Анализ многолетней
изменчивости приземной температуры воздуха в районе двинского залива белого
моря за период 1915–2015 гг.
В.В.
Красильникова
Северное управление
по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, г. Архангельск,
Россия
vikakrasilnikova@yandex.ru
Введение
Наряду с исследованием глобальных изменений климата все большее значение приобретает изучение климатических отклонений в отдельных регионах [2].
В
конце ХХ – начале XXI веков наиболее заметные климатические изменения
наблюдаются в Арктическом регионе.
Интерес
к изменениям климата в высоких широтах объясняется тем, что они затрагивают
наиболее важные для человечества факторы – использование морских путей, добыча
полезных ископаемых на морском шельфе, разрушение многолетней мерзлоты. Как
известно, именно в высоких широтах расположены основные очаги климатических
изменений [6].
Приземная
температура воздуха используется как один из основных показателей изменения
климата в высоких широтах Северного полушария. В результате этого в работе проанализирована
многолетняя изменчивость приземной температуры воздуха в районе Двинского
залива Белого моря.
Материалы
и методы обработки данных
Анализ многолетней изменчивости приземной температуры воздуха проводился за период 1915–2015 гг. по данным трех гидрометеорологических станций, которые располагаются в Двинском заливе Белого моря: МГ-2 Жижгин, МГ-2 Зимнегорский Маяк, МГ-2 Мудьюг.
Станции
выбраны в соответствии с необходимыми требованиями:
–
равномерное распределение по территории региона;
–
удаленность крупных промышленных источников;
–
длительность рядов наблюдений;
–
отсутствие пропусков в рядах наблюдений.
Наиболее
однородный ряд данных по основным анализируемым характеристикам относится к
интервалу времени 1915–2015 гг, так как начиная с
1915 г. ряд анализируемых характеристик содержит наименьшее количество
пропусков.
Ниже приведены характеристики, которые были проанализированы в работе:
1)
среднегодовая приземная температура воздуха (ПТВ), ºС;
2) даты устойчивого перехода
среднесуточной температуры воздуха через 0 ºС
весной и осенью.
На
основании собранного массива данных был создан электронный архив, обеспечивающий
быстрый и удобный доступ к анализируемым данным. В него вошли данные по всем
вышеперечисленным характеристикам за период 1915–2015 гг.
В
ходе выполнения работы были использованы данные архива ФГБУ «Северное
УГМС».
Выявление
тенденций многолетнего изменения ПТВ для района Двинского залива Белого моря
проводилось методом скользящего осреднения с шагом 11 лет (с последующим
сдвигом на один год). Выбор периода осреднения в 11 лет обусловлен
существованием цикла изменения солнечной активности [4], а также путем расчета
линейных трендов. Под трендом понимается медленное изменение анализируемой
величины по сравнению с рядом наблюдений. Линейный тренд рассчитан с
использованием линейного уравнения регрессии:
y(t)=
b1∙t +b0,
где y(t)
– среднее значение величин;
b0 – оценка
среднего значения величины, осредненного по рассмотренному временному
интервалу;
b1 – оценка
коэффициента линейного тренда, который равен средней скорости изменения величин
в год на протяжении рассматриваемого временного интервала;
t – время в годах
[2].
Результаты
На
рис. 1‒3 представлен многолетний ход среднегодовой ПТВ, дающий представление
о характере колебаний данной характеристики за период 1915–2015 гг. по
всем анализируемым станциям.
Представленные
графики наглядно отображают внутреннюю структуру двух периодов потепления
климата.
Рис.
1.
Многолетняя изменчивость среднегодовой ПТВ, МГ-2
Жижгин.
Рис.
2.
Многолетняя изменчивость среднегодовой ПТВ, МГ-2 Зимнегорский маяк.
Рис. 3.
Многолетняя изменчивость среднегодовой ПТВ, МГ-2 Мудьюг.
Так,
«первое» потепление приходится на интервал времени 1915–1945 гг. Необходимо
отметить, что в данный временной интервал на фоне общего повышения температуры
выделяются кратковременные периоды понижения температуры («похолодания») с 1920
по 1925 и с 1935 по 1940 год.
Наиболее
интенсивное повышение температуры воздуха наблюдается с 1985 г. по настоящий
промежуток времени – «современный» период потепления. В «современный» период
потепления также наблюдаются кратковременные периоды понижения температуры («похолодания»),
но при значительно меньших амплитудах и временных масштабах по сравнению с
периодом «первого» потепления.
Расчет
линейного тренда среднегодовой ПТВ показывает, что потепление происходит в
среднем для всех анализируемых станций со скоростью 0,012 ºС/год
(или 0,1 ºС/10 лет) и в целом составляет 1,2 ºС/101
год (табл. 1).
Таблица
1. Величины потепления для периода 1915–2015 гг.
|
Станция |
Коэффициент линейного тренда, ºС/год |
|
МГ-2 Жижгин |
0,012 |
|
МГ-2 Зимнегорский Маяк |
0,013 |
|
МГ-2 Мудьюг |
0,012 |
Рассматривая
проявление потеплений для интервалов времени 1915–1945 и 1985–2015 гг.,
можно утверждать, что в период каждого из потеплений наблюдается более
интенсивное повышение температуры воздуха, чем за весь анализируемый период
1915–2015 гг.
Так,
для «первого» потепления коэффициент линейного тренда среднегодовой ПТВ
составляет в среднем 0,02 ºС/год, для
«современного» потепления – 0,06 ºС/год. Исходя из
полученных данных можно сделать вывод, что «современное» потепление
происходит со скоростью значительно выше скорости «первого» потепления для всех
анализируемых станций (табл. 2).
Таблица 2. Сравнение периодов
потепления в районе Двинского залива
Белого моря
|
Станция |
Коэффициент линейного тренда, ºС/год |
|
|
1915–1945 гг. |
1985–2015 гг. |
|
|
МГ-2 Жижгин |
0,02 |
0,05 |
|
МГ-2 Зимнегорский Маяк |
0,02 |
0,06 |
|
МГ-2 Мудьюг |
0,02 |
0,07 |
Для оценки изменения
термических условий «современного» периода необходимо проводить их сравнение с
нормой за единичный период. В качестве стандартного периода для оценки
климатических переменных, характеризующих текущий или современный климат, по
рекомендации Всемирной Метеорологической Организации (ВМО) используется период
в 30 лет. В настоящее время это период 1961–1990 гг. [2].
Анализируя период
«современного» потепления, можно утверждать, что среднегодовая ПТВ за период
1985–2015 гг. в среднем выше нормы (1961–1990 гг.) на 0,8 ºС для всех анализируемых станций (табл. 3).
Таблица 3. Сравнение среднегодовой ПТВ за период 1985–2015 гг. с
нормой 1961–1990 гг.
|
Станция |
Норма ПТВ, ºС (1961–1990
гг.) |
Среднегодовая ПТВ, ºС (1985–2015
гг.) |
Аномалия, ºС |
|
МГ-2 Жижгин |
1,00 |
1,72 |
+0,72 |
|
МГ-2 Зимнегорский Маяк |
0,80 |
1,50 |
+0,70 |
|
МГ-2 Мудьюг |
0,60 |
1,49 |
+0,89 |
Изучение климатических
особенностей дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0 ºС весной и осенью, являющихся границами теплого
и вегетационного сезонов, представляет большую значимость при рассмотрении
сезонной динамики природных процессов [2, 3].
Для оценки наблюдаемых
изменений дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0 ºС рассчитаны средние даты за периоды 1915–1945 и
1985–2015 гг. в весенний и осенний сезоны соответственно (в табл. 4, 5).
Таблица 4. Дата перехода среднесуточной температуры воздуха
через 0 ºС весной
|
Станция |
Дата перехода
среднесуточной температуры |
|
|
1915–1945 гг. |
1985–2015 гг. |
|
|
МГ-2 Жижгин |
28 апреля |
20 апреля |
|
МГ-2 Зимнегорский Маяк |
26 апреля |
17 апреля |
|
МГ-2 Мудьюг |
26 апреля |
18 апреля |
Таблица 5. Дата перехода среднесуточной температуры воздуха
через 0 ºС осенью
|
Станция |
Дата перехода
среднесуточной температуры |
|
|
1915–1945 гг. |
1985–2015 гг. |
|
|
МГ-2 Жижгин |
9 ноября |
9 ноября |
|
МГ-2 Зимнегорский Маяк |
29 октября |
5 ноября |
|
МГ-2 Мудьюг |
29 октября |
5 ноября |
Анализ двух временных
периодов 1915–1945 и 1985–2015 гг. показывает, что переход среднесуточной
температуры воздуха через 0 ºС весной за
последний 31 год в среднем происходил раньше на 8–9 дней для всех анализируемых
станций. Переход среднесуточной температуры воздуха через 0 ºС
осенью также за последний 31 год в среднем наблюдался позже на 8 дней только
для МГ-2 Зимнегорский Маяк и МГ-2 Мудьюг. Дата перехода среднесуточной температуры
воздуха через 0 ºС осенью для МГ-2 Жижгин не
изменилась.
Рассматривая тенденции
изменения дат перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 ºС весной и осенью для двух временных периодов
1915–1945 и 1985–2015 гг., можно сделать вывод, что для района Двинского залива
Белого моря преобладает тенденция смещения повышения среднесуточной температуры
воздуха весной на более ранние сроки, а сроки понижения среднесуточной
температуры воздуха осенью смещаются на более поздние сроки.
Данные изменения сроков
перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 ºС
весной и осенью за последние 100 лет (1916–2015 гг.) можно рассмотреть на
примере МГ-2 Мудьюг (рис. 4, 5).
Рис. 4. Многолетняя изменчивость даты перехода
среднесуточной температуры
воздуха через 0 ºС весной для МГ–2 Мудьюг.
Рис. 5 Многолетняя изменчивость даты перехода среднесуточной
температуры
воздуха через 0 ºС осенью для МГ-2 Мудьюг.
Оценка трендов
изменчивости дат перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 ºС весной и осенью для МГ-2 Мудьюг за последние
100 лет указывает на то, что коэффициент линейного тренда следует рассматривать
как среднюю скорость изменения исследуемой переменной на рассматриваемом
отрезке времени [5].
Полученные графики
отображают наличие отрицательного тренда изменения дат перехода среднесуточной
температуры воздуха через 0 ºС весной и
положительного тренда изменения дат перехода среднесуточной температуры воздуха
через 0 ºС
осенью. Данные выводы подтверждают, что «современный» период времени
характеризуется более ранними и поздними сроками перехода среднесуточной
температуры воздуха через 0 ºС весной и
осенью соответственно.
В результате анализа
тенденций изменения дат перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 ºС весной и осенью для МГ-2 Мудьюг можно сделать
вывод, что скорость смещения дат в среднем достигает 10 дней за 100 лет.
Выводы
Анализ данных
наблюдений МГ-2 Жижгин, МГ-2 Зимнегорский Маяк и МГ-2 Мудьюг за период
1915–2015 гг. показал, что тенденция потепления климата подтверждается
ростом температуры воздуха как в целом за год, так и за многолетний период
времени. Это говорит о том, что многолетнее изменение приземной температуры
воздуха для района Двинского залива Белого моря имеет однонаправленный
характер.
Так, изменение
приземной температуры воздуха происходит со скоростью 0,012 ºС/год
(или 0,1 ºС/10 лет) и в целом составляет 1,2 ºС/101 год для всех
анализируемых станций.
Полученные результаты
подтверждают наличие двух периодов потепления, наблюдавшихся в 1915–1945 и 1985–2015 гг. На основе полученных
в ходе работы количественных оценок среднегодовой приземной температуры воздуха
можно утверждать, что «современное» потепление (1985–2015 гг.) является более мощным по
сравнению с «первым» потеплением (1915–1945 гг.).
Рассматривая тенденции
изменения дат перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 ºС
весной и осенью для двух временных периодов 1915–1945 и 1985–2015 гг., необходимо отметить, что для
территории Двинского залива Белого моря преобладает тенденция смещения
весеннего повышения среднесуточной температуры воздуха на более ранние сроки, а
сроки осеннего понижения среднесуточной температуры воздуха смещаются на более
поздние сроки.
Все результаты,
полученные в ходе работы, свидетельствуют о тенденции смягчения климата в районе
Двинского залива Белого моря в конце ХХ – начале XXI веков.
Список
литературы
1. Иванов Б.В., Павлов
А.К., Андреев О.М., Журавский Д.М., Священников П.Н. Исследование
снежно-ледового покрова залива Грён-Фьорд (арх.
Шпицберген): исторические данные, натуральные исследования, моделирование //
Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. № 2 (92). С.43-54.
2. Казанцева З.К. Водовозова Т.Е. Исследовать современные наблюдаемые
изменения климата на территории Северного УГМС: Отчет о научно-исследовательской
работе. Архангельск, 2003. 88 с.
3. Мирвис В.М., Гусева И.П., Мещерская А.В. Тенденции изменения
временных границ теплого и вегетационного сезонов на территории бывшего СССР за
длительный период // Метеорология и гидрология. 1996. № 9. С. 106-119.
4. Монин А.С. Прогноз
погоды как задача физики. М.: Наука, 1969. 184 с.
5. Оценочный доклад об
изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Том 1:
Изменения климата. М.: Росгидромет, 2008. 227 с.
6. Фролов И.Е.,
Гудкович З.М., В.П. Карклин, В.М. Смоляницкий. Изменение климата Арктики и
Антарктики – результат действия естественных причин // Проблемы Арктики и
Антарктики. 2010. № 2 (85). С. 52-61.
References
1. Ivanov B.V., Pavlov A.K., Andreev O.M., Zhuravskii D.M.,
Svyashchennikov P.N. Issledovanie snezhno-ledovogo
pokrova zaliva Gren-F'ord (arkh. Shpitsbergen): istoricheskie dannye, natural'nye
issledovaniya, modelirovanie [Investigation of snow and ice cover in
Grønfjorden (Spitsbergen): historical data, in situ observations and
modelling]. Problemy
Arktiki i Antarktiki [Problems of Arctic and
Antarctic], 2012, no. 2 (92), pp. 43-54 [in Russ.].
2. Kazantseva Z.K. Vodovozova T.E.
Issledovat' sovremennye nablyudaemye izmeneniya klimata na
territorii Severnogo UGMS: Otchet o nauchno-issledovatel'skoi rabote. Arkhangel'sk, 2003, 88 р. [in Russ].
3. Mirvis V.M., Guseva I.P.,
Meshcherskaya A.V. Tendentsii izmeneniya vremennykh granits
teplogo i vegetatsionnogo sezonov na territorii byvshego SSSR za dlitel'nyi
period. Russ. Meteorol. Hydrol., 1996, no. 9, pp. 106-119. [in
Russ].
4. Monin A.S. Prognoz pogody kak zadacha fiziki. Moscow:
Nauka Publ., 1969, 184 p. [in
Russ.].
5. Otsenochnyi doklad ob izmeneniyakh klimata i ikh posledstviyakh na territorii Rossiiskoi Federatsii. Tom 1: Izmeneniya
klimata. Moscow: Rosgidromet Publ., 2008, 227 р. [in Russ.].
6. Frolov I.E.,
Gudkovich Z.M., V.P. Karklin, V.M. Smolyanitsky. Izmenenie
klimata Arktiki i Antarktiki – rezul'tat deistviya estestvennykh prichin
[Climate change in the Arctic and Antarctic – result of natural causes. Problemy Arktiki i Antarktiki [Problems of Arctic and Antarctic], 2010, no. 2 (85), pp. 52-61 [in Russ.].
Поступила
в редакцию 27.04.2018 г.