CC BY
3411ЛМ\О11 ГЕОГРАФЙ/ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 551.583.13
ОЦЕНКА ТРЕНДОВ И МАГНИТУДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ОСАДКОВ ЗА ПОСЛЕДНИЕ ДЕСЯТИЛЕТИЯ В БАССЕЙНЕ РЕКИ КАФИРНИГАН
Гулахмадов А. А.
Институт водных проблем, гидроэнергетики и экологии Национальной Академии наук
Таджикистана
Горы с богатым биоразнообразием и экосистемами играют важную роль в развитие экономики за счет производства гидроэлектроэнергии, туризма, обеспечения водных ресурсов для сельского хозяйства и животноводства [1,2]. Эти важные экосистемные услуги также усиливают региональный климат. Однако эти экосистемы подвергаются риску антропогенного давления в результате стремительного роста населения и воздействия глобального потепления, что в дальнейшем приводит к изменениям в гидрологическом цикле и отступлению ледников [1,3]. Тенденция глобального потепления стала очевидной в последние десятилетия и связана с проблемой изменения климата [4]. Горный бассейн реки Кафирниган (БРК) в Центральной Азии имеет сильный местный контраст [5,6]. Река Кафирниган (РК), не доходя до реки Амударья, протекает через столицу Таджикистана и несколько густонаселенных районов, где люди приобретают питьевую воду и орошают свои земли из РК.
Глобальное годовое количество осадков показало тенденцию к увеличению на 1,1 мм за десятилетие (с погрешностью ± 1,5 мм) в течение периода 1901-2005 гг. [7]. Годовое количество осадков было разным в разных регионах и местах. Согласно пятому оценочному докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), десятилетняя годовая тенденция глобального выпадения осадков на сушу снизилась. Однако в средних широтах северного полушария (30 °К - 60 °К) десятилетний тренд годовых осадков на суше усилился [8-11]. Донат и др. [12] подтвердили, что климатические модели и данные наблюдений указывают на устойчивое увеличение количества осадков в засушливых регионах мира, а во влажных регионах были обнаружены небольшие колебания в течение 1951-2010 гг. Щу и др. [13] наблюдали тенденцию к увеличению, а также к уменьшению количества осадков в течение 1961-2001 гг. в восточных горных районах Центральной Азии. Аналогичным образом Ли и др. [14] подтвердили тенденцию к постепенному уменьшению годового количества осадков в Центральной Азии в конце ХХ века. В регионе Средней Азии преобладает западная циркуляция, Чен и др. [15] сообщили о тенденции к увеличению количества осадков в период 1930-2009 гг. Были сообщены о тенденции к увеличению годового количества осадков от средних до высокогорных регионов в северных горных районах Центральной Азии в период 1961-2005 гг. [16]. Ахмед и др. [17] использовали модифицированный тест Манна - Кендалла и отметили, что годовое количество осадков значительно увеличилось в течение 1961-2015 гг. в реке Янцзы на Цинхай-Тибетском плато. Яо и др. указали на значительную тенденцию к увеличению количества осадков со скоростью 4,44 мм/десятилетие в бассейне реки Сырдарья в Центральной Азии в периоды 1881-2011 и 1891-2011 годов [18]. Анилизы Сонг и др. [19] показали, что зимние осадки значительно увеличились (0,11 мм/год) над Центральной Азией. Также за период 1960-1991 гг [19] сообщил о значительной тенденции к увеличению количества осадков зимой в Центральной Азии после использования различных наборов данных с координатной привязкой.
Для анализа изменения трендов гидроклиматических переменных на протяжении многих лет были разработаны и применены различные статистические методы [20,21]. Тест Манна -Кендалла (МК) и модифицированный тест Манна - Кендалла (ММК) [22,23] широко используются и общеприняты в качестве эффективных методов оценки наличия статистически значимых тенденций в выпадении осадков [24-26]. Для определения величины трендов и количественной оценки значимости трендов во временных рядах осадков использовался непараметрический метод теста Сена (ТС) [27,28]. Для обнаружения точки резкого изменения тренда во временном ряду использовался тест Петтитта [29], который является широко используемым методом [30,31]. В этом исследовании мы использовали тесты МК, ММК, СТ и Петтитт. Целью настоящего исследования является изучение трендов
выпадения осадков для долгосрочных и краткосрочных периодов (1951-2012 и 1979-2012 гг.) с учетом годовых и месячных осадков в бассейне реки Кафирниган.
2. Материалы и методы
2.1. Исследуемый регион
Бассейн реки Кафирниган находится в Центральной Азии и расположен между 37 ° и 39 ° северной широты и 68 ° и 70 ° восточной долготы. Это один из северо-западных притоков реки Амударья и трансграничной реки между Таджикистаном и Узбекистаном. До слияния с Амударьи общая длина реки Кафирниган составляет 387 км. Общая площадь реки Кафирниган составляет 11 590 км2. В данном исследовании для демаркации границы водосбора и речной сети в бассейне реки Кафирниган было использовано 30-метровое пространственное разрешение цифровой модели рельефа с веб-сайта Shuttle Radar Topographic Mission [32].
F to -
F —
Васссйн реки Кафирниган
i
Легенда
© Климатические станции ■— Речная сеть
| Бассейн реки Кафирниган
Ц1МР (м) Значение
■в Высокий: 4830 Иижий: 304
- :
Рисунок 1. Географическое расположение метеорологических станций в районе исследования. ЦМР: цифровая модель рельефа.
Таблица 1. Расположение исследуемой климатической станции с координатами и
среднемесячным количеством осадков (?) за каждый сезон за период 1951-2012 гг._
Р (шш) (Зим, Вес, Лет,
Осен)_
308 (131, 31,
67, 79) 1226 (403, 546,
67, 210) 838 (250, 439,
32, 117) 643 (223, 323, 11, 86) 311 (119, 149,
11, 32) 187 (74, 86, 6, _21)_
Межгодовой ход осадков для всех шести метеорологических станций за период 19512012 гг. показан на рисунке 2. Сезонная изменчивость температуры и осадков была охарактеризована зимой (декабрь, январь и февраль), весной (март, апрель и май), летом (июнь, июль и август) и осенью (сентябрь, октябрь и ноябрь). Самыми холодными и жаркими месяцами для всех метеостанций были январь и июль со средней минимальной и средней максимальной температурой от -12,1 °С до +9,7 °С в Анзобском перевале, от -17 °С до +24,2 °С в Хушьёри, от + 0.4 °С до +25.5 °С в Файзабаде, от +2,3 °С до +27,1 °С в Душанбе, от +1,9 °С до +30,4 °С в Исамбай и от +1,8 °С до +31,4 °С в Шаартузе. Абсолютный максимум и минимум температуры на всех климатических станциях колеблются от +24 °С до -10 °С в Анзобе, от +39 °С до +3 °С в Хушьёри, от +41 °С до -26 °С в Файзабаде, от -27 °С до +46 °С в Душанбе, от +47 °С до -27 °С в Исамбай и от +47 °С до -22 °С в Шаартузе в период 1951-2012 гг. Годовое количество осадков на шести станциях составило 494 мм в Анзобском перевале, 1188 мм в Хушьёри, 841 мм в Файзабаде, 653 мм в Душанбе, Исамбай 306 мм и 252 мм в Шаартузе в период 1951-2012 гг.
Индекс в ВМО Климатические станции Широта (°N) Долгата (°E) Высота н.у.м. (м)
38719 Анзобский перевал 39.50 68.52 3373
38833 Хушьёри 38.53 68.50 1361
38845 Файзабад 38.32 69.19 1215
38836 Душанбе 38.35 68.44 800
38838 Исамбай 38. 3 68. 21 563
38937 Шаартуз 36.58 68.20 378
Месяц Месяц
Рисунок 2. Межгодовые колебания температуры и количества осадков в период 1951-2012 гг. в бассейне реки Кафирниган.
В глобальном масштабе (по данным МГЭИК, 2013 г.) тенденции выпадения осадков за десятилетие были исследованы с применением различных наборов данных; CRU TS 3.10.01 использовался Митчеллом и Джонсом [8], GHCN V2 - Восе [9], GPCC V6 - Беккером [10] и Смитом и др. [11] в двух прошлых временных масштабах, как показано на Рисунке 3 и Таблице 3. _
Рисунок 3. Среднегодовые аномалии осадков над сушей и одной широтной полосы из пяти глобальных наборов данных об осадках CRU, GHCN, GPCC, Smith et al. и GPCP по сравнению с периодом 1981-2000 гг. (Источник: отчет МГЭИК, 2013 [33]).
3. Методология
3.1. Тест Манна - Кендалла (МК)
MK-тест - это непараметрический тест для выявления трендов в данных временных рядов [34]. Используя линейную регрессию, скорость тренда m 1 определяется по уравнению (1):
У = m ! xt + c0, (1)
где x - осадки за периоды 1951-2012 и 1951-2008 гг. С помощью ¿-критерия была проверена значимость m 1. Положительные и отрицательные значения m 1 показывают теренд к увеличению и уменьшению осадков в определенных временных рядах [35]. Статистика теста MK (S) определяется уравнением (2):
S = rk Z ¡1]= к+1sgn(Xj-Xk), (2)
8дп(Х,--Хк) = { (Х^-Хк) = 0,0 }, (3)
где п - длина набора данных, Хи Хк - значения данных в моменты времени ) и к, а sgn -знаковая функция, которая принимает значения -1, 0 и + 1. Р езультирующее значение t от Б показывает восходящие или нисходящие тренды в наборах климатических данных:
Уаг (Б) - П(П~1X2П+^(4) ( ) ~ 1 8 ,
где р - связанная группа, а 1к - количество наблюдений в к -й группе. Как определено уравнением (5), стандартизованная статистика теста может быть определена с помощью
5-1 ^
,5 > 0
Zc =
^Var(S)
0,5 = 0
5+1
,5 < 0
(5)
JVar(S)'
где Zs показывает значимость тренда. Затем применяется стандартизованная статистика теста для проверки нулевой гипотезы, Н0 , если Zs > Zai2 , а а показывает уровень достоверности. В этом исследовании, если тренд во временных рядах осадков статистически значима при уровне значимости а = 0,01 (или 99% доверительных интервалов), а = 0,05 (или 95% доверительных интервалов) и а = 0,1 (или 90% доверительный интервал). При уровне значимости 1%, 5% и 10% нулевая гипотеза об отсутствии тренда отклоняется, если Z s >
, , и соответственно.
3.2. Программный пакет «Modifiedmk»
Модифицированный тест МК, введенный Хамедом и Рао [36], был использован для
оценки трендов данных последовательной корреляции. Позже Юэ и др. [37] представили
непараметрический модифицированный метод тренда МК, который подходит для
автокоррелированных данных на основе измененного значения дисперсии тестовой
статистики. Было обнаружено, что точность этого модифицированного теста с точки зрения
его эмпирической значимости превосходит исходный тест тенденции Манна - Кендалла без
потери мощности. Пакет библиотеки с открытым курсом под названием «modifiedmk» был
разработан на R-языке [38]. Пакет «modifiedmk» был применен для вычисления
непараметрических критериев Манна - Кендалла и всех модифицированных версий
критериев Манна - Кендалла, упомянутых в текущем исследовании. Пакет «Modifiedmk»
теперь находится в свободном доступе через репозиторий CRAN и платформу управления
версиями Github [39]. Выражение скорректированной дисперсии вычисляется, как показано
ниже, а значения Z находятся из уравнений (6) и (7) [37]:
п п(п — 1 )(2 п + S) п „ ч
V (S) = V ar(S) х- = пЬ-^-1 х - (6)
ns 18 ns
71-1
n
— =1 +
x£(n -i)(n -i-2 ) ps( i ) (7)
п(п- 1 )(п- 2)
¿=1
где п/п* показывает поправку из-за автокорреляции в данных, «п» - фактическое количество наблюдений, а р3 0 - автокорреляция рангов наблюдений. Результаты всех тестов MK, MMK, наклон Сена и Петтита были получены с использованием программного обеспечения RStudio версии 3.5.3.
3.2. Наклон теста Сена
Используя наклонный тест Сена, была рассчитана величина трендов во временном ряду. Наклон пары данных « п'' сначала был рассчитан с использованием уравнения (8):
если к <), (8)
где Х I и Х к - значения данных в моменты времени ) и к. Медиана значений «« п'' от Q является оценкой наклона Сена. Положительные и отрицательные значения представляют тренд к увеличению и уменьшению в наборах данных об осадках. Наклон (<2) значений «<п'' классифицировали от низкого к высокому. Оценка Сена может быть рассчитана с использованием уравнения (9):
i
Оценочная функция Сена = Qп+i если п нечетный, -
2 2
Qn + Qn+i .2 2
если п четный. (9)
3.3. Тест Петитта
Для обнаружения единой точки изменения осадков и временных рядов с непрерывными данными применяется подход Пертитта [29]. Обычно, когда в серии существует соседняя точка изменения, максимальное значение КТ будет определяться как точка изменения:
Кт = m ax\U ti Т1 (10)
U t, т = lt= ilT= t+гs9 n(Xt+X}). (11)
Если \U t т| увеличивается со временем t, то последовательность не имеет точки изменения; наоборот, если \U t т т| показывает тенденцию к снижению относительно времени t, затем в серии произошла точка изменения. Точка изменения ряда находится в Кт, при условии, что статистика значима. Вероятность значимости аппроксимируется для р < 0 . 0 5 с
Р = 2е хР(тр^). (12)
4. Результаты
На основе данных многолетних наблюдений в бассейне реки Кафирниган тренды и магнитудные изменения месячных и годовых осадков были определены с помощью непараметрических тестов Манна-Кендалла, модифицированных тестов Манна-Кендалла и наклонов Сена. Тест Петтитта использовался для анализа точки изменений в периоды 19512008 годов. Кроме того, анализ трендов осадков был представлен из отчета МГЭИК за 2013 год исключительно в демонстрационных целях, поскольку период нашего исследования в бассейне реки Кафирниган был таким же, как и в отчете МГЭИК за 2013 год (таблицы 3 и 4). При анализе трендов в континентальном и глобальном масштабе большинство исследований проводилось на основе данных с координатной привязкой, которые имеют большую неопределенность, чем данные наблюдений. Анализ глобальных трендов согласно отчету МГЭИК 2013 был описан на основе наборов данных CRUTS, GHCN V2, GPCC V6 и Smith et al. для трендов осадков.
4.3. Анализ трендов сезонных осадков в бассейне реки Кафирниган
Исходный результат теста МК для сезонного тренда осадков в период 1951-2008 годов в бассейне реки Кафирниган в Центральной Азии показан в таблице 2. Сезонное количество осадков показало тенденцию к снижению на всех шести климатических станциях весной (март, апрель и май). Зимой (декабрь, январь, февраль); однако были обнаружены тенденцию к увеличению сезонных осадков в период 1951-2008 гг. на большинстве климатических станций. Результаты для сезонных осадков показывают, что в высокогорных и низкогорных районах весеннее количество осадков значительно уменьшилось, а зимние осадки значительно увеличились только в высокогорных районах бассейна реки Кафирниган в Центральной Азии.
Таблица 2. Сезонный тренд осадков на основе оригинального теста Манна -
Кендалла в бассейне реки Кафирниган в Центральной Азии.
Климатические станции Анзобский перевал Хушьёри Файзабад Душанбе Исамбай Шаартуз
Высота н.у.м. (м) 3373 1361 1215 800 563 378
Период 1951-2008
Январь +3.173 ** +0.322 +1.000 +0.402 +0.503 -0.503
Февраль +2.294 * +0.288 -0.215 +0.59 -0.409 -0.101
Март -0.349 -1.322 -1.939 * -1.905 * -0.745 -0.436
Апрель -2.308 * -0.631 -1.368 -1.583 -2.408 * -2.375 *
Май -2.918 ** -0.865 -1.275 -1.248 -2.086 * -2.449 *
Июнь -2.650 ** +0.329 +0.262 +0.684 +1.016 +1.777 *
Июль -0.859 +0.819 +1.878 * +0.666 +2.371 * +0.845
Август -0.845 +1.309 +0.504 -0.345 +0.954 +1.079
Сентябрь +1.288 +1.556 +2.019 * +2.590 ** -0.231 +2.135 *
Октябрь -0.382 +0.423 -0.282 +0.537 +0.357 +0.36
Ноябрь +0.610 -0.389 -0.309 -0.356 -0.691 +0.107
Декабрь +3.173 ** +0.322 +1.000 +0.402 +0.503 -0.503
Проверенные уровни значимости: ** дляр < 0.01, и * дляр < 0.05.
4.4. Анализ трендов годовых и декадных осадков
В таблице 3 представлен глобальный анализ линейного тренда годового количества осадков в северном полушарии и годового глобального количества осадков на суше в период 1951-2008 годов. В данном исследовании также был выбран период годового и декадного трендов осадков 1951-2008 гг.
Таблица 3. Линейный тренд в средних широтах северного полушария (30° N - 60° К) и годовые глобальные осадки на суше, 1951-2008 гг. (МГЭИК, 2013).
Динамика количества осадков в мм год^за десятилетие, 1951-2008
Набор данных
Регионы суши над широтами северного (30 °N-60 °N)_
средними полушария
Регионы суши над земным шаром
Climatic Research Unit (CRU)
TS 3.10.01 [8] Global Historical Climatology Network Version 2 (GHCN V2)
[9]
Global Precipitation Climatology Centre Version 6 (GPCC V6)
[10]
Smith et al. [11]
1.13 ± 2.01 1.39 ± 1.98
1.50 ± 1.93 0.97 ± 0.88
-2.12 ± 3.52 -2.77 ± 3.92
-1.54±4.50 0.68 ±2.07
Результаты модифицированного и оригинального теста МК показали тенденцию к уменьшению годового и декадного количества осадков в период 1951-2008 годов. Среди шести климатических станций тенденция к уменьшению количества осадков за десятилетие (P/D) варьировала от -14,63 мм в год за десятилетие до -4,76 мм в год за десятилетие (Рисунок 4). Отрицательный тренд P/D в бассейне реки Кафирниган был сильнее (Таблица 4) по сравнению с показателями глобального анализа северного полушария и глобальных площадей суши (Таблица 3). Модифицированный тест МК показал значительную тенденцию к снижению годового количества осадков только в низкогорных районах, таких как станции Исамбай и Шаартуз, в то время как незначительный тренд был обнаружен в высокогорных районах. Результаты теста Петтитта показали, что точка изменения наступит в 1994 году на станции Анзоб в период 1951-2008 годов. В этот период изменения осадков на станциях Файзабад и Шаартуз произошли в 1999 году, а на станциях Хушьёри, Душанбе и Исамбай - в 1969 году. Результаты теста Петитта показали, что в этой горной местности произошли более ранние изменения в маловысотных районах. Это изменение может быть связано с более ранними последствиями изменения климата для низкогорных районов горного бассейна реки Кафирниган в Центральной Азии.
Таблица 4. Годовой тренд осадков за десятилетие (P/D), наклон Сена, анализ точек резкого изменения, а также оригинальные и модифицированные тесты Манна-Кендалла (MK) для трендов (Z) в бассейне реки Кафирниган, Центральная Азия._
1951-2008, мм
Климати
чекие станции
Точка
резког Z Z
о (Модифициров (Оригинал измене анный) ьный)
ния
P/Д
Значимость
p- ^ на основе
г,г Скл ,
Значе модифициров
ние он анного теста
МК
-4.7 59 0.096 -0.5 54 NS
-12. 894 0.301 -0.9 28 NS
-14. 636 0.188 -1.1 41 NS
-5.2 23 0.048 -1.3 30 **
-7.7 71 0.004 -0.7 73 ***
-8.9 44 0.002 -1.0 31 ***
Анзобски 1994 -1.661
и перевал
Хушьёри 1969 -1.033
ФаИзабад 1999 -1.314
Душанбе 1969 -1.975
ИсамбаИ 1969 -2.861
Шаартуз 1999 -3.104
-0.765 -0.328 -0.684 -0.858 -1.207 -1.388
Проверенные уровни значимости: *** для p < 0.001, ** для p < 0.01, NS для p > 0.1
Год Год
Рисунок 4. Межгодовая изменчивость и тренд годовых осадков в период 1951-2008 гг. в бассейне реки Кафирниган, Центральная Азия.
5. Обсуждение результатов
Река Кафирниган - один из северо-западных притоков Амударьи. Климат бассейна континентальный под влиянием западного ветра, что приводит к значительным сезонным изменениям количества осадков [40,41]. В настоящем исследовании изучались последние тренды декадных, годовых и сезонных осадков в периоды времени 1951-2008 годов в бассейне реки Кафирниган.
Сезонные осадки имели тенденцию к уменьшению в весенний сезон как в высокогорных, так и в низинных регионах, в то время как зимние осадки имели тенденцию к значительному увеличению в высокогорных регионах в течение периода 1951-2008 годов в бассейне реки Кафирниган в Центральной Азии. Точно так же тренд к значительному увеличению зимних осадков была обнаружена Ченом и др. [15] и Сонгом и др. [19] для региона Центральной Азии, где они определили восходящий тренд в периоды 1930-2009, 1960-1991 и 1960-2013 годов. Пендерграсс и др. [42] сообщили, что глобальное количество зимних осадков увеличилось во второй половине 20-го века, и объяснили это увеличение ролью увеличения влажности, противодействующей ослаблению циркуляции. Результаты по годовому тренду осадков показали тренд к уменьшению над бассейном на всех исследуемых станциях. Этот результат для годовых осадков соответствует тем же статистическим тенденциям, которые наблюдаются в Центральной Азии [14]. Ли и др. [14] отметили, что в Центральной Азии в конце 20 века наблюдалась устойчивая тенденция к уменьшению годового количества осадков. Чен и др. [15] изучали годовые осадки с использованием метода расчета осадков с привязкой к месяцам, полученного от Отдела климатических исследований (Climate Research Unit) в период 1930-2009 годов, и пришли к выводу, что в целом за последние 80 лет количество осадков увеличилось в засушливых районах Центральной Азия с преобладанием западной циркуляции. По словам Ахмеда и др. [17], модифицированные результаты теста Манна - Кендалла показали значительную тенденцию к увеличению годового количества осадков в период 1961-2015 гг. В реке Янцзы на Цинхай-Тибетском плато, в азиатском регионе эти противоречия в наших выводах могут быть связаны с увеличением концентрации антропогенно-поглощающих аэрозолей и западной системы [43,44]. Донат и
др. сообщили, что в засушливых регионах земного шара количество осадков сильно увеличилось, тогда как во влажных регионах наблюдались лишь небольшие изменения за период 1951-2010 гг. [12]. Мы обнаружили, что тренд к уменьшению годового количества осадков в бассейне реки Кафирниган в Центральной Азии была более значительной в период 1951-2008 годов по сравнению с тем же периодом в предыдущих исследованиях в северном полушарии и в глобальном масштабе, где различные наборы данных применялись Mitchell et al. [8], Восе и др. [9], Becker et al. [10] и Smith et al. [11] (Таблицы 3 и 4).
Тренды выпадения осадков изучались в горном бассейни реки Кафирниган в Центральной Азии. Мы пришли к выводу, что годовое количество осадков имело тенденцию к уменьшению в периоды 1951-2008 годов. Использование анализа трендов выпадения осадков, основанного на данных наблюдений в масштабе бассейна, имеет важное значение для местных агрономов, инженеров-гидроэнергетиков и лиц, принимающих решения, для разработки новых стратегий для аномальных гидроклиматических условий. Дальнейшие исследования могут быть сосредоточены на сочетании анализа трендов выпадения осадков с температурой и стоком в бассейне реки Кафирниган.
6. Выводы. В данном исследовании были проанализированы тренды, точки резкого изменения, и магнитудные изменения осадков в годовом и сезонном масштабах. По результатам проведенного анализа можно сделать следующие выводы. Сезонное количество осадков показало тренд к уменьшению на всех шести климатических станциях весной, в то время как тренд к увеличению наблюдалась зимой на большинстве климатических станций в период 1951-2008 годов. Наши результаты для сезонных осадков показали значительный тренд к снижению весной и значительный тренд к увеличению зимой в высокогорных районах бассейна реки Кафирниган. Годовой тренд количества осадков на всех станциях непрерывно снижался по всему бассейну, с самым высоким отрицательным трендом -14,63 мм в год за десятилетие, наблюдаемым на станции Файзабад, и самым низким, равным -4,76 мм в год за десятилетие, наблюдаемым на станции Анзоб. Из-за разной естественной топографии и географического положения разные станции показали разные результаты этих резких изменений. Точки резких изменений осадков проиходил в 1999 г. на станциях Файзабад и Шаартуз, а в 1969 г. - на станциях Хушьёри, Душанбе и Исамбай. На станции Анзоб точка изменения произошла в 1994 году. Ранее изменения количества осадков регистрировались в низкогорных районах бассейна реки Кафирниган. Эти изменения могут быть связаны с более ранним воздействием изменения климата на низкогорные районы горных районов Центральной Азии.
Весной сезонные осадки демонстрировали тенденцию к уменьшению на всех шести климатических станциях, в то время как это исследование анализировало только пространственно-временную изменчивость осадков и не рассматривало влияние антропогенной деятельности. Исследование показало, что гидроклиматическая изменчивость в верховьях бассейна реки Кафирниган влияет на колебания воды ниже по течению. Наши выводы в этом исследовании обеспечат научную теоретическую основу для водных проблем в бассейне реки Кафирниган.
ЛИТЕРАТУРА
1. Schaefli, B.; Manso, P.; Fischer, M.; Huss, M.; Farinotti, D. The role of glacier retreat for Swiss hydropower production. Renewable energy 2019, 132, 615-627.
2. Buytaert, W.; Célleri, R.; De Bievre, B.; Cisneros, F.; Wyseure, G.; Deckers, J.; Hofstede, R. Human impact on the hydrology of the Andean páramos. Earth-Science Reviews 2006, 79, 53-72.
3. Hooke, R.L. Principles of glacier mechanics; Cambridge university press: 2019.
4. Xu, M.; Kang, S.; Wu, H.; Yuan, X. Detection of spatio-temporal variability of air temperature and precipitation based on long-term meteorological station observations over Tianshan Mountains, Central Asia. Atmospheric Research 2018, 203, 141-163.
5. Williams, M.; Konovalov, V. Central Asia temperature and precipitation data, 1879-2003. Boulder, Colorado: USA National Snow and Ice Data Center 2008.
6. World Bank. Key Issues for Consideration on the Proposed Rogun Hydropower Project. Available online: http://www.worldbank.org/content/dam/Worldbank/Event/ECA/central-asia/ (accessed on 10 September 2019).
7. Solomon, S.; Manning, M.; Marquis, M.; Qin, D. Climate change 2007-the physical science basis: Working group I contribution to the fourth assessment report of the IPCC; Cambridge university press: 2007; Vol. 4.
8. Mitchell, T.D.; Jones, P.D. An improved method of constructing a database of monthly climate observations and associated high-resolution grids. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society 2005, 25, 693-712.
9. Vose, R.S.; Schmoyer, R.L.; Steurer, P.M.; Peterson, T.C.; Heim, R.; Karl, T.R.; Eischeid, J.K. The Global Historical Climatology Network: Long-term monthly temperature, precipitation, sea level pressure, and station pressure data; Oak Ridge National Lab., TN (United States). Carbon Dioxide Information ...: 1992.
10. Becker, A.; Finger, P.; Meyer-Christoffer, A.; Rudolf, B.; Schamm, K.; Schneider, U.; Ziese, M. A description of the global land-surface precipitation data products of the Global Precipitation Climatology Centre with sample applications including centennial (trend) analysis from 1901-present. Earth System Science Data 2013, 5, 71-99.
11. Smith, T.M.; Arkin, P.A.; Ren, L.; Shen, S.S. Improved reconstruction of global precipitation since 1900. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 2012, 29, 1505-1517.
12. Donat, M.G.; Lowry, A.L.; Alexander, L.V.; O'Gorman, P.A.; Maher, N. Addendum: More extreme precipitation in the world's dry and wet regions. Nature Climate Change 2017, 7, 154-158.
13. Xu, Z.; Gong, T.; Li, J. Decadal trend of climate in the Tibetan Plateau—regional temperature and precipitation. Hydrological Processes: An International Journal 2008, 22, 3056-3065.
14. Li, Z.; Chen, Y.; Fang, G.; Li, Y. Multivariate assessment and attribution of droughts in Central Asia. Scientific reports 2017, 7, 1316.
15. Chen, F.; Huang, W.; Jin, L.; Chen, J.; Wang, J. Spatiotemporal precipitation variations in the arid Central Asia in the context of global warming. Science China Earth Sciences 2011, 54, 1812-1821.
16. Zhang, H.; Ouyang, Z.; Zheng, H.; Wang, X. Recent climate trends on the northern slopes of the Tianshan Mountains, Xinjiang, China. Journal of Mountain Science 2009, 6, 255-265.
17. Ahmed, N.; Wang, G.; Booij, M.J.; Oluwafemi, A.; Hashmi, M.Z.-u.-R.; Ali, S.; Munir, S. Climatic Variability and Periodicity for Upstream Sub-Basins of the Yangtze River, China. Water 2020, 12, 842.
18. Yao, J.; Chen, Y. Trend analysis of temperature and precipitation in the Syr Darya Basin in Central Asia. Theoretical and applied climatology 2015, 120, 521-531.
19. Song, S.; Bai, J. Increasing winter precipitation over arid central Asia under global warming. Atmosphere 2016, 7, 139.
20. Martinez, C.J.; Maleski, J.J.; Miller, M.F. Trends in precipitation and temperature in Florida, USA. Journal of Hydrology 2012, 452, 259-281.
21. Sonali, P.; Kumar, D.N. Review of trend detection methods and their application to detect temperature changes in India. Journal of Hydrology 2013, 476, 212-227.
22. Mann, H.B. Nonparametric tests against trend. Econometrica: Journal of the Econometric Society 1945, 245-259.
23. Kendall M.G. Rank Correlation Methods. Griffin. London 1975.
24. Yagbasan, O.; Demir, V.; Yazicigil, H. Trend Analyses of Meteorological Variables and Lake Levels for Two Shallow Lakes in Central Turkey. Water 2020, 12, 414.
25. Patakamuri, S.K.; Muthiah, K.; Sridhar, V. Long-Term Homogeneity, Trend, and Change-Point Analysis of Rainfall in the Arid District of Ananthapuramu, Andhra Pradesh State, India. Water 2020, 12, 211.
26. Gulahmadov, N.; Chen, Y.; Gulakhmadov, A.; Rakhimova, M.; Gulakhmadov, M. Quantifying the Relative Contribution of Climate Change and Anthropogenic Activities on Runoff Variations in the Central Part of Tajikistan in Central Asia. Land 2021, 10, 525.
27. Theil, H. A rank-invariant method of linear and polynomial regression analysis. In Henri Theil's contributions to economics and econometrics, Springer: 1992; pp. 345-381.
28. Sen, P.K. Estimates of the regression coefficient based on Kendall's tau. Journal of the American statistical association 1968, 63, 1379-1389.
29. Pettitt, A. A non-parametric approach to the change-point problem. Journal of the Royal Statistical Society: Series C (Applied Statistics) 1979, 28, 126-135.
30. Xue, L.; Yang, F.; Yang, C.; Chen, X.; Zhang, L.; Chi, Y.; Yang, G. Identification of potential impacts of climate change and anthropogenic activities on streamflow alterations in the Tarim River Basin, China. Scientific reports 2017, 7, 8254.
31. Mallakpour, I.; Villarini, G. A simulation study to examine the sensitivity of the Pettitt test to detect abrupt changes in mean. Hydrological Sciences Journal 2016, 61, 245-254.
32. Farr, T.G.; Rosen, P.A.; Caro, E.; Crippen, R.; Duren, R.; Hensley, S.; Kobrick, M.; Paller, M.; Rodriguez, E.; Roth, L. The Shuttle Radar Topography Mission. Reviews of Geophysics 2007, 45, 2, RG2004, 1-33. Available online: https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/USGS_SRTMGL1_003 (accessed on 11 March 2020).
33. Stocker, T. Climate change 2013: the physical science basis: Working Group I contribution to the Fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change; Cambridge University Press: 2014.
34. Hamed, K.H. Trend detection in hydrologic data: the Mann-Kendall trend test under the scaling hypothesis. Journal of hydrology 2008, 349, 350-363.
35. Mavromatis, T.; Stathis, D. Response of the water balance in Greece to temperature and precipitation trends. Theoretical and Applied Climatology 2011, 104, 13-24.
36. Hamed, K.H.; Rao, A.R. A modified Mann-Kendall trend test for autocorrelated data. Journal of hydrology 1998, 204, 182-196.
37. Yue, S.; Pilon, P.; Phinney, B.; Cavadias, G. The influence of autocorrelation on the ability to detect trend in hydrological series. Hydrological processes 2002, 16, 1807-1829.
38. Team, R.C. R Foundation for Statistical Computing; Vienna, Austria: 2015. R: A language and environment for statistical computing 2018, 2013.
39. Patakamuri, S.; O'Brien, N.M. Modified Versions of Mann Kendall and Spearman's Rho Trend Tests 2019. The R Project for Statistical Computing: Vienna, Austria 2019.
40. Aalto, J.; Kamarainen, M.; Shodmonov, M.; Rajabov, N.; Venalainen, A. Features of Tajikistan's past and future climate. International Journal of Climatology 2017, 37, 4949-4961.
41. Gulakhmadov, A.; Chen, X.; Gulahmadov, N.; Liu, T.; Anjum, M.N.; Rizwan, M. Simulation of the Potential Impacts of Projected Climate Change on Streamflow in the Vakhsh River Basin in Central Asia under CMIP5 RCP Scenarios. Water 2020, 12, 1426.
42. Pendergrass, A.G.; Knutti, R.; Lehner, F.; Deser, C.; Sanderson, B.M. Precipitation variability increases in a warmer climate. Scientific reports 2017, 7, 17966.
43. Bollasina, M.A.; Ming, Y.; Ramaswamy, V. Anthropogenic aerosols and the weakening of the South Asian summer monsoon. science 2011, 334, 502-505.
44. Folini, D.; Wild, M. The effect of aerosols and sea surface temperature on China's climate in the late twentieth century from ensembles of global climate simulations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 2015, 120, 2261-2279.
ОЦЕНКА ТРЕНДОВ И МАГНИТУДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ОСАДКОВ ЗА ПОСЛЕДНИЕ ДЕСЯТИЛЕТИЯ В БАССЕЙНЕ РЕКИ КАФИРНИГАН
В этой статье были использованы непараметрический тест Манна - Кендалла, модифицированный тест Манна - Кендалла и тест наклона Сена для определения трендов и магнитюдных изменений осадков в бассейне реки Кафирниган. Также тест Петтитта использовался для анализа изменений осадков в периоды 1951-2008 годов. Это исследование показало, что изменения климатических переменных имеют свои значительные пространственные закономерности и сильно регулируются высотой. От горных регионов до равнинных регионов количество осадков колеблется от -4,76 до 14,63 мм в год за десятилетие. Тренды осадков значительно уменьшились весной, но значительно увеличились зимой в высокогорных районах. Хотя точки резкого изменения количества осадков произошли примерно в 1990-х годах в низкогорных районах и в 2000-х годах в высокогорных районах в периоды 1951-2012 и 1979-2012 годов. Это исследование приносит пользу управлению водными ресурсами и устойчивому сельскохозяйственному планированию в Таджикистане и странах, расположенных ниже по течению.
Ключевые слова: осадки; тренд; магнитудное изменеие, наклон, изменение климата; бассейн реки Кафирниган
ASSESSMENT OF TRENDS AND MAGNITUDINAL CHANGES IN PRECIPITATION OVER RECENT DECADES IN THE KAFIRNIGAN RIVER BASIN
In this study the non-parametric Mann-Kendall, modified Mann-Kendall, and Sen's slope tests used to determine the trend and magnitudinal changes of precipitation in the Kafirnigan River Basin. Also the Pettitt's test used to analyze the changes of precipitation during the 1951-2008 time periods. This study revealed that the variations of climate variables have their significant spatial patterns and are strongly regulated by the altitude. From mountainous regions down to plain regions, the variation of precipitation from -4.76 to -14.63 mm yr 1 per decade. The precipitation trends significantly decreased in spring but significantly increased in winter in the high-altitude areas. Although the abrupt change points in precipitation occurred around the 1990s in the low-altitude areas and 2000s in the high-altitude areas during the 1951-2008 periods. This study benefits water resource management and sustainable agricultural planning in Tajikistan and its downstream countries.
Keywords: precipitation; trends; magnitude, slope, climate change; Kafirnigan River Basin Сведения об авторе:
Гулахмадов Аминджон Абдуджабборович - кандидат технических наук, начальник научно-образовательной и аналитической структуры Института водных проблем, гидроэнергетики и экологии Национальной Академии наук Таджикистана: (+992)885471616, E-mail: agulakhmadov@gmail.com About the author:
Gulakhmadov Aminjon Abdujabborovich - candidate of technical sciences, head of the scientific, educational and analytical structure of the Institute of Water Problems,
Hydropower and Ecology of the National Academy of Sciences of Tajikistan: (+992) 885471616, E-mail: agulakhmadov@gmail.com
УДК: 33873 (575.3)
ЛАНДШАФТНОЙ АНТРОПОГЕНИИ НОХИЯИ ЩТИСОДИИ ^ИСОР ДАР РУШДИ ТУРИЗМ ВА РЕКРАТСИЯ
Fуломшоева С. Т.
Академия идоракунии давлатии назди Президенти Цум^урии Тоцикистон
Мушохидахои чандинсолаи олимон ва мутахасисони сохои туризм исбот намудааст, ки инкишофи туризм ва рекратсия дар худуди ин ё он минтака на танхо аз мусоидии омилхои иктисоди -ичтимой, демаграфи, фархангй ва сиёсй вобастаги дорад [7, с. 90]. Дар замони муосир нохияи иктисодии Х,исор ба чалбнамудани захирахои рекреатсиони дар гардиши хочаги пеш аз хама дар ташкил ва инкишофи индустрияи рекркатсия метотавонад, яке аз самтхои мухими хал намудани масъалахои мухими иктисодию ичтимои инкишофи нохияи иктисодии Х,исор гардад.
Аз ин ру хар яки моро зарур аст, ки дар таргиби захирахои туристии нохияи иктисодии Х,исор, тозаву обод нигох доштани махалли зисти худ хиссаи босазо гузорем. Рекреатсия сохаест,ки дар бештари кишвархои чахон яке аз сохахои сердаромад ба шумор меравад. Бинобар он ташкилу тараки додани сохаи рекреатсия ва бунёд намудани иншоотхои санаторию курорти дар нохияи иктисодии Х,исор хам ахмияти сиёсй, иктисодию ичтимой ва хам маънавй дорад. Аз ин лихоз рекреатсия дар солхои наздик ба як сохди мухими манфиатбахшу сердаромад табдил хохад ёфт. Дар айни хол туризм, яке аз сохахои инкишофёбандаи иктисодиёти чахони башумор меравад [1, с.109].
Мавкеи хоса дар рушди туризми нохия ба худудхои махсус мухофизатшаванда чудо карда шудааст.
Бояд кайд намуд, ки чумхурии Точикистон дорои захирахои зиёди рекреатсиони мебошад. Дар худуди он 40 намуди ландшафт (манзара), зиёда аз 200 чашма, аз он чумла 40 чашмаи термали (гарм), 1400 растании шифобахш мавчуд аст.
Дар мархилаи хозиразамон инкилоби илму техника, инсон яке аз омилхои пуркудрати дигаргунсозии ландшафтхо гаштааст.
Бояд кайд намуд, ки барои эътирофй пайдоиш, инкишоф ва таносуби ландшафтхои антропогени илмй-географии яку якбора наомадааст.
Дар шароити нохияи иктисодии Х,исор, ки кариб аз хама тараф бо релефи кухи ихота ёфтааст, дар кисми хамворй води зиёда аз 85% ланшафтхои табии ба ландшафтхои антропогени табдил ёфтаанд.
Синфхои асосии ландшафтхои антропогенй аз руи маълумоти Ф.Н Милков «Заминшиносии умуми» зиёда аз 44 млн км сатхи хушкиро ташкил медиханд, ки аз ин 34 мн км2 ба ландшафтхои синфи-агроланшафтхо рост меояд. Дар нохияи иктисодии Х,исор агроланшафтхо 78% масохати кисми хамвории нохияро ва дар мачмуъ бо якчоягии доманакуххо ва даррахои алохида 82% нохияро дар бар мегиранд. (Мо ба катори агроландшафтхо богхо гулбогхо, чаманзорхо, дарахту гулзорхоро дохил намудем). Гуногунии ландшафтхои анторопогени фаолияти мусбату манфии инсон буда натичаи аз байн рафтан ё таъгирёфтани ландшафтхои табий, релеф, олами органикй, обанборхо нахру чуйхо, богхои маданй, касру иншоотхо, корхонахои ситехсоли ва заминхои нав мегарданд [1, с. 118] .
Агроландшафтхо хамчун узви пайвандкунандаи ландшафтхои табий ва антропогенй мебошанд. Коркард ва истифодабарии заминхои кишт, богу токзорхо, чарогоххо ба таври куллан аз чихати экологй ва худидоракунии дохилй фарк карда, дар давоми вакти дурру дароз ташакул меёбанд.
Ланшафтхои сахрой хеле гуногунанд ва аз шумораи зиёди махалхо ташкил меёбанд. Бисёрии онхо намудхои ин ё он оилаи махалхо буда, дар водии Х,исор тепаха ва доманакухои киштзору чарогохшудаи хокхои чигари-карбонатии кухиро, хокхои алювидиалии водихои дарёхоро дар бар мегиранд. Дигар намуди ланшафтхои сахрой бозишхои обёришавандаи доманакухй мебошанд. Дар зери таъсири обёрй дар ин минтакахо чойи ланшафтхои табииро агроланшафтхо ва маргзорхои нав ишгол кардаанд. Дар ланшафтхои антропогенй кадимашавандаи нохияхои Х,исор, Шахринав, Турсунзода, Рудакй ва Вахдат фаъолияти микробиологии хок нихоят баланд буда, дар онхо микдори яххо нимболоии агроланшафтхои
