CC BY
41
ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КАМЧАТКИ И СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА, 2015, вып. 37
УДК 551.583.1 DOI: 10.15853/2072-8212.2015.37.21-32
ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА БАССЕЙНА РЕКИ ПЕНЖИНЫ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX - НАЧАЛЕ XXI ВВ. О.А. Шиловцева, Н.Н. Шабанова, Н.К. Кононова*
Зав. лаб., мл. н. с., Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1
Тел.: (495) 939-24-79, 939-25-26
E-mail: shil_o@mail.ru, nat.volobuyeva@gmail.com
*Вед. ин^ж., Институт географии РАН
117017Москва, Вавилова, 37, 33
Тел.: (499) 129-04-74
E-mail: ninakononova@yandex. ru
РЕГИОНАЛЬНЫЙ КЛИМАТ, КАМЧАТКА, РЕКА ПЕНЖИНА, ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА, ОСАДКИ, РЕАНАЛИЗ ERA INTERIM, ТИПИЗАЦИЯ ДЗЕРДЗЕЕВСКОГО, РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС
Рассмотрен временной ход температуры воздуха и осадков за весь период наземных наблюдений на трех метеорологических станциях Пенжинского района Камчатского края — Каменское, Слаутное и Верхне-Пенжино. Данные наблюдений сопоставлены с материалами реанализа ERA Interim. Проанализирована временная изменчивость радиационных и циркуляционных факторов, формирующих климат, тенденции изменения которых согласуются с трендами метеорологических параметров. За период с 1950 г. по 2013 г. в бассейне Пенжины средняя за год температура воздуха выросла на 1 °С. Рост средней за месяц температуры с уровнем значимости Р менее 0,1 отмечен в девяти месяцах из двенадцати, причем потепление наиболее заметно в мае-августе (P<0,01). Однако в январе заметно холодает (на 6,5 °С за этот же период). Отрицательный тренд годового количества осадков составил 80 мм за период 1966-2013 гг., Р=0,1. Наиболее заметно уменьшение осадков зимой (Р<0,05), в теплое время года в ряде месяцев количество осадков незначительно возросло. Расчеты по ERA Interim хорошо воспроизводят межгодовые колебания температуры воздуха, удовлетворительно — колебания осадков, несколько завышая абсолютные значения.
PENZHINA RIVER BASIN CLIMATE CHANGE DURING THE SECOND HALF
OF THE XX - THE BEGINNING OF THE XXI CENTURIES
O.A. Shilovtseva, N.N. Shabanova, N.K. Kononova*
Head of the lab., researcher, Lomonosov Moscow State University
119991 Moscow, GSP-1, Leninskie Gori, 1
Tel.: (495) 939-24-79, (495) 939-25-26
E-mail: shil_o@mail.ru, nat.volobuyeva@gmail.com
*Leading engineer, Institute of Geography, RAS
117017Moscow, Vavilova, 37, 33
Tel.: (499) 129-04-74
E-mail: ninakononova@yandex. ru
REGIONAL CLIMAT, KAMCHATKA, PENZHINA RIVER, SURFACE AIR TEMPERATURE, PRECIPITATION, REANALIS ERA INTERIM, TYPISATION OF DZERDZEYEVSKY, NET RADIATION
The time course of air temperature and precipitation for the whole period of ground-based observations at three meteorological stations of Penzhinsky District of Kamchatsky Krai — Kamensky, Slautnoe and Verkhnyaya Penzhina were examined. These observations were compared with reanalysis ERA Interim data. Temporal variability of radiation and circulating factors forming the climate change were analyzed. Their tendencies are agree well with trends of meteorological parameters. During the period 1950-2013 in the basin of Penzhina climate became warmer on the 1 °C. The average monthly temperature increase is marked in the nine months of 12 (significance level P less than 0.1). During the May-August the warming is most noticeable (P< 0.01). However, in January there is significantly colder (on the 6.5 °C over the same period). At the same time, the yearly amount of precipitation decreased by 80 mm (for the period 1966-2013, P=0.1). In winter the decrease of precipitation is the most significant (P<0.05), during the warmer period of the year the increase of precipitation takes place in the some of months. Calculations by ERA Interim well reproduce the interannual air temperature fluctuations, satisfactory — fluctuations in precipitation, somewhat overestimated the absolute values.
Северная часть Дальнего Востока — один из са- быстро меняющимся ледовым покровом и высо-
мых сложных географических объектов в России. кими приливами, — все это определяет чрезвы-
Обширные пустынные таежные и тундровые про- чайно многообразную, мозаичную и динамичную
странства, скованные вечной мерзлотой, высокие природную систему. Климат — важнейший ее
и протяженные горные системы с ледниками, раз- элемент, поскольку он, формируясь под воздей-
деленные глубокими долинами мощных рек, мно- ствием как глобальных закономерностей атмос-
гочисленные озера и болота, неспокойные моря с ферной циркуляции, так и локальных орогидро-
графических особенностей, оказывается и одним из основных факторов функционирования экосистем. На фоне современных климатических изменений особое значение приобретает анализ их региональных тенденций, основанный не только на материалах наземных наблюдений, которых в столь сложном районе всегда недостаточно, но и на результатах моделирования. В бассейне Пен-жины, где располагается всего три пункта наблюдений, подобные работы приобретают особый интерес. Поэтому в программу комплексной экспедиции 2014 г., организованной ВНИРО, Камчат-НИРО и МГУ им. М.В. Ломоносова, были включены климатические исследования. Их главная цель — оценка изменений климата бассейна Пен-жины во второй половине ХХ - начале XXI века.
Работ, посвященных изучению климата Камчатки, очень немного (Кондратюк, 1974, 1983), в последние годы исследования проводятся в Дальневосточном федеральном университете (г. Владивосток) (Шкаберда, Василевская, 2013; Шкабер-да и др., 2014а; Шкаберда и др., 2014б; Шкаберда, 2014).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Основой для анализа послужили результаты многолетних наблюдений на двух метеорологических станциях Пенжинского района, размещенные на сайте ВНИИГМИ-МЦД (www.meteo.ru) (станции Каменское, Верхне-Пенжино), данные о погоде с сайта «Расписание погоды» (http://rp5.ru) и справочника (Климат России, 2011). По станции Сла-утное данные ежегодных наблюдений отсутствуют, опубликованы лишь многолетние средние. Каменское, Слаутное и Верхне-Пенжино находятся в нижнем, среднем и верхнем течении Пенжины соответственно. Все они труднодоступные, в рядах
наблюдений имеют место значительные пропуски, особенно после 2000 г. (табл. 1). В первую очередь это касается далекой станции Верхне-Пенжино, что затрудняет анализ современных изменений климата для огромной слабо освещенной метеорологическими данными территории.
Сопоставление данных наблюдений с данными реанализа
Поскольку в XXI в. в материалах наблюдений было много пропусков, то встал вопрос о возможности как-то их заполнить. Интерполяция между наблюдениями Каменского и Верхне-Пенжино не решало проблемы, т. к. часто наблюдения отсутствовали одновременно. Кроме того, расстояние между станциями велико, и их разделяет Ичигем-ский хребет высотой до 1450 м. Поэтому пропуски в рядах среднемесячной температуры воздуха и осадков для Каменского восстановлены с применением реанализа ERA Interim (http://www.ecmwf. int/en/research/dimate-reanalysis/era-mterim) (Dee et al., 2011). Данные реанализа сравнивались с данными наблюдений для оценки их качества, поскольку при отсутствии реальных наблюдений реанализ остается единственным источником информации о климате.
Сопоставление результатов наблюдений с расчетной средней за месяц температурой воздуха или месячной суммой осадков на основе реанали-за в точке сетки, наиболее близко располагающейся к метеостанции Каменское за период 19792013 гг., позволило получить эмпирические зависимости между ними. Коэффициенты корреляции для температуры воздуха не опускались ниже 0,92, тогда как для осадков они были значительно ниже и, наоборот, не превысили 0,9 (рис. 1). Уменьшение точности восстановления температуры воздуха в летнее время связано с неоднородностью подсти-
Таблица 1. Периоды наблюдений метеорологических параметров в Пенжинском районе Камчатского края
Метеорологический параметр Каменское, Слаутное, Верхне-Пенжино,
10 м над у. м. 44 м над у. м. 324 м. над у. м.
Температура воздуха, °С 1949-2000, 2000...2007, 1961-2006 1944-2000, 2001.2012
2008-2013
Осадки, мм 1966-2000, 2001.2007, 1966-2000 1966-2000, 2001.2012
2008-2013
Давление воздуха на уровне 1966-2000, 2001.2007, 1961-2005 1961-2005
станции, ГПа 2008-2013
Продолжительность солнечного 1963.2012 1971-2000 1961-2000
сияния, час
Упругость водяного пара, ГПа 1953-2000, 2000 . 2007, 1966-2005 1966-2005
2008-2013
Снежный покров, см 1966-2008 1966-2009 1966-2005
Облачность, балл 1977-2003 1977-2004 1977-2000
Ветер, румбы, м/с 1966-2005 1966-2005 1966-2005
Примечание. Цветом выделены данные справочника (Климат России, 2011). Годы, разделенные точками, а не тире, обозначают периоды, в которых имели место значительные пропуски в данных
лающей поверхности, тогда как в холодное время года благодаря снежному покрову она более однородна.
Связь между месячными суммами рассчитанных осадков по модели и наблюдениям значительно хуже, чем для средних за месяц температур воздуха (рис. 1). Так как осадки — один из самых сложно воспроизводимых метеорологических параметров, восстановление их рядов затруднено.
Рис. 1. Годовой ход коэффициентов корреляции между расчетными и наблюденными величинами средней за месяц температуры воздуха (1, °С) и суммы осадков за месяц (мм), Каменское
" ■
и £ £
Щ)
«ю
400 200
~ ЕКЛ 1п1сгш наблюдений
В 0
я
— — — — - - — — — — — П N N М »
Н<Л Щгчт —юлс|
Рис. 2. Сопоставление многолетнего хода средней годовой температуры воздуха (А) и годовой суммы осадков (Б) по наблюдениям и данным реанализа
Рис. 3. Годовой ход среднего за месяц балла общей облачности по данным наблюдений на ст. Каменское (1977-2003) и реанализу (1979-2003)
Поэтому там, где пропуски в наблюдениях многочисленны (Верхне-Пенжино), они не заполнялись.
Коэффициент корреляции между наблюдениями и расчетом для средних за год температур воздуха высок (0,97), и их изменения от года к году за 1979-2013 гг. практически совпадают (рис. 2А). Расчетные величины температуры выше данных наблюдений в среднем на 1 °С, разница между ними колебалась от 0,5 °С (1996) до 1,5 °С (1989).
Годовые суммы осадков по модели и непосредственным наблюдениям согласуются в меньшей степени: коэффициент корреляции между ними 0,71. Их межгодовые изменения совпали в 85% случаев, и только в 15% прослеживается несовпадение тенденций изменения от года к году осадков по наблюдениям и реанализу. Данные расчета превышают наблюдения в среднем на 122 мм, изменяясь от 235 мм в 1981 г. до 6 мм в 2010 г. Только в двух случаях измеренные осадки оказались меньше расчетных: в 1980 г. — на 30 мм, и в 2008 г. — на 61 мм (рис. 2Б).
Также сопоставлены расчетные и фактические данные по общей облачности (рис. 3). Среднее годовое количество облачности совпало очень хорошо: и по данным реанализа, и по данным наблюдений оно равно 7 баллам. В годовом ходе наибольшие превышения модельных данных над фактическими составили 1,2-1,1 балла в марте и апреле. В июне-августе, наоборот, наблюдения превысили расчет на 1 балл. Наилучшее совпадение между этими параметрами наблюдается в зимнее время.
Таким образом, моделирование хорошо воспроизводит межгодовую динамику температуры воздуха и удовлетворительно — годовой суммы осадков. Но расхождения между реальными и расчетными абсолютными значениями параметров могут быть довольно существенными.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Особенности радиационного режима
Поскольку климат местности формируется, главным образом, радиационным режимом и региональными особенностями циркуляции атмосферы, рассмотрим вначале, как меняются эти два основных фактора во времени.
Бассейн р. Пенжины расположен в северной климатической подобласти полуострова Камчатка и характеризуется резко континентальным климатом, ведущую роль в формировании которого
играют процессы сезонного радиационного нагрева и выхолаживания, а роль циркуляционных условий значительно меньше (Кондратюк, 1974). К сожалению, в Пенжинском районе никогда не проводились актинометрические исследования. В 1970-е гг. появились оценки средних величин составляющих радиационного баланса косвенными методами (Кондратюк, 1974).
Нами на основе реанализа ERA Interim получены оценки составляющих радиационного баланса и их трендов за период 1979-2013 гг. для точки сетки, ближайшей к станции Каменское (рис. 4).
Суммарная радиация за год (Q) — основная приходная часть баланса коротковолновой радиации — по данным расчетов составила около 3300 МДж/м2. В годовом ходе она изменяется от 8-15 МДж/м2 в декабре до 470-705 МДж/м2 в мае. Подобный сдвиг максимума в годовом ходе суммарной радиации объясняется наличием снежного покрова в мае, что значительно увеличивает отраженную радиацию. Ее линейный тренд за последние 35 лет практически не выражен, хотя и имеет положительную тенденцию (рис. 5А).
Коротковолновый радиационный баланс (RB) на данной территории (разность между приходящей суммарной и отраженной от земной поверхности радиацией, или поглощенная радиация) со-
ставляет 2300-2500 МДж/м2, возрастая в годовом ходе от 3-8 МДж/м2 в декабре до 340-590 МДж/м2 в июне. Линейный тренд этой величины в бассейне Пенжины практически отсутствует, хотя и имеет слабую тенденцию к уменьшению в силу того, что отраженная радиация за этот период увеличилась (рис. 5Б).
Длинноволновый баланс (В1) (разность между тепловыми потоками от земной поверхности и противоизлучением атмосферы, или эффективное излучение, характеризующее потерю тепла земной поверхностью) составил около -1200 ^ -1300 МДж/м2. Для этого параметра прослеживается отрицательная тенденция, причем уровень значимости линейного тренда довольно высок (0,07) (рис. 5В). Это происходит за счет того, что растет по модулю собственное излучение земной поверхности, т. к. тренд в многолетнем ходе противоизлучения атмосферы отсутствует.
Общий радиационный баланс (В) (т. е. соотношение между коротковолновым и длинноволновым балансом) за год положителен (т. е. приход энергии больше, чем ее расход) и составляет 9501000 МДж/м2, изменяясь от -147 - -43 МДж/м2 в декабре до +235 ^ +400 МДж/м2 в июне. В то же время отмечен статистически значимый тренд к уменьшению годовой суммы радиационного баланса с высокой степенью вероятности — 0,02.
ERA Interim: узлы сетки с шагом 0.75° Каменское (62.48 с.ш., 166.08 в.д.) 165.75 в.д.
60.375°N 59.625°N 58.875°N 58.125°N 57.375°N
ш ш ш ш LU
ОООООООФОООООООООеО
СО Ю СО -ч— СО Ш СО t- СО CD СО ч— СО CD СО
drrNrittw^^NeioorNnri^wfflm^aialm
m ld ID г^ см n аз
Ш 1Л ш CN Г-- C\J СО *— СО CD СО
Рис. 4. Расположение точки расчета по модели ERA Interim и метеорологической станции Каменское
Это позволяет сделать вывод, что в бассейне Пенжины наблюдается тенденция к уменьшению количества энергии, которая впоследствии расходуется на разные природные процессы: испарение, турбулентность, нагрев почвы, воды и т. д. Данное заключение достаточно неожиданно, т. к., по общим соображениям, потепление климата должно сопровождаться ростом радиационного баланса. Для прояснения этого противоречия необходимы дальнейшие исследования.
Особенности циркуляции атмосферы
Динамика циркуляционных процессов — второй важный фактор формирования климатического режима территории.
Зимой основное влияние на погоду в Пенжин-ском районе оказывает Колымский отрог Сибирского антициклона, что приводит к преобладанию морозной и ясной погоды (Кондратюк, 1974).
Весной сезонный максимум начинает разрушаться и к маю исчезает совсем, области антициклогенеза формируются над Охотским и Беринговым морями. В целом циркуляция весной характеризуется большой изменчивостью и сочетанием как зимних, так и летних типов. Перестройка термобарического поля на летние условия заканчивается в среднем к июню. Сибирский максимум сменяется Азиатской термической депрессией, а над океаном основным центром действия становится усилившийся и сместившийся к северу Северотихоокеанский максимум. Неглубокие терми-
ческие депрессии могут образовываться и над северной частью полуострова. Значительную роль в формировании погоды играет антициклон, который формируется над Охотским морем и перемещается, как правило, с севера на юг.
Осенью циклоническая деятельность, весьма интенсивная летом, ослабевает, сменяясь к октябрю областью повышенного давления. Начинается разрушение и заполнение Азиатской депрессии, которая к октябрю исчезает совсем, но углубляется Алеутская депрессия, т. к. Северотихоокеанский максимум ослабевает и смещается к югу. В сентябре растет циклогенез в районе Охотского моря, максимум которого к октябрю смещается в его северо-восточную часть (Кондратюк, 1974).
Понятно, что год от года закономерности циркуляционных процессов несколько меняются, поэтому для понимания причин и особенностей изменений метеорологических параметров мы проанализировали динамику циркуляционных процессов во времени. Для этого использована типизация циркуляции атмосферы, разработанная для Северного полушария под руководством Б.Л. Дзердзеевского (Дзердзеевский и др., 1946; Дзердзеевский, 1970). Она позволяет проследить динамику элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ) за период с 1899 г. по настоящее время (Кононова, 2009).
В этой типизации ЭЦМ объединены в четыре группы циркуляции для Северного полушария в целом: зональную (с антициклоном на полюсе, без
Рис. 5. Многолетние изменения годовых сумм суммарной солнечной радиации (А), коротковолнового радиационного баланса (Б), длинноволнового баланса (В) и общего радиационного баланса (Г) по данным реанализа ERA Interim в точке, ближайшей к метеорологической станции Каменское
блокирующих процессов), нарушения зональности (один блокирующий процесс в каком-либо секторе), меридиональную северную (2-4 блокирующих процесса) и меридиональную южную (циклон на полюсе, без блокирующих процессов, 3-4 одновременных выхода южных циклонов) (Дзердзеев-ский, 1968).
Выделено три циркуляционные эпохи: меридиональная северная (1899-1915), отличающаяся отрицательными отклонениями среднегодовой температуры воздуха на всей Земле, зональная (1916-1956), когда произошло потепление Арктики, и меридиональная южная (1957 — по настоящее время), на которую приходится последнее потепление (Кононова, 2015).
Аналогичные группы циркуляции определены для шести секторов Северного полушария (Дзердзеев-ский, 1970; Кононова, 2009). Бассейн Пенжины расположен в северной части Дальневосточного сектора (120°-170° в. д.). В нем выделяются только две циркуляционные эпохи. Первая — зональная с преобладанием широтных процессов, которая длилась с начала ХХ века до конца 1950-х годов, а затем наступила меридиональная эпоха, в течение которой долготная циркуляция проявлялась в значительной степени выходом южных циклонов. Она продолжается по настоящее время.
В Дальневосточном секторе выделено три обобщенных типа циркуляции: широтная, включающая широтную западную в сочетании с долготной южной, и широтную западную в сочетании со стационарным положением (ШЗ) со средней продолжительностью 192 дня в году; долготная северная в сочетании с долготной южной (ДСДЮ) со средней продолжительностью 113 дней
в году; долготная южная (ДЮ) с преобладанием южных циклонов и со средней продолжительностью 55 дней в году за период 1899-2012 гг.
В первой половине ХХ века, как и на всем Северном полушарии, в северных широтах преобладало перемещение западных циклонов, т. е. преобладал широтный тип циркуляции. Суммарная годовая продолжительность этой группы циркуляции составляла 200-250 дней (рис. 6). Во второй половине ХХ века и в первое десятилетие XXI века ее продолжительность сократилась до 100-170 дней в году. Зато практически до такого же уровня выросла продолжительность долготной южной циркуляции. Максимальной повторяемости этот процесс достиг в самом конце прошлого - начале настоящего столетия, но примерно с середины
Рис. 6. Отклонения суммарной продолжительности групп циркуляции в Дальневосточном секторе от средней за 1899-2012 гг.: ДЮ — долготная южная; ШЗ — широтная западная, ДСДЮ — долготная северная в сочетании с долготной южной. Пятилетние скользящие средние. По оси ординат отложена амплитуда, равная разности между повторяемостью типа циркуляции в конкретный год и средней повторяемостью за период 1899-2012 гг.
первого десятилетия нынешнего века его повторяемость снова несколько уменьшилась, уступая место широтным формам циркуляции. В настоящее время южные меридиональные потоки опять активизировались (рис. 6).
Если анализировать многолетнюю динамику циркуляционных процессов по сезонам года, то хорошо видно, что в теплое время года вышеописанные закономерности сохраняются, а в холодное — несколько изменились. Так, совершенно очевидна тенденция к уменьшению южной меридиональной составляющей, начиная с 2000-х гг., и увеличение повторяемости как широтной, так и долготных северных типов циркуляции (рис. 6).
Общая характеристика бассейна р. Пенжины
Краткая климатическая характеристика бассейна р. Пенжины составлена на основе данных наблюдений трех вышеупомянутых станций (табл. 2).
Верхне-Пенжино располагается в верховьях реки, где климат наиболее континентальный и самый холодный. Зимой температурный фон на 3-5 °С ниже, чем в Слаутном, и на 5-6 °С ниже, чем в Каменском. Летом различия гораздо меньше и не превышают 1 °С, причем в Каменском и Верхне-Пенжино температуры близки, а в Слаутном — самая высокая (14 °С в июле). Кроме того, именно в Сла-
утном самый продолжительный период с положительными температурами (табл. 2).
Наибольшее количество осадков выпадает в Каменском, ближе расположенном к устью реки. Сравнение двух периодов осреднения наглядно демонстрирует повсеместное уменьшение количества осадков. В годовом ходе наименьшее их количество зимой выпадает в Слаутном, летом — в Верхне-Пенжино (самая удаленная от моря станция).
Это хорошо объясняет и особенности залегания снежного покрова по территории. В районе Слаутного в течение зимы снега оказывается почти в два раза меньше, чем на двух других станциях (рис. 7, табл. 2).
Более сильные ветры также дуют в самом близком к устью реки районе: в Каменском средняя за год скорость ветра в 2,5 раза больше, чем в Верх-не-Пенжино, причем эти различия сохраняются в течение всего года. В устьевой области Пенжины
Верхне-Пенжино -»-Слаутное -*- Каменское
Рис. 7. Изменение по декадам средней высоты снежного покрова
Таблица 2. Климатические характеристики бассейна р. Пенжины (Климат России, 2011) — годовые выводы
|Период наблюдений| Верхне-Пенжино | Слаутное | Каменское
Температура воздуха, °С 1961- 1990 -10,1 -7,4 -6,9
197- 2000 -9,8 -7,3 -6,7
Средняя продолжительность периода с темпе- 146/107 161/124 148/118
ратурой воздуха >0 °С / >5 °С
Осадки, мм 1961- 1990 333 297 436
1971- 2000 281 290 388
Число дней с осадками >1 мм 1961- 1990 76 70 83
1971- 2000 66 67 80
Атмосферное давление на уровне станции, ГПа 1961- 1990 1014,8 1012,3 1011,6
1971- 2000 972,6 1006,7 1010,2
Упругость водяного пара, ГПа 1961 1990 3,9 4,4 4,6
1971- 2000 3,9 4,5 4,8
Продолжительность солнечного сияния, час 1961 1990 1783 - 1792
1971- 2000 ОППч 1797 1 1 1927 1 Л 1757 Л л
Скорость ветра, м/с Среднее число дней с ветром >15 м/с 1966 1966 -2005 -2005 1,7 4,9 3,4 34,6 4,4 56,5
Облачность, балл общая 1977 -2004 6,3 6,7 7,0
нижняя 4,3 2,1 4,1
Среднее число ясных дней по нижней облачно- 1977 -2004 144 162 178
сти Среднее наибольшая высота снежного покрова 1966 -2009 62 34 60
за декаду, см
Число дней со снежным покровом 1966 -2009 226 204 211
преобладают ветры восточного и северо-восточного направлений, в среднем течении максимум повторяемости приходится на север и северо-восток, а в верховьях к северным румбам добавляется северо-запад.
Количество облаков нарастает по мере продвижения от верховьев к устью реки (табл. 2). Соответственно условиям циркуляции, в годовом ходе минимальное количество облаков наблюдается зимой, а максимум приходится на середину лета. Самая малооблачная погода характерна для среднего течения Пенжины.
Таким образом, в бассейне реки климатические условия значительно изменяются в зависимости от географического положения.
Тенденции изменения метеорологических параметров
Проанализируем тенденции изменения некоторых метеорологических параметров в связи с описанными выше изменениями основных клима-тообразующих факторов (радиационных условий, циркуляции атмосферы).
Рассмотрим вначале многолетний ход температуры воздуха на примере данных наблюдений на двух станциях — Верхне-Пенжино и Каменское (рис. 8). Закономерности изменения температурного режима в целом за год на двух станциях практически аналогичны, т. е. формируются главным образом под влиянием макропроцессов. Влияние местных условий проявляется в том, что температурный режим Верхне-Пенжино гораздо более суров (рис. 8А).
До начала 1990-х годов тенденция изменения среднегодовой температуры воздуха практически отсутствует, тогда как в последнее десятилетие XX и первое десятилетие XXI веков отмечается ее заметный рост. В 1996, 2003 и 2007 гг. на станции Каменское аномалии среднегодовых температур (в качестве нормы ис-
пользован базовый период 1961-1990 гг.) превысили 2,5 °С, хотя до этого были менее 2 °С (рис. 8Б). С начала XXI века и по настоящее время отрицательные аномалии не наблюдались. Подобное интенсивное потепление в этот период можно объяснить ростом продолжительности действия южных циклонов, выносивших теплый воздух низких широт в умеренные и высокие широты (увеличение повторяемости долготной южной циркуляции, рис. 6). Современная тенденция изменения температуры воздуха — некоторая стабилизация после резкого повышения в 1981-1998 гг.
О росте продолжительности влияния анти-циклональной циркуляции свидетельствует и тенденция к увеличению годовой амплитуды температуры воздуха, равной разности между среднемесячной температурой самого теплого и самого холодного месяцев в году. Для Каменского линейный тренд этой величины положителен и статистически значим с уровнем значимости 0,01 (рис. 8В). Хорошо видно, что континентальность климата выражена более значительно в Верхне-Пенжино, чем в нижнем течении реки.
В многолетнем ходе годовых сумм осадков за период 1966-2013 гг. прослеживается уменьше-
Рис. 8. Многолетний ход среднегодовой температуры воздуха (А), ее аномалии (А!) (Б) и амплитуды (Ам) (В) на станциях Каменское и Верхне-Пенжино
Анализ тенденций изменения среднемесячной температуры воздуха выявил достаточно неожиданное (на фоне повышения годовых температур) похолодание зимних месяцев, причем если в декабре и феврале оно статистически незначимо, то в январе отрицательный тренд температуры воздуха значим (уровень значимости 0,004) и максимален за год — 1 °С/10 лет (табл. 3, рис. 10А). Впол-
ние увлажнения территории на фоне квазициклических колебаний (рис. 9). Западные и южные циклоны либо заполнялись по пути и не достигали Пенжины, либо приходили ослабленными и приносили мало осадков (Кононова, 2009). Для региона вообще характерно небольшое количество осадков: в среднем сумма за год — 300400 мм. Максимум в 1960-1980-е гг. приходится на период увеличения повторяемости меридиональных типов циркуляции и уменьшения — западной (рис. 6). Минимальное количество осадков за год выпало в 1995 г. (резкий рост долготной южной группы циркуляции). В дальнейшем ослабление южных потоков и некоторое усиление зональных процессов обусловили наблюдаемое в последнее десятилетие увеличение осадков.
Значительно уменьшилось среднегодовое давление на ст. Каменское: тренд составил 0,4 ГПа/10 лет, R2 = 0,19. Вместе с тем отмечен статистический рост влаго-содержания воздуха: 0,1ГПа/10 лет, R2 = 0,28, что говорит о заметном влиянии
теплого воздуха, поступаю- Верхне-Пеиигино -А-Каменское
щего с южными циклонами. Рис. 9. Многолетняя динамика осадков на станциях Каменское и Верхне-Пенжино
Таблица 3. Средняя за месяц температура воздуха 0:ш) по данным метеостанции в с. Каменское Пенжинского района Камчатского края с 1950 по 2013 гг. ш
Параметр
I
II I III
IV
V
VI I VII I VIII I IX
X
XI I XII
Средняя за 1950-2013 *±ДИ, (а = 0,05) Средняя за 1961-1990 (У Средняя за 1971-2000 Средняя за 1981-2010 максимум год
минимум год
V, %
Скорость изменения ^ за 10 лет, Д, °С
Значимость линейного тренда Изменение за 64 года
(Q2013—Q1950)/Q1950, %
Относительная величина тренда за 10 лет:в=(ДАш) %
-23,1 1,3 -22,3 -23,4 -24,9 -12,4 1969 -33,5 1964 22
-1,0
0,004
-33,0
-22,8 1,2 -22,4 -22,0 -22,6 -12,7 1994 -32,9 2002 20
-0,3
0,40
-7,7
-18,8 1,1 -19,9 -19,7 -18,1 -7,7 2002 -28,9 1985 24
+0,5
0,09
16
-10,7 0,7 -11,6 -11,1 -10,1 -1,9 1954 -18,4 1976 28
1,3 0,5 0,9 1,1 1,8 4,3 2013 -4,6 1950 145
10,2 0,3 10,0 10,2 10,7 13,1 1991 7,4 1950 11
13,6 0,3
13.2 13,4 13,8 16,4 2010
11.3 1965
11,5 0,3
11.4
11.5 11,7 13,4 1995 8,9 1998
9
+0,3 +0,5 +0,2 +0,2 +0,15 0,10 0,0002 0,001 0,002 0,04
17,6 2075 16,2 11,2 8,3
4,5 1,2 2,8 3,1 35,1 2,4 1,7 1,3
5,4 0,4 5,0 5,2 5,6 8,4 2010
1.4 1965
28
+0,2 0,07 24,5
3.5
-5,9 0,7 -6,5 -5,6 -5,0 -0,6 2012 -12,7 1955 45
+0,5 0,006
40,6
8,1
-16,6 1,0 -18,1 -17,1 -15,8 -5,4 2012 -25 1983 25
+0,6
0,03
20,7
3,7
-22,7 1,2 -22,8 -23,4 -22,1 -10 1983 -32 1954 22
-0,3
0,59
-8,0
1,3
Примечание. *ДИ — доверительный интервал среднего значения; жирным шрифтом выделены месяцы со статистически значимыми трендами
не возможно, это связано с увеличением проникновения арктических воздушных масс на фоне уменьшения повторяемости долготной южной циркуляции (рис. 6). Кроме того, и общий радиационный баланс также уменьшается (уровень значимости невысок — 0,23) (рис. 10В).
Рост повторяемости антициклонального типа погоды в январе, а следовательно, и выхолаживания зимой, обусловил значимую отрицательную тенденцию (уровень значимости 0,0004) в многолетнем ходе максимальной за сутки температуры воздуха (рис. 10Б). Например, средняя 1шах за период 19501980 гг. — около -0,5 °С, тогда как за последующие 30 лет она стала ниже на 5 °С. При этом, по данным реана-лиза, в регионе существенно уменьшается общая облачность (тренд составил примерно 1 балл за 35 лет с уровнем значимости 0,10). Наблюдения говорят о статистически незначимом росте среднего давления за январь (0,8 ГПа за 10 лет, уровень значимости 0,23) и продолжительности солнечного сияния (3 часа/10 лет, R2 = 0,06). Анализ тенденции изменения влагосодер-жания воздуха показал значимое его уменьшение зимой (для января 0,1 ГПа/10 лет, R2 = 0,14). Хорошо согласуется с данной схемой и изменение сумм осадков за
месяц. Наиболее заметно уменьшение выпадения осадков, главным образом, в холодное время года, причем в январе-феврале линейный тренд значим с уровнем значимости 0,03 (табл. 4).
Летние температуры, наоборот, на фоне квазициклических изменений имеют статистически значимую тенденцию к повышению (рис. 11А). Летом поле температуры в регионе более однородно, чем в холодное время года. Максимальные суточные температуры воздуха также имеют тенденцию к
Рис. 10. Многолетний ход средней за месяц (А) и максимальной за сутки (Б) температуры воздуха и общего радиационного баланса (В) в январе на метеостанциях Пенжинского района
Таблица 4. Месячные суммы осадков по данным метеостанции в с. Каменское Пенжинского района Камчатского края с 1966 по 2013 гг.
Параметр I II III 1 IV 1 V | VI 1 VII 1 VIII 1 IX | X 1 XI | XII
Средняя за 1966-2013 32,7 28,1 23,9 19,1 17,5 32,3 44,4 64,1 48,1 32,0 34,1 30,7
±ДИ (а=0,05) 7,1 5,9 5,3 3,9 3,6 7,0 7,9 8,7 9,3 4,6 6,9 6,6
Средняя за 1971-2000 29,0 25,7 20,8 20,3 15,1 29,2 46,5 62,0 45,8 29,6 33,9 29,1
Средняя за 1981-2010 27,9 19,7 20,4 16,8 17,2 28,0 44,8 65,0 41,1 32,4 29,8 32,0
максимум 120 80 73 59 54 122,2 127 169,9 154,3 77,7 152 102
год 1968 1980 1982 1978 2006 2012 1989 2011 2000 1989 1973 1984
минимум 0,6 1,2 1 2 1 3 4,3 9,8 6,1 7,7 5,6 1
год 2009 2005 1973 1974 1966 1983 200 1991 2009 2002 2002 1976
V, % 75 73 76 71 72 75 61 47 67 50 70 74
Скорость изменения осадков -5,7 -5,0 -2,2 -1,1 +0,7 +1,9 -3,5 +4,1 -1,8 +2,1 -1,9 +1,0
за 10 лет, мм
Значимость линейного тренда 0,03 0,02 0,25 0,42 0,58 0,45 0,22 0,19 0,60 0,20 0,46 0,69
Примечания: те же, что и к таблице 3
повышению за последние 65 лет, но значительно слабее выраженную по сравнению с 1;тах января (рис. 10Б, 11Б). Например, за период 1950-1980 гг. средняя 1;тах = 25,5 °С, а за период 1981-2013 гг. ^ = 26,0 °С (тренд 0,2 °С/10 лет, уровень значимости 0,12). Это хорошо соответствует положительной тенденции изменения общего радиационного баланса земной поверхности (рис. 11В), и соответствует динамике повторяемости разных типов циркуляции (рис. 6). Поступление более теплого и влажного воздуха с южными циклонами обусловили уменьшение среднего за месяц давления воздуха (в июле тренд составил -0,4 ГПа/10 лет, R2 = 0,09), заметный рост его влагосодержания (0,3 ГПа/10 лет, R2 = 0,27). Это также объясняет и увеличение сумм осадков, характерное именно для теплого времени года, хотя статистически оно и незначимо (табл. 4).
Заметно потепление и осенних месяцев (табл. 3), а наиболее значителен положительный тренд температуры весной. Рост температуры воздуха отмечен в девяти месяцах из двенадцати, что и обусловило ее рост в целом за год.
Тенденция к уменьшению количества месячных осадков прослеживается в семи месяцах из двенадцати, однако статистически значима она
Рис. 11. Многолетний ход средней за месяц (А) и максимальной за сутки (Б) температуры воздуха и общего радиационного баланса (В) в июле на метеостанциях Пенжинского района
только в январе-феврале (табл. 4). В мае-июне, августе, октябре и декабре, наоборот, за последние полвека количество осадков несколько возросло, хотя линейный тренд в эти месяцы статистически незначим. В итоге в целом за год суммы осадков имеют тенденцию к уменьшению с уровнем значимости 0,18.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, наземные наблюдения, как и данные реанализа, свидетельствуют о наличии в бассейне Пенжины статистически значимых тенденций к потеплению и уменьшению поступления осадков. В XXI веке уменьшается суммарная годовая продолжительность южных циклонов, что сопровождается быстрым ростом продолжительности блокирующих процессов в азиатской части континента зимой и летом. Это приводит к увеличению годовой амплитуды температуры воздуха за счет уменьшения положительных январских аномалий при высоких температурах в июле. Иными словами, в настоящее время характер атмосферной циркуляции на севере Дальнего Востока меняется, что отражается и в изменениях погоды. Возрастает роль антициклонов в зимнее время, что говорит об увеличении континентальности климата Пенжинского района. При этом потепление происходит на фоне уменьшения годовой суммы радиационного баланса, рассчитанного на основе реанализа ERA Interim, что может говорить об изменениях соотношения главных климатообразующих факторов — радиационного и циркуляционного, в формировании климата в последние полвека. Использование для климатических реконструкций реанализа требует учета погрешностей при расчете абсолютных величин параметров.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы глубоко признательны всем участникам экспедиции 2014 г. на р. Пенжине,
а также местным жителям за помощь в проведении полевых работ.
Работы поддерживаются РФФИ (проекты № 14-05-00549, 14-05-00510, 14-05-10043).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Дзердзеевский Б.Л. 1968. Циркуляционные механизмы в атмосфере Северного полушария в ХХ столетии // Матер. метеорологических исследований. М.: ИГ АН СССР и Междувед. геофиз. комитета при Президиуме АН СССР. 240 с. Дзердзеевский б.Л. 1970. Сопоставление характеристик атмосферной циркуляции над Северным полушарием и его секторами / Матер. метеорологических исследований. М.: ИГ АН СССР и Междувед. геофиз. комитета при Президиуме АН СССР. С.7-14.
Дзердзеевский б.Л., Курганская В.М., Витвиц-кая З.М. 1946. Типизация циркуляционных механизмов в Северном полушарии и характеристика синоптических сезонов // Тр. науч.-исслед. учреждений Гл. упр. гидрометеорол. службы при Совете Министров СССР. Сер. 2. Синоптическая метеорология. Вып. 21. М.-Л.: Гидрометиздат. 80 с. Кононова Н.К. 2009. Классификация циркуляционных механизмов Северного полушария по Б.Л. Дзердзеевскому / Отв. ред. А.Б. Шмакин. М.: Воентехиниздат. 372 с.
Кононова Н.К. 2015. Изменения циркуляции атмосферы Северного полушария в ХХ-XXI столетиях и их последствия для климата // Фундаментальная и прикладная климатология. № 1. С. 127-156.
Кондратюк В.И. 1974. Климат Камчатки. М.: Ги-дрометеоиздат. 204 с.
Кондратюк В.И. 1983. Климат Петропавловска-Камчатского. Л.: Гидрометеоиздат. 167 с. Климат России. 2011. Научно-прикладной справочник. Обнинск: ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД». [Электронная версия]: http://aisori.meteo.ru/ClspR. Дата доступа: 30.05.2015.
Шкаберда О.А., Василевская Л.Н. 2013. Оценка изменений температуры воздуха на Камчатке за последние 60 лет // Вестник ДВО РАН. № 3. С. 69-77. Шкаберда О.А., Василевская Л.Н., Устинова Е.И. 2014а. Режим и динамика приземного ветра на Камчатке и его связь с индексами Блиновой и бе-ринговоморским // Естественные и технические науки. № 4. С. 86-94.
Шкаберда О.А., Василевская Л.Н., Ковбасюк В.В. 20146. Режим и динамика атмосферных осадков на Камчатке во второй половине ХХ - начале XXI века // Естественные и технические науки. № 4. С.76-85.
Шкаберда О.А. 2014. Многолетняя изменчивость температурно-влажностного режима на полуострове Камчатка // Изв. Тихоокеан. НИИ рыб. хоз-ва и океанографии. Т. 178. С. 217-233. Dee D.P., Uppala S.M. et al. 2011. The ERA-Interim Reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system // Quartern. Journal of the Royal Meteorolog. Society. V. 137. P. 553-597.
