CC BY
51
-т
SCIENCE TIME
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА
Задорожная Тамара Николаевна, Закусилов Вадим Павлович, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных Сил «Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж
E-mail: Kostyleva12@yandex. ru
Аннотация. Приведены результаты исследования по выявлению тенденции и скорости изменения температуры воздуха в глобальном и региональном режимах. Полученные результаты могут служить исходными положениями для уточнения физических гипотез при разработке методов долгосрочного прогноза и климатических колебаний.
Ключевые слова: среднемесячная температура, тенденция, северное полушарие.
В различных частях земного шара происходит увеличение частоты появления экстремальных условий погоды, приводящих к большому материальному ущербу, гибели людей, подрыву экономики. Поэтому остро встает вопрос о заблаговременном предупреждении государственных и хозяйственных организаций о возможном возникновении опасных явлениях погоды. Поставленная задача требует комплексного подхода. Составной его частью является выявление, анализ и оценивание климатических тенденций в рассматриваемых рядах, их трендовые и циклические колебания. Они могут содержать некоторое количество информации о будущем состоянии термического режима и, в случае достоверности, их можно использовать в инерционно-климатических прогнозах.
Данной проблеме придается большое значение [1-3], однако вопрос о тенденции климата и его будущих изменениях, остается открытым, поэтому необходимы дополнительные исследования, тем более, что интерес к ним постоянно возрастает. В настоящее время значительно увеличился ряд наблюдений, а также уменьшился шаг сетки, это дает возможность уточнить более ранние показатели, и получить статистически значимые результаты.
Целью данного исследования является выявление климатических тенденций температуры воздуха на северном полушарии на современном наиболее полном архиве данных, с целью совершенствования долгосрочных прогнозов погоды. Для анализа структуры климатических изменений использовались данные о температурном режиме северного полушария за период с 1958 по 2011 гг Информационной базой служили данные реанализов NСЕР/NСАR и NСЕР/DOE ЛМ1Я-2, представленных значениями среднемесячной температуры воздуха на поверхности АТ -1000 гПа в узлах регулярной сетки с шагом 2,50 х 2,50
В качестве основных статистических оценок будущего изменения климата использовался коэффициент линейного тренда оС/10 лет; относительная дисперсия тренда и показатели аппроксимации рядов полиномами шестой степени.
На рис. 1 представлен временной ход, осредненных по полушарию многолетних значений температуры воздуха, полученных по данным января.
Исходя из вида рисунка, можно заключить, что в течение рассматриваемого промежутка времени, наблюдалось повышение температуры, средняя скорость составляла 0,28 оС/10 лет. На фоне линейного тренда хорошо просматривается восходящая синусоида. Кривая, аппроксимированная полиномом шестой степени, указывает на наличие нескольких волн с примерно одинаковой амплитудой, длина которой согласно расчетам, выполненных в работах [4, 5] , составляет 24-25 лет. Коэффициент детерминации Я составляет 0,57. Из рисунка также видно, что в ходе кривой температуры имеет место межгодовая изменчивость, порядка 2-3 лет, близкой к квазидвухлетней цикличности ветра в стратосфере.
Дополнительно исследованы скорости изменения температуры для остальных календарных месяцев года. Результаты представлены на рис.2.
Рис. 2 Величина наклона тренда для различных календарных месяцев
Анализ рисунка свидетельствует о том, что в ходе показателей тенденции температуры наблюдается годовой ход. С наибольшей скоростью повышение температуры происходит в месяцах переходного периода, при этом основной максимум отмечается в апреле, второй максимум приходится на ноябрь. В месяцах холодного полугодия периода тенденция к росту температуры уменьшается. Самый минимальный рост приходится на июнь и составляет 0,27 оС/10 лет.
Приведенные выше результаты описывают многолетний характер температуры для всего полушария в целом. На следующем этапе проводилось исследование по выявлению величины и знака климатической тенденции на различных широтных зонах в отдельности. На рисунке 3 представлено изменение температуры на различных широтах в январе за период с 1961-2011 по отношению к периоду 1901-1960 гг.
I
■
Г
Г
90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 Шитрота северная, град.
50
5
4
3
2
0
Рис. 3 Распределение разностей среднеширотных температур между значениями
до 1960 и после 1960 года
Из рис.3 отчетливо видно, что повышение температуры по широтам происходит довольно не равномерно. Наибольшее повышение имеет место в высоких широтах, максимум отмечен на полюсе, где разность температур за исследуемый период составила около 5 оС. Второй экстремум, несколько ниже (ДТ = 40С), отмечается на широтах 65-70о с.ш. При перемещении к низким широтам скорость повышения температуры замедляется, а начиная с широты ф = 30о с.ш. и до экватора, имеет место понижение температуры. Отрицательный минимум отмечен на экваторе ( -1.0 о С).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что в течение данного промежутка времени, полярные районы разогреваются, а экваториальные -охлаждаются. Следовательно, контраст температур между северными и южными широтами уменьшается. В результате работа тепловой машины первого рода была направлена на уменьшение меридионального градиента температуры, поэтому, уменьшается зональная составляющая и увеличивается меридиональная, способствующая возникновению и увеличению повторяемости аномальных процессов в различных регионах северного полушария, что и отмечается в настоящее время.
Представляет также интерес выяснить, как распределяется величина и направление линейного тренда на различных меридианах. С этой целью,
фиксировался конкретный меридиан Я , кратный 2,5о, для которого проводилось
осреднение по всем широтам по формуле:
11 ы п
V - 11 ^ ■ (1)
t=1 (р-\
где \ -порядковый номер года в выборке, N общее количество лет в выборке, ф-широта узла, ^-фиксированная долгота, п- количество широт, используемых на меридиане.
Рассчитанные для каждого года и фиксированной долготы средние многолетние значения температуры Т^ наносились на графики, по которым определялись линейные тренды, представленные на рис.4.
SCIENCE TIME
210 300 360
Долгота восточная, град
Рис. 4 Распределение величины угла наклона линейного тренда по долготам
Анализ рис.4 показывает, что температура воздуха, сглаженная по долготам, за исследуемый период практически повсеместно повышалась. Однако скорость этого повышения на северном полушарии не одинакова. Ее величина связана с характером подстилающей поверхности.
Самые высокие скорости повышения температуры располагаются над континентальными территориями. Особенно отчетливо это просматривается на территории Евроазиатского континента. Так на границе между Атлантикой и Европой (X = 0), уровень тренда составляет 0,2 оС/10лет.
При продвижении на восток скорость повышения температуры увеличивается, достигая некоторого максимума (0,54 оС/10 лет) на долготе 37,5о в.д. На всей Евразийской территорией величина линейного тренда не опускается ниже 0,4 оС/10лет, при этом, при продвижении вглубь континента уровни трендов с некоторыми колебаниями повышаются, достигая максимального значения на восточной окраине материка. Первый из относительных максимумов находится на долготе 60о в. д., что соответствует оси Уральских гор. Здесь скорость потепления составляет 0.57 оС/10 лет. Экстремальное значение линейного тренда (0,60 оС/10 лет) приходятся на X = 132,5о в.д., (меридиан Якутии).
При переходе на акваторию Тихого океана величина скорости роста температуры монотонно понижается, достигая на X = 190о в.д. (центральные районы Тихого океана) абсолютного минимума. Оставаясь положительной, величина тренда в этом районе опускается до нуля, составляя 0,006 оС/10 лет.
Второй максимум на северном полушарии имеет примерно такой же уровень, как и первый (0,58 оС/10лет). В данном случае он располагается над центральными районами Северной Америкой с осью, проходящей на долготе X =
SCIENCE TIME
255о в.д. На восточной окраине Северной Америки происходит резкое понижение величины линейного тренда температуры, приобретая в Центральной части акватории Атлантики отрицательные значения (-0,02 оС/10 лет).
Неоднородность в скорости повышения температуры в различных географических районах способствует увеличению горизонтальных градиентов температуры, что, в свою очередь, вызывает усиление меридиональности и появление аномальных ситуаций. Особенно ярко это проявляется на восточных границах континентов. Подтверждением тому являются события, которые наблюдаются почти регулярно на Дальнем Востоке, в частности, в августе-сентябре 2013 года, в течение которых, в результате проливных дождей, была затоплена значительная территория с огромными экономическими, экологическими и социальными последствиями.
На рис.5 представлен характер распределения угла наклона линейного тренда, который описывает направление тенденции и скорость изменения температуры на различных уровнях атмосферы.
т S Q.
(5 Ю О fi г га н О о 2 ш
1 100
г;пп
300 ■
500 I
700 Zl
S50 I
1000 -1
-0.01 -0.005 0 0.005 0.01
знаки величина линейного тренда, град/1 Олет
0.015
Рис. 5 Распределение и знак линейного тренда на различных изобарических
поверхностях
Из рис.5 следует, что наибольшая скорость изменения температуры происходит на поверхности АТ -1000, при этом тренд положительный. С увеличением высоты тенденция к росту температуры сохраняется, но скорость ее существенно замедляется. Начиная, с высоты выше 200 гПа направление тренда меняет знак. В стратосфере тенденция к понижению сохраняется, увеличиваясь по величине.
Таким образом, если в тропосфере температура воздуха имеет тенденцию к потеплению, то в стратосфере наблюдается монотонное похолодание. В результате создаются условия для увеличения вертикального градиента температуры, который приводит к увеличению вертикальной составляющей атмосферной циркуляции,
развитию конвективных процессов и опасных явлений погоды.
Проведенные исследования показывают, что создающийся в последние годы неоднородный режим температуры воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях, существенно сказывается на интенсификации атмосферных процессов и вероятности возникновения опасных явлений погоды. Используя для каждого географического района индивидуальный коэффициент тренда, скорость и направление выявленной тенденции, можно на основе разработки инерционно-климатического прогноза, составить представление о будущем развитии атмосферных процессов и их интенсивности.
Литература:
1. Борзенкова И.И., Винников К. Я., Спирина Л. П., Стехновский. Д. И. Изменение температуры воздуха северного полушария за период 1881-1975 гг. //Метеорология и гидрология. - 1977. - № 9 -С. 106 -109.
2. Винников К. Я. К вопросу о методике получения и интерпретации данных об изменении приземной температуры воздуха северного полушария за период 18811975 гг.// Метеорология и гидрология. -1977. - №2 9. - С. 110-14.
3. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Структура и изменчивость наблюдаемого климата. Температура воздуха Северного полушария. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 245 с
4. Задорожная Т.Н., Шипко Ю.В. Периодические компоненты временного ряда средней температуры воздуха северного полушария. Всероссийская конф.: «Соврем. проблем климата». Санкт-Петербург: - 2009. - С. 85-91.
5. Шипко Ю.В., Задорожная Т.Н., Битюков А.В. Гармонический анализ временного ряда температуры воздуха. Всероссийская научно-практическая конференция: 26 ноября 2009. Воронеж, ВАИУ, - 2009. - С. 91-95.
