по периодам температурной динамики, существование которых доказано М.И. Будыко.

Как показано на рис. 1.3.2, на территории Рязанской области за 1886 – 1946 годы тренд температуры был положительным и составил 0,031⁰C/10 лет. За период 1947 – 1968 гг. тренд был отрицательным, температура снижалась на 0,045⁰C/10 лет. В 1969 – 2003 гг. снова наблюдался положительный тренд, составивший 0,4⁰C/10 лет. Это говорит о том, что ситуация в Рязанской области в целом совпадает с общемировой тенденцией изменения температуры.

За период с 1886 по 2003 год наблюдалась общая тенденция к увеличению температуры. В целом она возросла на 1⁰C по сравнению с началом XX века. По миру в среднем этот показатель составляет 0,6⁰C. Разница объясняется неравномерностью роста температуры на материках и океанах. Среднемировой показатель учитывает изменение температуры и в Южном – более океаническом – полушарии.

Количество осадков на территории Рязанской области за период 1886 – 2003 возросло более чем на 100 мм (коэффициент линейного тренда составил 8,4 мм/10 лет). Проанализируем изменение количества осадков по тем же периодам времени, что и температуру. Однако четкой зависимости между количеством осадков и температурой нет, то есть увеличение температуры может приводить как к увеличению количества осадков, так и его уменьшению (приложение 4). Скорее всего, это связано с тем, что на осадки, кроме температуры, оказывают влияние и другие факторы, которые зачастую являются более важными, чем температура (местное испарение, температурная стратификация атмосферы, формирующаяся под влиянием местных условий и др.).

За период с 1886 по 1946 гг. тренд осадков был отрицательным и составил в среднем 16,7 мм/10 лет, с 1947 по 1968 гг. – положительным: количество осадков увеличивалось в этот период на 22,7 мм/10 лет. В течение 1969 – 2003 гг. тренд также был положительным: 32,4 мм/10 лет.

Максимальное количество осадков за этот период выпало в 1990 году и составило 885 мм, а минимальное - в 1937 году: 356,1 мм (рис.2.3.2).

Рис 2.3.2. Среднегодовое количество осадков за 1886 – 2003 годы. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный (пунктирная линия) тренды.

Рассмотрим подробнее результаты, полученные при расчете тренда температуры и осадков каждого месяца за период в десять лет (приложение 4). На основе полученных данных можно сделать определенный вывод о том, что между температурой и осадками нет определенной закономерности, они меняются независимо друг от друга. Однако, при видимой хаотичности процессов, некоторые десятилетия характеризуются довольно упорядоченным ходом температуры и осадков. Это такие периоды, как 1961 – 1970, в течение которого температура и осадки характеризовались обратной зависимостью, кроме сентября и декабря, когда снижение температуры приводило к уменьшению количества осадков; 1971 – 1980, когда во все месяцы, кроме последних двух весенних и последних двух осенних, температура и количество осадков также характеризовались обратной зависимостью, а весной и зимой снижение температуры приводило к уменьшению количества осадков. Следует выделить и последнее десятилетие XX века, на протяжении которого в мае, июне и июле, а также осенью уменьшение температуры приводило к росту количества осадков и наоборот. В остальные месяцы наблюдалась прямая зависимость.

Таким образом, прогноз осадков более сложен, чем прогноз температуры, так как на увлажнение влияет большее число факторов, значительная часть которых не может быть адекватно учтена.

Рассмотрим теперь, как менялась годовая амплитуда температуры (рис. 3.3.2, приложение 1).

Рис. 3.3.2. Изменение годовой амплитуды температур. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный (пунктирная линия) тренды.

Сопоставляя рис. 1.3.2 и 3.3.2, можно увидеть, что период повышения температуры совпадает с периодом понижения амплитуды и лишь за последние 10 лет рост температуры сопровождается ростом амплитуды. Такая противоположность связана с повышением зимних и некоторым снижением летних температур, что сглаживает контраст между сезонами. В целом, среднегодовая амплитуда снизилась на 3⁰C.

Рассмотрим также амплитуду среднесуточных температур за разные годы (разность температур самого холодного и самого теплого дня в году).

Как видно из рисунка 4.3.2 амплитуда среднесуточных температур снизилась по сравнению с 1886 годом на 2,5⁰C, что почти совпадает с величиной снижения среднегодовой амплитуды. В целом, между данными величинами наблюдается четко выраженная прямая зависимость.

Рис. 4.3.2. Амплитуда среднесуточных температур. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный (пунктирная линия) тренды.

Снижение амплитуды самого теплого и самого холодного дня в году связано с теми же факторами, что и снижение среднегодовой амплитуды.

Рис. 5.3.2. Изменение коэффициента Хромова. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный (пунктирная линия) тренд.

На рисунке 5.3.2 изображен график изменения коэффициента, или индекса континентальности, Хромова, который указывает на соотношение влияний, оказываемых континентом и океаном на годовую амплитуду температуры воздуха в конкретном месте, в данном случае – в Рязанской области (см. также приложение 1). Этот график полностью идентичен графику годовой амплитуды, так как именно от нее зависит степень континентальности климата. Из-за снижения амплитуды температуры континентальность климата также уменьшилась и, как следствие, коэффициент Хромова снизился на 1,5% по сравнению с 1886 годом. В течение периода 1886 – 1946 гг., который характеризовался ростом среднеглобальных температур, на территории Рязанской области преобладала тенденция снижения коэффициента Хромова: примерно на 0,01%/10 лет. Далее с 1947 по 1968 гг. тренд коэффициента был положительный и составлял в среднем 0,02%/10 лет. За последний промежуток времени с 1969 по 2003 гг. произошло снижение коэффициента Хромова на 0,44%/10 лет. Минимальное значение коэффициента Хромова наблюдалось в 1993 году (в период последнего «глобального потепления») и составило 81,96%, максимальное значение – в 1956 году (на фоне снижения среднеглобальной температуры, имевшего место в тот период) и равнялось 89,48%. Снижение коэффициента Хромова говорит о том, что происходит сглаживание контрастности между материком и океаном и сезонами года. Наиболее интенсивное уменьшение происходит за последние годы. Это указывает на то, что интенсивность процессов, влияющих на снижение контрастности температур, значительно возросла.

Можно рассмотреть еще некоторые параметры, которые также доказывают, что повышение температуры происходит в основном за счет увеличения зимних температур. В частности, нами была рассчитана сумма температур ниже -10⁰C, а также продолжительность периода с такими температурами и количество осадков за этот период (см. приложение 3). Сравнивая рисунок 1.3.2 и 6.3.2, можно увидеть, что полиномиальный тренд температуры и суммы температур ниже -10⁰C практически совпадают, то есть повышение в положительную сторону суммы температур ниже -10⁰C приводит к росту среднегодовой температуры и наоборот.

Рис. 6.3.2. Сумма температур ниже -10⁰C. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный тренд (пунктирная линия).

Линейный тренд указывает на то, что сумма температур ниже -10⁰C уменьшилась по модулю за весь рассматриваемый промежуток на 225⁰C, что также способствовало росту среднегодовой температуры, что и наблюдается в настоящее время.

Рис. 7.3.2. Продолжительность периода с температурами ниже -10⁰ и линейный тренд.

Длительность периода с температурами ниже -10⁰C уменьшилась за весь период на 18 дней (рис.7.3.2), что говорит о том, что температура в холодное время года стала реже опускаться ниже -10⁰C.

Количество осадков за этот период снизилось (рис 8.3.2) примерно на 10 мм.

Возможно, уменьшение количества осадков связано с тем, что в связи с ростом зимних температур, снизилась контрастность между океаном и материком, однако этому противоречит увеличение циклональной активности, которая также связана с контрастами температур на материках и океанах.

Рис. 8.3.2. Количество осадков за период с температурами ниже -10⁰ и линейный тренд.

Это еще раз подчеркивает, что на осадки оказывает влияние большее количество факторов по сравнению с температурой.

Рассмотрим также, как менялись суммы активных температур (арифметическая сумма среднесуточных температур свыше +10⁰С) и температур выше +15⁰C.

Рис. 9.3.2. Сумма активных температур. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный (пунктирная линия) тренд.

Сумма активных температур за последние 117 лет снизилась примерно на 50⁰C (рис. 9.3.2, приложение 5).

Скорее всего, это объясняется понижением летних температур за счет повышенной циклонической активности. Это доказывает и увеличение количества осадков за этот период примерно на 15 мм (рис. 10.3.2).

Можно проследить связь между суммой активных температур и коэффициентом Хромова. До середины XX века существовала однозначная прямая связь между суммой активных температур и коэффициентом Хромова: период снижения коэффициента Хромова сопровождался периодом снижения суммы активных температур и наоборот. Это связано с усилением взаимодействия океана и континента, в частности с увеличением циклонической активности в летний период. С середины XX века связь стала несколько менее определенной, в частности, в первой половине 60-х годов наблюдалось снижение суммы активных температур при высокой величине коэффициента Хромова из-за снижения поступления прямой радиации вследствие активизации вулканической деятельности [8] и общего снижения летних температур на континентах. В 80-е годы на фоне однозначного снижения коэффициента Хромова имел место выраженный рост суммы активных температур.

Рис. 10.3.2. Количество осадков за период активных температур. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный (пунктирная линия) тренд.

Длительность периода с активными температурами в 1995 году возросла по сравнению с 1886 годом на 3 дня.

Рис. 11.3.2. Продолжительность периода с активными температурами и линейный тренд.

Сумма температур выше +15⁰C также снизилась за период с 1886 по 2003 год на 100⁰C (рис.12.3.2, приложение 6). Вероятно, что это связано с теми же факторами, которые влияют и на сумму активных температур, причем тенденция к росту данного параметра в последние 30-35 лет еще не сказалась на характере динамики за весь рассмотренный период времени.

Рис. 12.3.2. Сумма температур выше +15⁰C. Полиномиальный (сплошная черная линия) и линейный (пунктирная линия) тренд.

Таким образом, современная климатическая динамика в Рязанском регионе характеризуется рядом существенных особенностей, не имеющих аналогов в прошлые десятилетия регулярных метеонаблюдений. В первую очередь это касается устойчивого роста температуры, в основном за счет зимних месяцев, а также роста увлажненности.

О значимости современных климатических изменений может свидетельствовать и вариационный анализ (приложение 7). Нами были проанализированы среднегодовая и зимняя температуры. В стабильных условиях среды фиксируется колоколообразная форма распределения любого параметра. При этом доказано, что такая форма распределения весьма консервативна и ее изменения свидетельствуют о кардинальных изменениях процесса.

Как видно из приложения 7 сейчас формируется новый «класс типичности» среднегодовых температур (выше +5,51⁰С), не имевших прецедентов в прошлом, что на 1,5⁰С больше средней величины, характерной для всего XX века. Потепление происходит в основном за счет температур зимних месяцев.

Похожие работы

Оценка ресурсов религиозного туризма Калужской области

Скачать

122623

3

3

... даже фотографией. Была в обители и своя типография, где печаталась духовная и образовательная литература. Глава 3. Оценка перспектив развития и потенциала религиозного туризма в Калужской области   3.1 Разработка критериев оценки туристических ресурсов района Для современной рыночной экономики России все более актуальным становится вопрос оптимизации развития региональной экономики, ...

Россия в мировой экономике

Скачать

458839

60

1

... при крайне отсталой про­изводственной базе легкой и пищевой промышленностей, гражданского машиностроения и сельского хозяйства. Каждая из этих проблем по своему осложняет интеграцию России в мировую экономику. Перестройка хозяйственного механизма закономерно сопровождается всплеском инфляции, нехваткой финансовых ресурсов, резким сужением платежеспособности населения многих предприятий. В итоге — ...

Развитие систем земледелия

Скачать

122687

24

0

... ­щихся новых альтернативных систем земледелия. Глубокие изменения в общественно-политической сфере, в со­циально-экономической жизни России определили необходимость совершенствования и развития систем земледелия. Это связано с многоукладностью сельскохозяйственного производства в условиях перехода к рыночной экономике, обострением экологических про­блем на фоне большого количества землевладельцев ...