УДК 504.064
ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗ ТЕНДЕНЦИЙ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА СИБИРСКОГО РЕГИОНА
Татьяна Олеговна Перемитина
Институт химии нефти СО РАН, 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-22-27, е-mail: pto@ipc.tsc.ru
Ирина Германовна Ященко
Институт химии нефти СО РАН, 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru
Виктория Петровна Днепровская
Институт химии нефти СО РАН, 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, младший научный сотрудник лаборатории «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-22-27, e-mail: vpi@ipc.tsc.ru
Тенденция изменения климата остается одной из самых сложных проблем в науках о Земле. Вопросы о глобальном потеплении все шире рассматриваются во всех сферах жизни, однако вопрос о причинах его проявления по-прежнему спорен, так как проявляется как значительное потепление, так и похолодание в отдельных районах Земли. Поэтому рассмотрение климатических изменений в отдельных районах особо важно для России из-за широкого спектра пространственных природно-обусловленных различий.
Ключевые слова: климатические данные, Западная и Восточная Сибирь, методы факторного анализа, прогноз, тенденции.
STUDY AND FORECAST TRENDS
OF CLIMATE CHANGE OF THE SIBERIAN REGION
Tatiana O. Peremitina
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4 Akademichesky Avenue, Ph. D. in Technical Science, research associate, tel. (3822)49-18-11, e-mail: pto@ipc.tsc.ru
Irina G. Yashchenko
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4 Akademichesky Avenue, Ph. D. in Technical Science, research associate, tel. (3822)49-18-11, e-mail: pto@ipc.tsc.ru
Viktoriya P. Dneprovskaya
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4 Akademichesky Avenue, junior research associate, tel. (3822)49-18-11, e-mail: vpi@ipc.tsc.ru
The trend of climate change remains one of the most complex problems in Earth Sciences. Questions about global warming is increasingly considered in all spheres of life, however, the question about the reasons for its existence is still controversial, as is manifested as a significant warm-
ing and cooling in certain areas of the Earth. Therefore, the consideration of climate change in some areas is especially important for Russia because of the wide range of Natural spatial positional differences.
Key words: climate data, Western and Eastern Siberia, methods of factor analysis, forecast, trends.
Тенденции изменения климата остаются одними из самых сложных проблем на Земле. Противоречивость данных об изменении климата, которая проявляется как в значительном потеплении, так и в похолодании в отдельных регионах, вызывает споры и дискуссии. Анализ и прогноз тенденций изменений метеоданных особо важен для России по причине ее масштабной широтно-долготной протяженности и разнообразия природно-ландшафтных комплексов, характеризующиеся широким спектром пространственных климатически-обусловленных различий [1].
В работе рассмотрена территория Сибири в виду ее важной роли в клима-тообразующих процессах. Территория Сибири лежит в трех климатических поясах, таких как арктический, субарктический и умеренный, и делится на две основные части: Западная и Восточная Сибирь, климат которых существенно отличается [2]. Цель нашей работы - на основе разновременных данных изменения атмосферной температуры показать особенности динамики ее изменений и прогностические тенденции для исследуемых территорий.
Ввиду многомерности многолетних данных об изменении климата Западной и Восточной Сибири для проведения анализа появляется потребность представления информации в более компактном описании, а именно - в сжатии информации до более важных и существенных характеристик и исключение избыточных данных. Для решения этих задач в работе использованы методы факторного анализа [3, 4], например, разложение Холецкого [5] и LU-разложение [6]. Для более детального анализа изменений метеоданных помимо методов факторного анализа использованы методы классификации и методы наглядного отображения результатов численных расчетов [7].
К Западной Сибири относят Омскую, Новосибирскую, Кемеровску, Тюменскую и Томскую области, Ханты-Мансийсикий и Ямало-Ненецкий автономные округи, республику Алтай и Алтайский край, территории которых располагаются на Западно-Сибирской равнине и охватывают три климатических пояса - арктический, субарктический и умеренный. При этом относительно температурного режима атмосферы в Западной Сибири преобладает континентальный климат, распространение которого увеличивается с запада на восток. Однако, протяженные Васюганские болота оказывают влияние на уровень влажности территории, в следствие чего, в среднем снижается температура воздуха за летний период.
К Востночной Сибири относят Иркутскую область, Республики Тыва, Хакасия, Якутия и Бурятия, Забайкальский и Красноярский края. Восточная Сибирь является одним из самых холодных мест на нашей планете, при этом климатические пояса такие же, как в Западной Сибири (арктический, субарктический
и умеренный), но субарктический климатический пояс протянулся дальше, чем в Западной части и климат умеренных широт сменятся с континентального на резко-континентальный, который является преобладающим климатом в Восточной Сибири. Суровый резко-континентальный климат характеризуется холодной зимой (до -50 °С) и очень солнечным засушливым летом.
В данной работе использованы средние значения измерений температуры воздуха с 9 метеостанций Западной и Восточной Сибири за 1955-1998 гг., местоположение которых представлено в таблице.
Таблица
География расположения метеостанций Сибири
№ Название Обозначение Координаты
1 Колпашево ЗС-К1 58°19'00" / 82°55'00"
2 Томск ЗС-Т1 56°29'19" / 84°57'08"
3 Барабинск ЗС-Б1 55°21'00" / 78°21'00"
4 Барнаул ЗС-Б2 53°20'49" / 83°46'37"
5 Красноярск ВС-К1 56°00'00" / 92°50'00"
6 Енисейск ВС-Е1 58°28'00" / 92°08'00"
7 Богучаны ВС-Б1 58°22'43" / 97°26'08"
8 Нижнеудинск ВС-Н1 54°54'00" / 99°0Г00"
9 Минусинск ВС-М1 53°42'00" / 91°4Г00"
Сложность и трудоемкость анализа данных с метеорологических станций заключается в том, что в них сконцентрирован целый комплекс неявной, скрытой информации, так как любое природное явление описывается множеством внешних и внутренних факторов. Например, в нашем случае для каждой метеостанции массив данных состоял из обработанных 12 среднемесячных значений температуры за 44 года исследований (528 записей).
Анализ массива данных с применением описанных выше методов показал, что согласно корреляционным связям между среднемесячными температурами выделяется 3 класса территорий, объединяющих соответствующие метеостанции, распределение которых, согласно географической привязки, представлено на рис. 1.
Как видно из рис. 1а, с помощью математической обработки данных объединение в классы получилось следующим - в первый класс вошли метеостанции городов Колпашево, Томск, Барабинск и Барнаул; во второй класс - метеостанции Енисейска, Богучан, Красноярска и Нижнеудинска; третий класс состоит из одной метеостанции города Минусинска. Состав классов объясняется следующими фактами: во-первых, разделение территорий по температурному режиму и длительности холодных и теплых периодов в течение года (отличие между Западной и Восточной Сибири в характеристиках температурного режима), во-вторых, особенности географического расположения (вершинами ветвей графа на рис. 1а являются метеостанции, расположенные в районах Крайнего Севера - Колпашево и Енисейск, а остальные члены класса расположены по мере их географической удаленности, за исключением класса с мину-
синской метеостанции). Следует отметить, что хотя Минусинск и относится к Восточной Сибири, метеостанция Минусинска выделяется в отдельный класс из-за географических отличий территории, а именно, Минусинск расположен в центре обширной лесостепной Минусинской котловины, окруженной со всех сторон горными хребтами, а так же влияние Саяно-Шушенского водохранилища на климат всего региона.
— Колпашево
— Томск Барнаул
— Барабинск
Енисейск Богучаны Красноярск Нижнеудинск - Минусинск а
Рис. 1. Граф взаимозависимости 3 классов территорий (а) и их расположение (б)
Тренд изменения средней температуры за исследуемый период (рис. 2) демонстрирует, что существует тенденция потепления климатических условий в среднем на 0,46 °С по всем метеостанциям, однако в Минусинске и Нижне-удинске потепление максимальное - на 1 °С, а в Томске оно практически не наблюдается.
б
Рис. 2. Линейные тренды изменения среднегодовой температуры на метеостанциях Сибири за период с 1955-1998 гг.
Рассматривая среднемесячную температуру исследуемого периода с разделением на западную и восточную группу метеостанций (рис. 3), можно заключить, что по нашим данным подтверждена тенденция изменения атмосферной
температуры - в Западной Сибири средняя температура выше как для холодного, так и для теплого периодов года, однако, для Восточной Сибири смена сезонов весна-лето и лето-осень проходит более сглажено и без скачков, что объясняется отсутствием в целом сильных ветров и малым объемом осадков в летний период.
Рис. 3. Графики изменения месячной температуры Западной и Восточной Сибири
Таким образом, анализ корреляционных связей между средними значениями температурных изменений исследуемых территорий показал схожесть и отличия температурных режимов и климатических условий. Выявленные характеристики позволяют выбрать синусоидальную модель прогнозирования погодных условий, которую можно рассматривать в комплексе с моделью осадков данных районов, что позволит ориентироваться в таких направлениях, как прогностическое определение начала холодных и теплых периодов, что имеет большое хозяйственное значение.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Волкова М.А., Чередько Н.Н., Кусков А.И. Температурные риски и оценка вероятности их возникновения на территории Алтайского края и Республики Алтай // Вестник ТГУ. 2012. № 355. С. 148-153.
2. Кобышева Н.В. Климат России. - СПб: Гидрометеоиздат. 2001. 655 с.
3. Белонин М.Д., Голубева В.А., Скублов Г.Т.Факторный анализ в геологии. - М.: Недра, 1982 . 269 с.
4. Ким Дж., Мюллер Ч.У. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. - М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.
5. Разложение Холецкого [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://en.wikipedia.org/wiki/Cholesky_decomposition, свободный (дата обращения 14.09.2015).
6. ЬИ - decomposton [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://en.wikipedia.org/wiki/LU_decomposition, свободный (дата обращения 14.09.2015).
7. Лучкова С.В., Перемитина Т.О., Ященко И.Г. Применение программного комплекса анализа многомерных данных на основе нечеткого и статистического моделирования // Информационные технологии. 2014. № 1. С. 24-30.
© Т. О. Перемитина, И. Г. Ященко, В. П. Днепровская, 2016