CC BY
17
УДК 551.58
ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ДИНАМИКУ МЕЗОМАСШТАБНЫХ ПРОЦЕССОВ
© 2013 г. Т.Е. Данова
Данова Татьяна Евгеньевна - кандидат географических наук, доцент, кафедра физики атмосферы и климатологии, Одесский государственный экологический университет, ул. Львовская, 15, г. Одесса, Украина, 65016, e-mail: dano-va8@mail.ru.
Danova Tatjana Evgen'evna - Candidate of Geographic Science, Associate Professor, Department of Atmospheric Physics and Climatology, Odessa State Environmental University, Lvovskaya St., 15, Odessa, Ukraine, 65016, e-mail: danova8@mail. ru.
Представлены исследования динамики процесса грозо- и градообразования на территории стран, граничащих с Черным морем или находящихся на пути перемещения воздушных потоков к Черному морю, за пятидесятилетний период. Выявлена тенденция к увеличению числа дней с грозой и уменьшению числа дней с градом на исследованной территории за последние тридцать лет. Эта тенденция является следствием климатических изменений: трансформации не только поля температуры воздуха в регионе, но и влагосодержания тропосферы.
Ключевые слова: изменения климата, динамика грозоградовых процессов, статистические характеристики, аномалии.
Researches of dynamics of formation of thunderstorms and hail are presented on territory of countries abutting upon the Black Sea or being on the way of moving of currents of air to the Black Sea for fifty years. A tendency is educed to the increase of number of days with a thunderstorm and reduction of number of days with a hail on investigational territory for the last thirty years. This tendency is investigation of climatic changes: transformations of not only the field of temperature of air in a region but also dryness of troposphere.
Keywords: changes of climate, loud speaker offormation of thunderstorms and hail, statistical descriptions, anomalies.
Из многочисленных мезометеорологических процессов наибольшую роль в атмосфере играет конвекция, особенно если она сопровождается образованием кучевых и кучево-дождевых облаков. Согласно классификации пространственно-временных масштабов атмосферных явлений, можно выделить три подгруппы мезомасштабных процессов [1]: а -мезомасштаб (размер - 200 - 2000 км, длительность -до нескольких суток); в - мезомасштаб (размер -20-200 км, длительность - от нескольких часов до нескольких суток); у - мезомасштаб (размер - 2-20 км, длительность - от нескольких минут до нескольких часов). С кучево-дождевой облачностью связаны значительная доля выпадающих осадков в умеренных широтах и реализация таких опасных явлений погоды, как грозы, град, торнадо; изучение условий образования мощной конвективной облачности в период современных изменений климата является актуальным вопросом. Результаты проведенных исследований позволят реализовать адекватные адаптационные меры относительно природных и социально-экономических систем на фактическое или ожидаемое изменение климата, которые приведут к минимизации экономического ущерба от опасных явлений погоды, связанных с конвективной облачностью, либо использовать благоприятные возможности. На исследуемой территории России и Украины на протяжении нескольких десятилетий действуют противоградовые полигоны, технология активных воздействий на которых предусматривает возможность осуществлять не только
оперативные наблюдения за развитием конвективных процессов, но и значительно влиять путем внесения кристаллизующего реагента в облака и осадки на их пространственно-временное распределение и интенсивность [2-4].
Объекты и методы исследования
При подготовке работы использовались данные наблюдений сети 164 гидрометеорологических станций за грозами и градом (число дней с явлениями). В расчетах задействованы базы данных испанского климатического сайта http://www.tutiempo.net/clima.htm за период 1961-2010 гг. на территории стран, граничащих с Черным морем или находящихся на пути перемещения воздушных потоков к Черному морю: Украины, России, Грузии, Армении, Турции, Румынии, Болгарии, Греции, Чехии, Польши. Таким образом, исследования проводились для территории, ограниченной сторонами квадрата от 35 до 53° с.ш. и от 15 до 48° в.д., площадью около 7,3 млн км2. Для выявления пространственно-временных закономерностей развития мезо-масштабных неоднородностей в исследованном регионе использовалась методика визуализации данных, полученных при статистической обработке исследуемого материала. Данные каждой станции были подвернуть статистической обработке; результаты расчетов - максимальные значения, среднеквадратическое отклонение, коэффициенты асимметрии, эксцесса были использованы для картирования.
Результаты и их обсуждение
Пространственно-временное распределение максимальных значений числа дней с грозой в регионе характеризуется тремя максимумами: первый расположен в районе Карпатских гор; второй - в районе г. Еревана; третий расположен на побережье Ионического моря. Все локальные зоны максимальных значений повторяемости гроз являются горными районами, орографические условия которых характеризуются наличием низин рядом с горными грядами, вызывающими восходящие потоки воздуха и приводящими к формированию кучево-дождевой облачности и интенсификации грозовых явлений [5]. Выявленные зоны максимумов хорошо иллюстрируют характерные для региона траектории перемещения насыщенного влагой воздуха (рис. 1а). Пространственно-временное распределение среднеквадратического отклонения числа дней с грозовыми явлениями в регио-
не практически повторяет распределение максимальных значений числа дней с грозой (рис. 1б). Коэффициент асимметрии, приведенный для всех случаев с грозой, характеризуется левосторонней асимметрией, что свидетельствует об увеличении числа дней с грозой за исследованный период (рис. 1в). Зоны максимальных отрицательных значений коэффициентов асимметрии фиксируются в районе Карпат и Донецкого кряжа. Кривая распределения может быть нормальной, вытянутой или сплюснутой, мерой этого является коэффициент эксцесса. Преобладает сплюснутая кривая распределения, свидетельствующая о большом интервале повторяемости гроз. Практически все побережье Причерноморского региона характеризуется полем отрицательных значений коэффициентов эксцесса числа дней с грозой, которая в свою очередь является показателем неустойчивости количественных характеристик грозовой активности (рис. 1г).
Рис. 1. Распределение максимальных значений (а), среднеквадратического отклонения (б), коэффициентов асимметрии
(в) и коэффициентов эксцесса (г) числа дней с грозами
Анализ результатов расчетов данных о повторяемости града показал, что максимальное число дней с градом за год колеблется от 0 до 22 дней. Распределение максимальных значений числа дней с градом в исследованном регионе характеризуется несколькими максимумами, обусловленными в первую очередь орографическими условиями. Для реализации градового процесса необходима подготовленная тропосфера (теплый насыщенный влагой воздух, неустойчиво стратифицированная тропосфера, скорости ветра в верхней тропосфере, близкие к струйным течениям) (рис. 2а).
Весь район исследования представлен полем положительных значений коэффициентов асимметрии числа дней с градом; т.е. для повторяемости града характерна сильная правосторонняя асимметрия, что свидетельствует об уменьшении числа дней с градом (рис. 2в). Для коэффициента эксцесса характерна вытянутая кривая распределения, свидетельствующая о малом интервале значений изменчивости числа дней с градом за исследованный период (рис. 2г). Отметим, что зоны максимальных, положительных значений коэффициентов асимметрии и эксцесса совпадают, что говорит об устойчивом уменьшении числа дней с
градом в этих районах. Дальнейшие исследования посвящены пространственно-временной динамике
числа дней с грозоградовой деятельностью на территории региона.
Рис. 2. Распределение максимальных значений (а), среднеквадратического отклонения (б), коэффициентов асимметрии (в)
и коэффициентов эксцесса (г) числа дней с градом
Для этого весь период наблюдений 1961-2010 гг. был разделен на десятилетние периоды, проведено осреднение данных для каждой географической точки за весь период и за каждое десятилетие. Для анализа многолетних изменений повторяемости гроз и града были рассчитаны аномалии. Для расчета аномалий использованы отклонения среднего значения числа дней с грозой и градом для данной станции, за каждое десятилетие от многолетнего среднего значения числа дней с явлением для этой точки. В результате расчетов получены аномалии числа дней с грозой и градом для каждого десятилетнего периода с 1961 по 2010 г. Далее все данные были суммированы и рассчитаны аномалии в % для площади всего региона и территории Причерноморского региона, ограниченной сторонами квадрата 38 - 50° с.ш. и 25 - 45° в.д. с площадью около 3 млн км2.
Как видим, происходит устойчивый рост повторяемости гроз для всего региона и для района Причерноморья (рис. 3а). Для повторяемости града характерна иная тенденция. Наибольшие изменения претерпевает повторяемость града на территории Причерноморского региона, начиная с 1971 г. наблюдается устойчивый рост числа дней с градом, период 1981-2010 гг. характеризуется устойчивым снижением повторяемости града (рис. 3б). В то же время на территории всего региона отмечается положительная или нулевая (2000-2010 гг.) динамика.
Причин разницы в динамики повторяемости града может быть несколько. Важным условием развития мощной атмосферной конвекции, сопровождающейся формированием грозоградовых облаков, является наличие высотной барической ложбины, где термическая конвекция усиливается динамическим фактором. Вполне возможно, что причина уменьшения числа дней с градом в последнее десятилетие связана с изменениями в динамике верхней тропосферы, в уменьшении скорости ветра в средней и верхней тропосфере. Кроме того, одной из причин может также являться уменьшение влагосодержания в тропосфере Причерноморского региона.
Выводы
Проведенные исследования динамики повторяемости числа дней с грозой и градом на территории стран, граничащих с Черным морем или находящихся на пути перемещения воздушных потоков к Черному морю, за пятидесятилетний период позволяют сделать следующие выводы.
Современные климатические изменения, сопровождающиеся повышением приземной температуры воздуха, являются основной причиной повторяемости гроз и града на территории всего региона.
40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
-1,8 3,0 _I
14,1
9,5
20,4
18,6
34,1
29,3
1961
-50,5
1970
-55,4
1971-1980
1981-1990
1991-2000
2000-2010
□ Весь регион
□ Причерноморье
Период лет
а
50. 40. 30, 20, 10, 0 -10, -20, -30, -40, -50, -60, -70.
50,1
21,1
12,7 6,2 14,0 2,5 -1
1961-68,7 1970 -63,4 1971-1980 1981-1990 1991-2000 0,2000- 2010 -38,6
□ весь регион □ Причерноморье
Период лет б
Рис. 3. Распределение аномалий числа дней с грозой (а) и градом (б) по десятилетиям, %
Динамика повторяемости града в Причерноморском регионе свидетельствует об уменьшении числа дней с градом в последние тридцать лет, причина которого, возможно, кроется в уменьшении скорости ветра в средней и верхней тропосфере, а также в уменьшении влагосодержания в тропосфере региона, этот пункт требует отдельных исследований.
Результаты проведенных исследований позволят реализовать адекватные адаптационные меры относительно природных и социально-экономических систем на фактическое или ожидаемое изменение климата, которые приведут к минимизации экономического ущерба от опасных явлений погоды, связанных с конвективной облачностью, либо использовать благопри-
ятные возможности, а также могут послужить научной основой для внедрения страхования рисков в сельском хозяйстве.
Литература
1. Облака и облачная атмосфера / под ред. И.П. Мазина,
А.Х. Хргиана. Л., 1989. 632 с.
2. Данова Т.Е., Данова Г.М. Мониторинг регионального
планирования активных воздействий на атмосферные процессы в Украинском Причерноморье // Проблемы устойчивого развития регионов в XXI в.: материалы VII Междунар. симпозиума. 11-15 октября 2004 г. Биробиджан, 2004. С. 139.
Поступила в редакцию
3. Абшаев А.М., Абшаев М.Т., Малкарова А.М., Бурано-
ва И.Б. Методы объективной оценки физической эффективности воздействия на градовые процессы // Докл. науч.-практ. конф., посвящ. 40-летию начала производственных работ по защите сельхозкультур от градобитий. 10-12 октября 2007 г. Нальчик, 2007. С. 321-327.
4. Бадахова Г.Х. Тенденции грозоградовой активности в
различных климатических зонах Ставропольского края на фоне глобального потепления // Там же. С. 377-378.
5. Данова Т.Е. Радиолокационные характеристики ночных
гроз в Причерноморье // Вюник Одеського державного еколопчного ушверситету. Одеса, 2008. Вип. 5. С. 137141.
25 февраля 2013 г.
