CC BY
66
2017 Географический вестник 1(40)
Метеорология
МЕТЕОРОЛОГИЯ
УДК 551.5
А.В. Шумихина
ДИНАМИКА РЕЖИМА ОСАДКОВ В УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ И ИХ СВЯЗЬ С ИНДЕКСАМИ АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ1
Казанский федеральный университет, г. Казань
Рассмотрен режим осадков на территории Удмуртской Республики за период 1961-2014 гг. Рассчитаны основные характеристики, исследованы пространственно-временная закономерность распределения величин и их динамика в климатическом разрезе, изучены взаимосвязи между суммами осадков и индексами атмосферной циркуляции. Определено, что режим осадков соответствует континентальному типу климата с наибольшей изменчивостью величин в теплую половину года. Годовые значения основных характеристик режима осадков постепенно растут; основной вклад в рост последних лет вносят переходные март, апрель, октябрь, а также декабрь. Годовая сумма числа дней с осадками увеличивается преимущественно за счет роста данной характеристики в холодный период, а суточное количество осадков - в основном благодаря теплому периоду. Связь количества осадков с индексами циркуляции атмосферы обнаруживается в основном в зимние и переходные месяцы года, наиболее информативным индексом является скандинавское колебание.
Ключевые слова: осадки, режим осадков, климат, изменение климата, индексы циркуляции.
A.V. Shumikhina
PRECIPITATION PATTERN DYNAMICS IN THE UDMURT REPUBLIC AND ITS CONNECTION WITH ATMOSPHERIC CIRCULATION INDEX
Kazan Federal University, Kazan
The paper considers the precipitation pattern in the Udmurt Republic for the period 1961 - 2014. The basic characteristics are calculated and the connections between the precipitation pattern and atmospheric circulation Index are examined, the spatiotemporal patterns of values distribution and their dynamics in the context of climate are investigated. The data shows that the precipitation pattern corresponds to the continental climate type with the greatest variability in the warm half of the year. The annual values for the main characteristics of the precipitation pattern increase; the main contribution to the increasing precipitation in recent years have been made by transitional months March, April, October and December. The annual amount of precipitation increases first of all due to its increase during the cold season, daily precipitation mainly increases due to the warm period. The connection between the amount of precipitation and atmospheric circulation Index is found mainly in winter and transitional months of the year. The most informative index is Scandinavia teleconnection index.
Keywords: precipitation, precipitation pattern, climate, climate change, atmospheric circulation Index
doi 10.17072/2079-7877-2017-1-73-85
Важным метеорологическим элементом являются атмосферные осадки. Знание режима осадков необходимо для различных аспектов жизнедеятельности человека, включая сельское хозяйство, энергетику и транспорт [2]. Сезонное распределение и межгодовая изменчивость атмосферных осадков определяют состояние природных экосистем, а также обусловливают особенности хозяйственной деятельности человека в конкретном регионе [4].
Количество осадков измеряется с помощью осадкомера толщиной слоя жидкой воды (в миллиметрах), который мог бы образоваться после выпадения осадков на горизонтальную
® Шумихина А.В., 2017
1 Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта Российского Фонда Фундаментальных исследований (проект № 15-05-06349)
Метеорология
непроницаемую поверхность. За рассматриваемый в работе период (1961-2014 гг.) на всех станциях территории измерение количества осадков производилось при помощи осадкомера Третьякова. Таким образом, неоднородность ряда, имевшая место при переносе станций в 30-е гг. XX столетия и замене приборов в начале 1950-х, в данном ряду исключается.
На территории Удмуртской Республики осадки наблюдаются в виде дождя, мороси, снега, мокрого снега, крупы, града. В холодную половину года они в основном носят обложной характер -выпадают преимущественно из высоко-слоистых и слоисто-дождевых облаков и распространяются на больших площадях. Летом осадки чаще принимают ливневой характер - выпадают в неустойчивых воздушных массах из кучево-дождевых облаков, отмечаются локально и значительно варьируются по интенсивности. Также осадки могут носить моросящий характер, если выпадают из плотных слоистых и слоисто-кучевых облаков в устойчивых воздушных массах - в основном это наблюдается в осенние и зимние месяцы.
Согласно [6] существуют следующие градации для жидких и твердых осадков, применяемые и на территории Удмуртской Республики:
Таблица 1
Градации жидких и твердых осадков, мм
Градации жидких и смешанных осадков Градации твердых осадков
Небольшой дождь 0,0-2 Небольшой снег 0,0-1
Умеренный дождь 3-14 Умеренный снег 2-5
Сильный дождь (неблагоприятное явление) 15-49 Сильный снег (неблагоприятное явление) 6-19
Очень сильный дождь (опасное явление) > 50 Очень сильный снег (опасное явление) > 20
Так как в теплую половину года количество выпадающих осадков даже на небольшой территории может существенно отличаться, летняя картина, описываемая данными восьми метеостанций, отражает закономерность распределения величины менее точно, нежели зимой.
Материалы и методы исследования
Материалами для исследования послужили результаты наблюдений на 8 метеостанциях Удмуртской Республики за период с 1961 г. по 2014 г. и индексы атмосферной циркуляции NAO, AO, SCAND, EA.
Анализировались климатические ряды количества осадков, сумм осадков за ночь и за день, максимальное суточное количество осадков, число дней с осадками различных градаций. Были рассчитаны средние, максимальные и минимальные значения, средние квадратические отклонения, коэффициенты наклона линейного тренда, а также коэффициенты корреляции между индексами циркуляции и количеством осадков. Достоверность результатов оценивалось с помощью критерия Стьюдента.
Результаты и их обсуждение
Годовая и месячная суммы осадков. Многолетняя годовая сумма осадков на территории Удмуртии в среднем (за период с 1961 по 2014 г.) равна 568 мм. В зависимости от знака средних месячных температур воздуха и определяемого температурным режимом преимущественного вида выпадающих осадков год принято делить на холодный и теплый периоды [5]. На территории Удмуртской Республики холодный период, в течение которого наблюдаются осадки преимущественно в виде снега, продолжается с ноября по март. Соответственно, теплый период с жидкими осадками длится с апреля по октябрь. В теплый период выпадает 387 мм, в холодный период - 181 мм. Годовой ход, отображенный на рис. 1, соответствует распределению осадков, свойственных континентальному климату, - выявляется максимум в июле (69,2 мм) и минимум в феврале (25,9 мм). Рост количества осадков весной происходит интенсивнее, нежели уменьшение их количества осенью. Максимальный скачок в росте происходит в период с мая по июнь и в среднем по региону составляет 20 мм.
Пространственное распределение сумм осадков неоднородно и зависит от характера атмосферной циркуляции, а также от высоты, формы и ориентации рельефа местности и наличия на территории лесных массивов, водоемов, речных долин и др. Наиболее влагообеспеченными являются юго-
Метеорология
западные районы республики (ст. Можга - 629 мм), а также станции Игра и Воткинск. В центральной части республики, а также на северо-востоке (на станциях Селты, Дебесы и Ижевск) выпадает наименьшее количество осадков, причем минимум фиксируется в Ижевске - 522 мм (табл. 2).
В холодную половину года более влагообеспеченными являются юго-западные районы республики с максимумом количества осадков в Можге, равном 221 мм; в меньшем количестве осадки фиксируются по северным районам и на центральной станции Ижевск, минимум наблюдается на северо-востоке республики (ст. Дебесы) - 155 мм. Таким образом, пространственная изменчивость количества осадков холодной половины года составляет 65 мм. Подобная пространственная закономерность от максимума на юго-западе к минимуму на северо-востоке стабильна в течение всего холодного периода, наибольшая разница между количеством осадков на станциях наблюдается в декабре и составляет 16 мм.
В теплый период осадки носят локальный характер и во многом зависят от местных условий. Разница между пространственным максимумом и минимумом меньше зимнего и составляет 48 мм. Большее количество дождей отмечается также в Можге (408 мм) и по северным и центральным районам (ст. Глазов и Игра). Меньше выпадающей влаги наблюдается в восточных районах на станциях Сарапул, Воткинск и Ижевск с минимумом в Ижевске (360 мм). Внутри теплого периода пространственное распределение величины носит сложный характер и изменяется от месяца к месяцу. Например, в июле максимум принадлежит северной станции Дебесы - 75 мм, минимум -южной станции Сарапул - 60 мм, в августе картина меняется и в Сарапуле наблюдается максимальное количество осадков - 65 мм, а минимум отмечается на северной станции Глазов - 60 мм. Наибольшие пространственные отличия отмечаются в июле и составляют 15 мм.
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Месяцы
Рис.1. Годовой ход сумм осадков, осредненный по территории Удмуртской Республики
Таблица 2
Средние месячные и годовые значения суммы осадков, мм
Станция Месяц Год Теплый период Холодный период
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Глазов 33 23 28 34 41 70 72 60 61 61 43 37 564 400 164
Дебесы 33 23 25 32 45 64 75 61 61 53 41 34 546 391 155
Игра 39 26 32 34 47 66 73 63 63 59 49 42 593 405 189
Селты 33 23 28 32 44 62 73 60 57 57 45 35 549 384 165
Воткинск 43 28 31 33 44 60 66 62 56 57 51 44 575 379 197
Ижевск 33 24 27 29 41 61 64 62 52 52 43 36 522 360 162
Можга 46 32 37 38 47 71 71 61 61 60 56 50 629 408 221
Сарапул 41 29 30 31 46 60 60 65 55 56 48 44 563 371 192
Среднее 38 26 30 33 44 64 69 62 58 57 47 40 568 387 181
Метеорология
Количество осадков - наиболее изменчивая метеорологическая величина, о чем свидетельствуют средние квадратические отклонения величины о. СКО испытывает аналогичный годовой ход с минимумом зимой и максимумом в летнее время. В феврале среднее по Удмуртии о равно 13 мм, в июле оно достигает значения 37 мм, что составляет почти половину от значения средней суммы осадков в этом же месяце (табл. 3). Временной разброс значений сумм осадков отдельных лет составляет от 63 мм в феврале до 166 мм в июле.
Таблица 3
Средние квадратические отклонения количества осадков, мм
Станция Месяц
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Глазов 14 10 16 21 22 33 44 31 30 26 20 15
Дебесы 14 10 16 18 24 34 34 26 38 21 18 14
Игра 18 13 17 21 30 33 39 30 34 23 22 17
Селты 15 11 17 20 24 33 43 31 30 24 20 15
Воткинск 21 15 19 19 27 33 35 31 32 24 24 20
Ижевск 16 14 18 16 26 32 32 36 29 23 20 18
Можга 20 16 22 20 28 41 35 34 33 29 24 22
Сарапул 17 16 18 18 26 31 31 34 31 24 22 20
Среднее 17 13 18 19 26 34 37 32 32 24 21 18
За наблюдаемый период не было отмечено ни одного абсолютно сухого месяца. Минимальные месячные суммы осадков, наблюдавшиеся в Удмуртии, варьируются от 0,0-1 мм в феврале и марте до 1-15 мм в июне-августе. Значение 0,0 мм наблюдалось дважды: в феврале 1984 г. на станции Сарапул и в марте 1987 г. на станциях Ижевск и Сарапул. В теплый период наименьшая месячная сумма (0,6 мм за месяц) была отмечена на станции Глазов в мае 1963 г.
Максимальное месячное количество осадков варьируется от слоя жидкой воды в 46-88 мм в феврале до 121-237 мм в июне-августе. Абсолютный максимум, равный 237 мм, был зафиксирован в августе 1984 г. на станции Ижевск.
О пространственной изменчивости поля осадков свидетельствует амплитуда между максимальными и минимальными месячными суммами за конкретный месяц. В холодный период, когда выпадающие осадки носят повсеместный характер, средняя амплитуда равна 18-28 мм, причем в период с ноября по январь она выше: 24-28 мм, в феврале и марте - 18-21 мм. Летом, когда осадки носят локальный характер и часто формируются за счет внутримассовой конвекции, не связанной с прохождением фронтов, средняя амплитуда вырастает в два-три раза (52-62 мм). В отдельные годы разница в месячной сумме осадков может достигать 150 мм в месяц (июль 1994 г.).
В работе также были проанализированы суммы ночных и дневных осадков. В период с октября по апрель их соотношение почти одинаково (табл. 4). В конвективный период (с мая по сентябрь) количество дневных осадков (фиксируемых с 7 ч утра до 19 ч вечера по местному времени) превышают количество ночных. Наиболее значительная разница наблюдается в июле, достигая 15 мм на станции Селты.
Максимальное суточное количество осадков за месяц, также как и месячная сумма осадков, имеет годовой ход с максимумом в июле и минимумом в феврале (табл. 5). Самые низкие максимальные суточные суммы наблюдаются в феврале - 6 мм, наибольшие, как правило, в июле - в среднем 21 мм. Максимальные значения данной характеристики в феврале не превышают 15-16,5 мм за сутки, на станции Дебесы - всего 10,9 мм. В период с мая по сентябрь максимальное суточное количество дождей на различных станциях не превышало значений 30-97,6 мм. Абсолютный суточный максимум (97,6 мм) зафиксирован на станции Можга 29 июня 1986 г. при прохождении холодного фронта.
Метеорология
Таблица 4
Средние ночные и дневные суммы осадков, мм
Станция Месяц
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Глазов ночь 16 11 15 17 19 31 29 27 28 30 22 17
день 17 11 13 17 23 39 43 33 33 31 21 19
Дебесы ночь 16 11 13 16 21 29 32 29 29 26 20 16
день 16 12 12 17 25 35 43 32 32 27 21 18
Игра ночь 20 14 16 17 21 31 34 30 29 29 25 20
день 19 13 16 17 27 35 39 32 34 30 24 21
Селты ночь 17 11 15 16 20 29 28 27 26 28 22 17
день 16 11 14 16 24 33 43 33 31 29 23 18
Воткинск ночь 21 14 16 16 20 29 27 27 26 28 25 21
день 21 14 15 17 24 31 38 36 31 29 25 23
Ижевск ночь 17 12 14 14 19 27 26 27 24 26 22 17
день 17 12 13 15 22 33 39 35 28 26 21 18
Можга ночь 23 16 19 16 21 34 33 28 27 29 28 24
день 23 16 18 21 26 37 38 33 34 39 28 26
Сарапул ночь 21 15 16 15 23 26 28 27 25 28 25 21
день 20 14 15 16 23 34 32 39 30 28 23 23
Таблица 5
Средние значения максимального за сутки количества осадков, мм
Станция Месяц
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Глазов 6 6 7 10 12 20 21 17 16 12 9 7
Дебесы 6 5 6 10 13 18 21 18 15 11 9 6
Игра 7 6 8 10 14 18 23 17 17 11 10 8
Селты 6 6 7 10 13 17 22 17 15 12 10 7
Воткинск 8 7 8 10 14 18 21 18 16 13 12 9
Ижевск 6 6 7 10 13 18 20 18 15 12 10 7
Можга 8 8 9 11 14 22 22 16 17 14 12 10
Сарапул 8 7 7 10 14 18 22 20 15 13 11 9
Среднее 7 6 8 10 14 19 21 18 16 12 10 8
Число дней с осадками различной градации. Информативной характеристикой в изучении режима осадков является число дней с осадками различных градаций. В среднем по Удмуртской Республике осадки наблюдаются в большую часть года - 218 дней (60% общего числа дней в году). Чаще они выпадают по юго-западу республики на станции Можга (в количестве 230 дней), реже всего - на северо-востоке (ст. Дебесы) и юго-востоке (ст. Сарапул) - 206 дней. В теплый период (с апреля по октябрь) дожди в среднем наблюдаются 112 дней (52% общего числа дней за летний период), в холодный - 106 дней (70% общего числа дней за зимний период). Летом пространственная закономерность распределения числа дней с осадками аналогична годовой - на юго-западе в среднем на 14 больше дождливых дней, чем на северо-востоке региона (119 и 105 дней соответственно). В холодный период данная разница сокращается до 11 дней, максимум наблюдается на станции Ижевск - 111 дней, минимум сохраняется на востоке региона - ст. Дебесы и Сарапул (100 дней).
Метеорология
Годовой ход числа дней с осадками (рис. 2, табл. 6) отличается от годового хода сумм осадков: наибольшая повторяемость наблюдается в декабре и равна 23-25 дням в месяц. В феврале происходит резкое сокращение числа дней до 17-19, а меньше всего таких дней наблюдается в апреле - 12-15. В летний период (с мая по август) число дней с осадками равняется в среднем 14-17 дням. Существенно увеличивается повторяемость таких дней в октябре - до 19-22 дней. Таким образом, разница в частоте дней с осадками между холодной и теплой половинами года доходит до 10 дней. В зависимости от циркуляционных условий отклонения от средних значений в отдельные годы существенны. К примеру, в декабре осадки могут наблюдаться каждый день в течение всего месяца (однако число таких случаев не превышает по северу республики 1-3, по центру и югу - 4-5), а могут фиксироваться всего 4-7 дней в месяц (кроме Можги, где минимальное количество дней с осадками составило 12). В апреле максимальное количество дней с осадками составляет 21-24 дня, минимальное - 1-4 дня. За наблюдаемый период не встречалось ни одного случая с полным отсутствием осадков в течение месяца.
Среднее квадратическое отклонение количества дней с осадками несущественно изменяется в течение года и в среднем равно 4-5 дням.
25
5 0
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Месяцы
Рис. 2. Количество дней с осадками, осредненное по территории Удмуртской Республики
Таблица 6
Количество дней с осадками
Станция Месяц
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Глазов 24 19 18 14 14 15 14 15 16 21 23 24
Дебесы 22 17 16 13 14 15 14 15 16 19 21 23
Игра 24 19 18 15 16 17 16 16 18 22 24 25
Селты 24 18 17 14 15 16 15 15 16 20 22 24
Воткинск 24 19 17 14 15 16 15 15 17 21 23 24
Ижевск 25 19 18 14 15 17 16 16 17 21 24 25
Можга 25 19 18 14 16 17 17 17 17 21 24 25
Сарапул 22 17 16 12 15 15 14 15 15 20 21 23
Среднее 24 18 17 14 15 16 15 15 16 21 23 24
Повторяемость числа дней с суточной суммой осадков 5 и более миллиметров. Дни с
осадками более 5 мм встречаются наиболее редко в феврале - в среднем 1 день, с июня по октябрь средняя повторяемость равна 4 дням. В феврале повторяемость таких дней не превышала 3-6
Метеорология
(максимум в количестве 6 дней отмечен на станции Сарапул в феврале 1966 г.), с июня по октябрь она может достигать 9-14 дней (максимум в количестве 14 дней отмечен в июле 1987 г. на ст. Глазов). Межгодовая изменчивость данной повторяемости, выраженная в среднем квадратическом отклонении, равна 1 дню в феврале и 2-2,5 дням в июне-октябре.
Суточное количество осадков более 10 мм в зимнее время встречается редко - средняя повторяемость в период с ноября по апрель меньше одного дня. Реже всего такие осадки встречаются в феврале - в среднем в 12% случаев общего количества лет. Максимума средняя повторяемость достигает в июле, который равен 2 дням; в период с июня по август дожди в количестве более 10 мм выпадают часто (фиксируются в 80-9 % случаев общего числа лет). За период с декабря по март максимальное число таких дней не превышает 1-3. В период с мая по октябрь максимальное количество дней в среднем равно 4-6. Абсолютный максимум в количестве 8 дней принадлежит июлю 1987 г. на станции Глазов.
Количество осадков более 20 мм - очень редкое явление со средней повторяемостью менее 1 суток в месяц в течение всего года. В феврале за рассматриваемый период суточное количество осадков более 20 мм в республике ни разу не встречалась. В январе лишь однажды за сутки выпало более 20 мм - 9 января 1983 г. а станции Воткинск, на остальных станциях случаев не было зафиксировано. Значительно возрастает число случаев с осадками более 20 мм в период с мая по сентябрь, чаще всего они встречаются в июле (средняя повторяемость - 0,6 дней), почти каждый второй год в центральный месяц лета наблюдаются подобные дожди (в 45% случаев общего числа лет). Максимальная повторяемость достигает в июле 2-5дней, абсолютный максимум в количестве 5 дней принадлежит июлю 1994 г. в станции Селты. В октябре по сравнению с сентябрем повторяемость уменьшается с 0,3 до 0,1, в ноябре число лет, когда встречаются дни с осадками более 20 мм, сокращаются до 1.
Суточная сумма осадков более 50 мм встречается крайне редко и лишь в период с мая по сентябрь. Максимальная повторяемость градации не превышает 2 случаев в июле 1994 г. на станции Селты и в августе 1984 г. на станции Сарапул. Максимальное число лет, в которые наблюдались подобные случаи, равно 4 в июне на станции Можга. На ряде станций данная градация не встречалась ни разу.
Количество осадков более 80 мм как экстремальное явление было зафиксировано лишь дважды -29 июня 1986 г. на станции Можга (97,6 мм) при прохождении холодного фронта и 5 августа 1984 г. на станции Ижевск (80 мм) при прохождении фронта окклюзии.
Межгодовая изменчивость количества осадков. В [1] отмечается, что за период 1936-010 гг. практически на всей европейской части России, а также в Центральной Сибири наблюдается увеличение годовых сумм атмосферных осадков. Коэффициент линейного тренда составляет при этом 0,3 мм/месяц за 10 лет.
Для анализа динамики режима осадков в Удмуртской Республике были построены линейные тренды характеристик для всех месяцев на каждой метеостанции, для годовых значений, теплого и холодного периодов; а также полиномиальные тренды пятой степени для осредненных по территории республики характеристик в различные периоды. Полиномиальное сглаживание в большую часть года статистически значимо, коэффициент детерминации Я2 выше 0,8; исключение составляют летние месяцы июнь и июль, а также в ряде случаев ноябрь и январь. Линейные тренды в большинстве не подтверждаются коэффициентом детерминации; оисаны лишь статистически значимые результаты анализа. Результаты расчетов представлены в табл. 7 и на рис. 3-5.
Полиномиальное сглаживание динамики месячных сумм осадков отражает сложную и разнородную структуру изменений величины от месяца к месяцу. Сумма осадков с начала XXI в. уменьшается в феврале, мае, июне и ноябре и уверенно растет в марте, апреле, октябре и декабре.
Линейный рост количества осадков со временем отмечен на станциях Игра и Воткинск преимущественно в холодную половину года (в октябре, декабре, январе и марте). Коэффициенты наклона линейного тренда (далее КНЛТ) годовой суммы осадков имеют положительный знак в северных и центральных районах республики. Максимальная скорость роста отмечается на восточной станции Воткинск: 3,2 мм/10 лет. В южных районах Удмуртии (ст. Можга, Сарапул, Ижевск) КНЛТ годовых сумм статистически не значимы (Я2 = 0,01). В теплый и холодный периоды суммы осадков увеличиваются со временем на всех станциях кроме Ижевска, где знак КНЛТ суммы осадков холодного периода отрицательный, а скорость равна - 2 мм/10 лет.
Полиномиальная аппроксимация свидетельствует о плавном росте годовых сумм осадков за рассматриваемый период. Суммы осадков теплого периода значительно растут в 1960-080 гг., рост замедляется в 1990 гг., а в начале XXI в. происходит их слабое уменьшение. Количество осадков
Метеорология
холодного периода уменьшалось в период с 1960 до начала 1980-х гг., после чего произошел резкий рост, достигший максимума в первой декаде XXI в.
В среднем по Удмуртии годовая сумма осадков растет со скоростью 1,36 мм/10 лет, что превышает осредненную по территории Российской Федерации скорость роста в 4,5 раза.
Таблица 7
Коэффициенты линейного тренда и коэффициент детерминации для сумм осадков, числа дней с осадками и максимальным суточным количеством осадков за месяц (интенсивность осадков) за разные периоды
Станция КНЛТ Период
Сумма осадков Число дней с осадками Максимальная суточная сумма осадков за месяц
Годовая сумма Сумма за теплый период Сумма за холодный период Годовая сумма Сумма за теплый период Сумма за холодный период Ср. значение за год Ср. значение за теплый период Ср. значение за холодный период
Глазов а 1,55 1,04 0,52 0,29 -0,03 0,32 0,04 0,04 0,02
Я2 0,12 0,05 0,05 0,05 0,00 0,15 0,08 0,05 0,06
Дебесы а 1,44 1,27 0,16 0,45 0,14 0,03 0,04 0,07 0,01
Я2 0,10 0,09 0,01 0,15 0,05 0,15 0,16 0,16 0,01
Игра а 3,05 1,33 1,72 0,74 0,30 0,44 0,06 0,07 0,05
Я2 0,28 0,08 0,32 0,29 0,11 0,26 0,19 0,12 0,18
Селты а 2,30 1,82 0,48 0,65 0,25 0,40 0,05 0,07 0,01
Я2 0,17 0,14 0,04 0,18 0,06 0,20 0,15 0,15 0,01
Воткинск а 3,82 1,84 1,98 0,24 0,01 0,23 0,08 0,10 0,07
Я2 0,32 0,13 0,33 0,03 0,00 0,08 0,30 0,19 0,22
Ижевск а -0,57 0,26 -0,82 0,34 0,02 0,32 0,00 0,02 -0,03
Я2 0,01 0,00 0,08 0,05 0,00 0,13 0,00 0,01 0,04
Можга а 0,81 0,69 0,12 0,75 0,35 0,40 0,16 0,02 0,00
Я2 0,01 0,01 0,00 0,20 0,13 0,18 0,01 0,01 0,00
Сарапул а 0,63 0,49 0,14 0,13 0,00 0,12 0,01 0,03 -0,01
Я2 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 0,02 0,01 0,01 0,01
Среднее по УР а 1,63 1,09 0,54 0,45 0,13 0,32 0,04 0,05 0,01
Я2 0,12 0,07 0,05 0,12 0,03 0,16 0,18 0,16 0,02
Линейные тренды числа дней с осадками за отдельные месяцы в большинстве статистически не значимы, кроме КНЛТ января и декабря, где они имеют положительный знак. На западных станциях Селты и Можга прослеживается увеличение числа дождливых дней и в мае. Полиномиальные тренды, осредненные по региону, указывают на уменьшение в XXI в. числа дней с осадками в январе, феврале и мае и рост за тот же период в переходные сезоны: в марте, апреле, октябре.
Число дней с осадками теплого периода значительно увеличивается в 1960-1980 гг., в следующие 20 лет оно несущественно снижается. В холодный период отмечен более плавный рост характеристики в течение всего периода и несущественный спад за последние годы. Согласно анализу линейных трендов годовая сумма дней с осадками растет со временем со средней скоростью 1 день за 20 лет преимущественно за счет увеличения данной характеристики в холодный период.
Метеорология
Рис. 3. Межгодовые изменения, полиномиальный и линейный тренды сумм осадков (мм), осредненных по территории Удмуртской Республики за разные периоды
Анализ линейных трендов максимальных суточных сумм осадков позволил выявить следующие изменения: на отдельных станциях зимой наблюдается уменьшение суточного количества выпадающего снега (на ст. Ижевск в январе и на ст. Глазов в феврале), на восточной станции Воткинск прослеживается тенденция к увеличению суточных сумм осадков в большинство месяцев холодного периода. В летние месяцы в основном отсутствуют статистически значимые тенденции, исключение - июнь на станции Игра, где суточное количество осадков растет.
Полиномиальное сглаживание максимального суточного количества осадков за месяц, аналогичное межгодовым изменениям суммы осадков и числа дней с осадками, отражает разнородную картину в течение года. В летние месяцы не выявляется существенных изменений величины в климатическом разрезе. Как и другие характеристики, суточная сумма осадков в последние полтора десятилетия уменьшается в феврале и мае, а также в сентябре и увеличивается за тот же период в переходные месяцы март, апрель, октябрь, а также в декабре.
В годовом разрезе, как и с месячным количеством осадков, прослеживается увеличение суточных сумм выпадающих осадков в северных и центральных районах Удмуртской Республики со средней скоростью 0,4 мм/10 лет, что происходит в основном за счет теплого периода.
Метеорология
Рис. 4. Межгодовые изменения, полиномиальный и линейный тренды числа дней с осадками, осредненных по территории Удмуртской Республики за разные периоды
Связь количества осадков с индексами атмосферной циркуляции. Для более адекватной оценки уровня риска проявления региональных климатических аномалий и их последствий в определенные сезоны, годы и периоды необходимо учитывать эффекты, связанные с ключевыми квазициклическими глобальными и региональными процессами, явлениями типа Эль-Ниньо/Ла-Нинья, Северо-Атлантического и Арктического колебаний, Атлантической долгопериодной осцилляции на фоне вековых тенденций [7-9].
В данной работе для выявления информативных индексов атмосферной циркуляции были рассчитаны коэффициенты линейной корреляции между индексами NAO (северо-атлантическое колебание), AO (арктическое колебание), SCA (скандинавское колебание), EA (восточно-атлантическое колебание), EA-WR (колебание Восточная Атлантика - Западная Россия) и осредненными по территории Удмуртской Республики значениями сумм осадков S в регионе за период 1961-2014 гг. Для оценки достоверности коэффициентов корреляции применялись критерии независимости [3] с использованием критерия Стьюдента (t) с степенями (п-1) свободы:
г2
t = ^={n- 1)
vi -г2
(1)
где г - коэффициент линейной корреляции, п - размер массива (число степеней свободы). Для ряда среднемесячных данных за период 1961-2014 гг., при доверительной вероятности 99%, статистически значимыми являются значения корреляции г р=0,99 > 0,35, а при 95 % - г р=0,95 > 0,27.
Метеорология
Значения коэффициентов корреляции представлены в табл. 8, статистически значимые величины выделены жирным шрифтом.
Рис. 5. Межгодовые изменения, полиномиальный и линейный тренды абсолютного суточного максимума количества осадков (мм), осредненного по территории Удмуртской Республики за разные периоды
Таблица 8
Коэффициенты корреляции между индексами циркуляции и количеством осадков на территории
Удмуртской Республики
r I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
NAO; S -0,05 0,00 -0,15 0,02 -0,06 -0,11 -0,02 -0,01 -0,22 -0,19 -0,16 0,01
AO; S 0,35 0,12 0,02 0,20 -0,01 -0,14 -0,21 0,29 0,07 0,05 -0,04 -0,02
SCA; S -0,51 -0,50 -0,61 -0,41 -0,26 -0,22 -0,12 -0,12 -0,27 -0,27 -0,41 -0,43
EA; S 0,25 0,37 0,13 0,09 0,06 -0,06 -0,28 0,04 0,20 -0,06 0,14 0,10
EA-WR; S 0,10 0,17 0,31 0,36 0,57 0,20 0,24 0,36 0,41 0,43 0,14 -0,10
Наименьшее влияние на количество осадков в Удмуртии оказывает северо-атлантическое колебание NAO, представляющее основные центры действия атмосферы, расположенные в регионе Северная Атлантика-Европа, и характеризующее степень зонального переноса. Коэффициенты корреляции между индексом и суммами осадков статистически не значимы.
Метеорология
Восточно-атлантическое колебание EA, сдвинутое относительно NAO на юго-восток и охватывающее центры действия в районах Канарских островов, Великобритании и Черного моря, в большую часть года также не влияет на суммы выпадающих осадков. В феврале обнаружена положительная связь с коэффициентом корреляции r = 0,37, в июле - слабая отрицательная.
В случае положительной аномалии индекса арктического колебания (AO) в августе и в большей степени в январе в Удмуртии наблюдаются положительные аномалии сумм осадков. Коэффициенты корреляции при этом равны 0,29 и 0,35 соответственно.
В большей степени, чем предыдущие индексы, на суммы осадков холодного периода оказывает влияние индекс SCA. Связь данной моды с количеством осадков отмечена в период с ноября по апрель, наиболее тесно они коррелируют в марте со значением r = -0,61 - при положительной фазе индекса, характеризующего степень блокирования западного переноса, количество осадков сокращается и наоборот.
Колебание Восточная Атлантика-Западная Россия EA-WR, представляющее собой зональную составляющую североатлантического колебания, оказывает влияние на количество осадков Удмуртии в переходные месяцы: с марта по май и с августа по октябрь. Индекс EA-WR имеет статистически значимые положительные связи с коэффициентами корреляции r, варьирующимися от 0,31 в марте до 0,57 в мае.
Выводы
1. Режим осадков на территории Удмуртской Республики соответствует континентальному климату. Устойчивое в течение всего года пространственное распределение сумм осадков на территории Удмуртской Республики ориентировано с юго-запада, где наблюдается максимум, на северо-восток.
2. Сложный характер распределения режима осадков подтверждается большой пространственной и временной изменчивостью, выраженными величинами амплитуды и СКО. Данные характеристики достигают своих максимальных значений в летний период, когда дожди носят преимущественно конвективный характер.
3. Годовые значения основных характеристик режима осадков растут со временем, основной вклад в рост последних лет вносят переходные месяцы март, апрель, октябрь, а также декабрь. Годовая сумма числа дней с осадками увеличивается преимущественно за счет роста данной характеристики в холодный период, суточное количество осадков растет в основном благодаря теплому периоду.
4. Связь количества осадков с индексами циркуляции атмосферы обнаруживается в основном в зимние и переходные месяцы года, причем наиболее информативным индексом является скандинавское колебание, характеризующее степень блокирования западного переноса - при его положительных аномалиях в Удмуртии наблюдается дефицит осадков.
Библиографический список
1. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2014. 1008 с.
2. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата // Метеорология и гидрология. 2004. № 4. С. 50-67.
3. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи / под. ред. А.Н. Колмогорова М.: Наука, 1973. Т. 2. 899 с.
4. Ленская О.Ю., Быков Д.В. Анализ изменчивости месячных сумм осадков с использованием индексов атмосферной циркуляции // Вестник Челябинского государственного университета. 2008. №17. С. 53-62.
5. Переведенцев Ю.П., Соколов В.В., Наумов Э.П. [и др.] Климат и окружающая среда Приволжского Федерального округа / науч. ред. М.А. Верещагин. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2013. 274 с.
6. Руководящий документ. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения. РД 52.27.724-2009. Обнинск, 2009. 50 с.
7. Franzke С., Feldstein S.В. The continuum and dynamics of Northern Hemisphere teleconnection patterns // J. Atmos. Sci. 2005. Vol. 62. No.9. P. 3250-3267.
8. Hurrell J.W. Climate variability: North Atlantic and Arctic Oscillation // Encyclopedia of Atmospheric Sciences. 2003. P. 439-445.
9. Scaife A.A. et al. European climate extremes and the North Atlantic Oscillation // J. Climate. 2008. Vol. 21. No. 1. P. 72-83.
Метеорология References
1. The second assessment report about climate change and their impact on the territory of the Russian Federation, (2014), Moscow, Russia.
2. Gruza, G. V., and Rankova, E. J. (2004), "Detection of Climate Change: Status, variability and extreme climate", Meteorology and Hydrology, no.4, pp. 50-67.
3. Kendall, M.G., and Stuart, A. (1973), Statisticheskie vyvody i svjazi [Statistical inference and communication], Moscow, USSR
4. Lenskaja, O.J., Bykov, D.V. (2008), "Analysis of the variability of monthly precipitation with atmospheric circulation index", Vestnik Cheljabinskogo gosudarstvennogo universiteta, Russia, no. 17, pp. 53-62.
5. Perevedencev, J.P. (2013), Klimat i okruzhajushhaja sreda Privolzhskogo Federalnogo okruga [The climate and the environment of the Volga Federal District], Kazan State University, Kazan, Russia
6. Guidance document. Manual on short-term forecasts of a general-purpose weather (2009), Obninsk, Russia
7. Franzke, С., and Feldstein, S.B. (2005), "The continuum and dynamics of Northern Hemisphere teleconnection patterns", J. Atmos. Sci., vol. 62, no. 9, pp. 3250-3267
8. Hurrell, J.W. (2003), "Climate variability: North Atlantic and Arctic Oscillation. In: Encyclopedia of Atmospheric Sciences", pp. 439-445.
9. Scaife, A.A. et al. (2008), "European climate extremes and the North Atlantic Oscillation", J. Climate, vol. 21, no. 1, pp. 72-83.
Поступила вредакцию: 14.09.2016
Сведения об авторе
Шумихина Алла Валерьевна
аспирантка кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского федерального университета,
руководитель группы метеопрогнозов Удмуртский ЦГМС
426068, Россия, г. Ижевск, ул. Сабурова, 25; e-mail: [email protected]
About the author Alla V. Shumikhina
Postgraduate Student, Kazan Federal University, Head of Weather Forecasts Department of Udmurt CGMS;
25, Saburova st., Izhevsk, 426068, Russia; e-mail: [email protected]
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Шумихина А.В. Динамика режима осадков в Удмуртской Республике и их связь с индексами атмосферной циркуляции // Географический вестник = Geographical bulletin. 2017. №1(40). С. 73-85. doi 10.17072/2079-7877-2017-1-73-85 Please cite this article in English as:
ShumikhinaA.V. Precipitation pattern dynamics in the Udmurt Republic and its connection with atmospheric circulation index // Geographical bulletin. 2017. № 1(40). P. 73-85. doi 10.17072/2079-7877-2017-1-73-85.
УДК 551.589
Е.В. Пищальникова
СИНОПТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОЧЕНЬ СИЛЬНЫХ СНЕГОПАДОВ В
ПЕРМСКОМ КРАЕ*
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь
В настоящей статье изложена синоптическая классификация очень сильных снегопадов, выпавших в Пермском крае за 1979-2013 гг., выполненная на основе синоптико-статистического метода. Выявлено, что формирование очень сильных снегопадов отмечалось при 11 видах синоптических ситуаций, каждая из которых обусловлена определенной частью барического образования или типом
® Пищальникова Е.В., 2017
*Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 16-35-00410 мол_а)
