CC BY
19
УДК 551.51
МАКРОЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ НА АЛТАЕ
Н.С. Малыгина1, Т.В.Барляева2, Т.С. Папина1
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул E-mail:natmgn@gmail. com, papina@iwep. ru 2Университет Эхс-Марсель, г. Марсель, Франция, E-mail: [email protected]
Используя данные пяти метеорологических станций о суточном количестве атмосферных осадков, выпавших на Алтае в 1959-2012 гг. и «Календарь последовательной смены элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ)» (по Б.Л. Дзердзеевскому), определены макроциркуляционные процессы, обеспечивающие атмосферные осадки в регионе. На основе применения Манн-Кендалл-Снейрс теста показано, что режим атмосферных осадков характеризовался ступенчатым изменением в начале 1980-х гг. Смена знака тренда в изменениях атмосферных осадков связана со значительным усилением в 1981-2012 гг. вклада ЭЦМ 13л, относящегося к южной меридиональной группе циркуляций.
Ключевые слова: атмосферные осадки, макроциркуляционные процессы, Алтай.
Во Втором оценочном докладе Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории РФ [1] однозначно показано, что наблюдаемые климатические изменения характеризуются различной степенью интенсивности, порой имеющей противоположный знак в отдельных регионах России. Среди основных причин, обусловливающих изменения в ключевых компонентах климатической системы [1-3], выделяют: изменения орбитальных параметров Земли и солнечной активности, интенсивность вулканической деятельности и увеличение эмиссии парниковых газов, а также изменения в атмосферной циркуляции. В пятом оценочном докладе Межправительственной группой экспертов по изменению климата [2] приводятся результаты, обосновывающие необходимость понимания возможного разнонаправленного влияния атмосферной циркуляции на настоящие и прогнозируемые климатические изменения в каждом конкретном регионе. При этом акцентируется внимание на полярных и приполярных районах, а также горных территориях, которые являются наибо-
лее уязвимыми регионами в этом отношении.
Прогнозирование климатических изменений в горных регионах до сих пор остается довольно сложной задачей, т.к. для этих территорий исходная метеорологическая информация зачастую лимитирована редкой сетью станций наблюдений, а климатические изменения более сложны по сравнению с равнинными территориями [4]. В связи с этим проведение оценок влияния мак-роциркуляционных процессов на климатические изменения в горных регионах весьма актуально с учетом возможности использования этих результатов в климатических моделях различных уровней сложности.
Одним из перспективных районов для проведения исследований в данном направлении является Алтай, расположенный на территории России, граничащий с Казахстаном, Монголией, Китаем и состоящий из системы сильно расчлененных горных хребтов, образующих водораздел рек Оби, Иртыша и Енисея [5]. Его отличительной чертой является преобладание отчетливой широтной зональности горных хребтов с
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2016. (40)
доминированием на северо-востоке субмеридиональной системы хребтов и на юго-востоке - субширотной [6].
В настоящее время существует значительное количество классификаций циркуляционных процессов как глобального, так и регионального масштаба [7], среди которых особо можно выделить классификацию Б.Л. Дзердзе-евского [8], разработанную для всего Северного полушария, но при этом довольно детально описывающую ежедневную смену макросиноптических условий в каждом конкретном регионе. Данная классификация основана на учете количества и направлений арктических вторжений (блокирующих процессов) и выходов южных циклонов, а также на изменениях характера давления атмосферы в Арктике. Основной единицей типизации Б.Л. Дзердзеевского является выделенный 41 подтип элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ), которые систематизированы в 13 типов, а они, в свою очередь, делятся на четыре группы [9]. Ежедневные синоптические карты и карты барической
топографии служат фактической основой для выделения ЭЦМ и в то же время содержат в себе косвенную информацию о потоках влаги в атмосфере, поэтому через смену структур ЭЦМ можно проследить и циркуляционные условия выпадения атмосферных осадков.
В настоящей работе для определения основных типов макросиноптиче-ских процессов, контролирующих поступление и выпадение осадков на Алтае мы применяли ранее предложенный
подход, суть которого состоит в расчете
(0/.
количества осадков (%), выпадающих при определенном типе циркуляции (ЭЦМ) по ежедневным данным [10-11]. В качестве исходной информации использовали ежедневные данные «Календаря последовательной смены элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ)» по Б.Л. Дзердзеевскому [12] и суточные количества атмосферных осадков по данным метеостанций Кара-Тюрек, Кош-Агач, Кызыл-Озек, Усть-Кокса и Яйлю за период 19592012 гг. (рис. 1) [13].
Рис. 1. Метеорологические станции Алтая
Стоит отметить, что временная граница смены знака тренда атмосферных осадков на Алтае совпадает с началом «Зональной эпохи ЭЦМ» для Сибирского сектора [9].
Расчет вкладов 41 подтипа ЭЦМ в поступление осадков на территорию Алтая для выделенных периодов (I период - 1959-1980 и II - 1981-2012) показал, что максимальные вклады в поступление атмосферных осадков в регион дали ЭЦМ 13л и ЭЦМ 12а как в первом, так и во втором периоде (табл. 1). При этом вклад ЭЦМ 13 л в поступление осадков, по данным пяти станций Алтая, во втором периоде увеличился в ~2 раза, в то время как вклад ЭЦМ 12а возрос не так значительно (на ~1/3), а по данным метеостанции Кош-Агач, даже снизился на 0,5 %.
Расчет средних значений по данным пяти анализируемых станций как индивидуальных вкладов ЭЦМ, так и суммарных вкладов ЭЦМ, относящихся к одной из четырех групп циркуляций, показал следующее (табл. 2).
Таблица 1
Максимальные вклады ЭЦМ, обусловливающих атмосферные осадки на Алтае в 1959-1980 (I период) и 1981-2012 (II период) гг., %
ЭЦМ Кара-Тюрек Кош-Агач Кызыл-Озек Усть-Кокса Яйлю
I II I II I II I II I II
12а 7,0 9,5 6,5 6,0 6,1 9,6 8,0 9,4 7,8 9,4
13л 12,9 25,0 13,7 34,8 9,1 23,6 11,0 26,6 12,7 25,1
Таблица 2
Элементарные циркуляционные механизмы (ЭЦМ), обусловливающие атмосферные осадки на Алтае в 1959-1980 (I) и 1981-2012 (II) гг.
Типы (1-13) и подтипы ЭЦМ, Вклад ЭЦМ, %
Группа циркуляции I период II период
входящие в группу ЭЦМинд. I ЭЦМ ЭЦМинд. I ЭЦМ
Зональная 1а, 1б, 2а, 2б, 2в 0,8-4,3 9,6 0,6-1,3 4,4
Нарушение зональности 3, 4а, 4б, 4в, 5а, 5б, 5в, 5г, 6, 7аз, 7ал, 7бз, 7бл 8а, 8бз, 8бл, 8вз, 8вл, 8гз, 8гл, 0,4-4,5 24,3 0,1-3,5 15,3
Меридиональная северная 9а, 9б, 10а, 10б, 11а, 1б, 1в, 11г, 12а, 12бз, 12бл, 12вз, 12вл, 12г 0,5-7,1 48,3 0,6-8,1 44,4
Меридиональная южная 13з, 13л 4,2-11,9 16,1 6,2-29,7 35,9
Результаты и обсуждение
С помощью Манн-Кендалл-Снейрс теста [14-15] было показано, что режим атмосферных осадков на Алтае за период 1959-2012 гг. характеризуется ступенчатым изменением вначале 1980-х гг. (рис. 2). Данные результаты хорошо согласуется с ранее оцененными изменениями режима осадков на северо-западе Китая, в т.ч. в районах, прилегающих к Алтаю [16-17].
Рис. 2. Изменение количества осадков по данным метеостанции Кара-Тюрек
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2016. No1 (40)
Максимальное среднее значение индивидуального вклада ЭЦМ в поступление осадков на Алтай вносил ЭЦМ 13 л, который и был определен как ведущий ЭЦМ, обуславливающий осадки при индивидуальном рассмотрении. В первом временном периоде суммарный вклад меридиональной южной группы циркуляций (к которой относится ЭЦМ 13 л) составил всего 16,1 %, при максимальном вкладе ЭЦМ меридиональной северной группы циркуляций, равном 48,3 %. Во втором периоде (1981-2012) вклад ЭЦМ, относящихся к южной меридиональной группе цирку-ляций, значительно (более чем в 2 раза) возрос и составил уже 35,9 %. Однако вклад ЭЦМ, относящихся к зональной группе циркуляций и группе ЭЦМ, связанных с нарушением зональности во второй период снизился.
Заключение
Проведенная с помощью Манн-Кендалл-Снейрс теста оценка изменения режима атмосферных осадков на Алтае показала, что в начале 1980 гг. произошло ступенчатое изменение режима атмосферных осадков. Отмеченное изменение связано с существенным увеличением в 1981-2012 гг. вклада ЭЦМ 13 л, который по данным пяти метеостанций Алтая в этот период достигал 24-35 % от суммы вкладов в поступление осадков в регион всех 41 ЭЦМ по классификации Б.Л. Дзердзеевского. При этом суммарное значение вкладов ЭЦМ, относящихся к южной меридиональной группе циркуляций, увеличилось в 2 раза.
Список литературы
1. Второй оценочной доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории РФ [Электронный ресурс]. - URL: http://downloads.igce.rU/publications/OD_2_2014/v2014/htm/1.htm.
2. Обобщающий доклад МГЭИК. Изменение климата 2014 г. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ipcc.ch/home_languages_main_russian.shtml
3. Wanner H., Beer J., Bütikofer J., Crowley T.J., Cubash U., Flückiger J., Goosse H., Grosjean M., Joos F., Kaplan J.O., Küttel M., Müller S.A., Prentice I.C., Solomina O., Stocker F.S., Tarasov P., Wagner M., Widmann M. Mid- to late Holocene climate change: an overview // Quat Sci Rev. - 2008. - № 27. - С. 1791-1828.
4. Kohler T., Maselli D. Mountains and Climate Change - From Understanding to Action. - Bern., 2012. - 84 р.
5. Первый географический БЭС. - М., 2007. - 800 с.
6. Егорина А.В. Барьерный фактор в развитии природной среды гор. - Барнаул, 2004. - 367 с.
7. Stanojevic G. The classifications of atmospheric circulation // Jovan Cvijic, SANNU. -2010. - № 60. - С. 2-18.
8. Дзердзеевский Б.Л. Общая циркуляция атмосферы и климат: избр. тр. - М., 1975. - 288 с.
9. Кононова Н.К. Классификация циркуляционных механизмов Северного полушария по Б.Л. Дзердзеевскому. - М., 2009. - 372 с.
10.Малыгина Н.С., Зяблицкая А.Г., Кононова Н.К., Барляева Т.В., Останин О.В., Папина Т.С. Макроциркуляционные процессы и атмосферные осадки в Алтайском регионе // Изв. АлтГУ. - 2014. - Т. 1. - № 3(83). - С. 151-155.
11.Малыгина Н.С., Барляева Т.В., Зяблицкая А.Г., Кононова Н.К., Отгонбаяр Д., Останин О.В., Папина Т.С. Русский и Монгольский Алтай: особенности макроциркуля-
ционных процессов, обеспечивающих осадки в последнее тридцатилетие // Изв. АлтГУ. - 2014. - Т. 1. - № 3(83). - С.123-128.
12.Колебания циркуляции атмосферы северного полушария в XX - начале XXI вв. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.atmospheric-circulation.ru.
13.ВНИИГМИ-МЦД [Электронный ресурс]. - URL: http://meteo.ru/data.
14.Kendall M.G. Rank correlation methods. - London, 1975. - 272 р.
15.Sneyers R. Sur l'analyse statistique des séries d'observations. - Geneve, 1975. - 192 р.
16.Zhou L.T., Huang R.H. Research on the characteristics of interdecadal variability of summer climate in China and its possible cause // Clim Environ Res. - 2003. - № 8. - Р. 275290.
17.Chen Y., Li B., Chen Z., Fan Y. Water resource researcher in northwest China. - New York, London, 2014. - 444 р.
MACRO-CIRCULATION PROCESSES RESPONSIBLE FOR ATMOSPHERIC PRECIPITATION IN ALTAI
N.S. Malygina1, T.V. Barlyaeva2, T.S. Papina1
1Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul E-mail: [email protected], [email protected] 2Aix-Marseille University, Marseille, E-mail: [email protected]
Using the daily data on precipitation in the in 1959-2012 Altai from five weather stations and the «Calendar of sequential change of elementary circulation mechanisms (ECM)» (by B.L. Dzerdzeevskii), the principal macro-circulation processes responsible for atmospheric precipitation in this region were determined. Base on the Mann-Kendall-Sneyrs test it was shown that the precipitation regime had a step change in the early 1980s. The change in the trend sign was associated with significant increase in the contribution of ECM 13s belonging to the southern group of meridional circulation.
Keywords: precipitation, macro-circulation processes, Altai.
