CC BY
65
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2015, том 21, № 2 (63), с. 5-15
————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ======
УДК 551.577 (47)
ЗАСУХИ И ДИНАМИКА СИНОПТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЮГЕ ВОСТОЧНОЕВРОПЕЙСКОЙ РАВНИНЫ В НАЧАЛЕ XXI ВЕКА1
© 2015 г. Е.А. Черенкова*, И.Г. Семенова**, Н.К. Кононова* Т.Б. Титкова*
*
Институт географии Российской академии наук Россия, 119017 Москва, Старомонетный переулок, 29 E-mail: [email protected] ** Одесский государственный экологический университет Украина, 65016 Одесса, ул. Львовская, 15
Поступила 06.05.2014
По данным индекса суровости засухи Палмера исследованы региональные особенности пространственного распределения обширных сильных атмосферных засух в сезон вегетации на юге Восточно-Европейской равнины в начале XXI-го века. Проанализированы циркуляционные условия формирования засух, выявлены характеристики и некоторые закономерности эпизодов блокирования. Установлено, что границы сильных засух хорошо согласуются с областями отрицательных экстремумов спутникового вегетационного индекса, наблюдаемых в июле и августе. Ключевые слова: засуха, индекс суровости засухи Палмера, атмосферная циркуляция Северного полушария, индекс блокирования, нормализованный разностный вегетационный индекс (NDVI)
Введение
Засуха относится к неблагоприятным метеорологическим явлениям, способным непрерывно и длительно воздействовать на экосистемы, нанося катастрофический ущерб природной среде и, как следствие, деятельности человека. В Пятом оценочном докладе МГЭИК (www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/) высказываются довольно осторожные оценки относительно увеличения частоты засух. Однако на этом фоне актуальность проблемы засух не снижается, по крайней мере, в регионах неустойчивого и недостаточного увлажнения.
Исследование сезонности потепления привело к тому, что на фоне наиболее сильных, происходивших в зимний сезон изменений, анализу летнего потепления отводилось существенно меньше внимания. Однако «великая» засуха 2010 г. на территории Восточно-Европейской равнины вновь привлекла внимание многих отечественных и зарубежных исследователей к проблеме засух, поиску их причин и исторических аналогов в прошлом, а также оценке возможности повторения в будущем (Шмакин и др., 2013; Barriopedro et al., 2011 и многие другие).
Засуха является комплексным явлением, и риск ее возникновения обусловлен не только климатическими факторами. Поэтому наряду с исследованием характеристик засухи с точки зрения анализа метеорологических показателей, значительную роль исследователи отводят выявлению причин возникновения засух, описанию их генезиса и установлению механизмов прямой/обратной связи. Анализу крупномасштабных атмосферных механизмов, приводящих к формированию засух, посвящено немало научных публикаций (например, Barriopedro et al., 2011; Wiedenmann et al., 2002; Мартазинова В.Ф. и Сологуб Т. А., 2000).
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Всероссийской общественной организации «Русское географическое общество» (Проект РФФИ 13-05-41058 «Современное потепление летнего сезона в России: циркуляционные механизмы, региональные проявления и последствия для окружающей среды»).
Цель статьи - исследовать региональные особенности пространственного распределения сильных атмосферных засух в сезон вегетации на юге Восточно-Европейской равнины в начале XXI-го века, а также проанализировать циркуляционные условия формирования засух и выявить характеристики эпизодов блокирования.
Территория, данные и методика исследования
Засухи над Восточно-Европейской равниной в основном формируются при следующих циркуляционных условиях:
- арктическое вторжение, сформировавшееся за холодным фронтом атлантического циклона, распространяется на западную, центральную часть Восточно-Европейской равнины или Урал и Зауралье. В тёплое время года возникает меридиональная полоса повышенного давления, соединяющая арктический антициклон с азорским. Засуха формируется по пути следования арктического воздуха, но локализуется чаще в южных регионах. Так возникают засухи на европейской части России (ЕЧР);
- при арктических вторжениях, направленных на Атлантический океан или Западную Европу, образуется мощный отрог азорского антициклона, который продвигается на восток вплоть до юга Западной Сибири и создаёт условия для формирования обширной засухи, от которой Украина «страдает» больше, чем ЕЧР;
- при разрушении отрога азорского антициклона или полосы высокого давления над востоком ЕЧР может остаться несколько антициклонов, выступающих в роли очагов засух на ЕЧР или территории Украины.
Исследование проведено на ограниченной с севера 54° с.ш. территории юга ВосточноЕвропейской равнины, где расположены полупустынные, сухостепные, типичные степные ландшафты, типичные и южные лесостепи, а также широколиственно-лесные ландшафты (Ландшафтная карта СССР, 1988). На этой достаточно чувствительной к засухам территории находятся основные зерносеющие области Украины и европейской части Российской Федерации, поэтому данное исследование было сфокусировано именно здесь.
Полученные в статье результаты по засухе 2010 г. и 2012 г. являются дополнением проведенного ранее комплексного анализа по метеорологическим и спутниковым данным сильной засухи на территории юга Европейской части России в 2010 г. и 2012 г. (Золотокрылин и др., 2013; Cherenkova et al., 2013).
Для определения площади засухи были использованы данные хорошо известного за рубежом индекса суровости засухи Палмера (Palmer Drought Severity Index, PDSI) пространственного разрешения 2.5° х 2.5° из глобального архива ежемесячных значений самокалибрующегося индекса с 1890 по 2012 гг. (Dai et al., 2004). Индекс Палмера рассчитывается на основе данных метеорологических наблюдений (средним за рассчитываемый период значениям температуры и суммам осадков), а также локальным константам влагоемкости почвы. Данные используются в модели водного баланса на поверхности почвы по упрощенной схеме влагопереноса. Значения испаряемости, используемые при расчете индекса, определяются по методу Х.Л. Пенмана (Penman, 1948) на основе значений радиационного баланса, температуры приземного воздуха и относительной влажности воздуха. Чтобы учесть кумулятивный эффект продолжительных периодов дефицита влаги, при построении индекса используется рекурсивная двухэтапная процедура, поэтому значение индекса за конкретный временной интервал зависит от его предыдущих значений. В итоге положительная шкала стандартизованного индекса суровости засухи Палмера количественно оценивает степень засушливости. Значения индекса суровости засухи Палмера от -1 до 0 соответствуют нормальным условиям увлажнения. Слабую засуху характеризуют значения индекса, изменяющиеся от -1 до -2, умеренную - от -2 до -3, сильную - от -3 до -4, экстремальную - менее -4. В работе рассмотрены сильные засухи вегетационного сезона, наносящие наибольший ущерб сельскому хозяйству.
Анализ динамики синоптических процессов был проведен с помощью типизации элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ) Северного полушария, разработанной Б.Л. Дзердзеевским, В.М. Курганской и З.М. Витвицкой (Дзердзеевский и др., 1946; Дзердзеевский, 1968). Известна группировка ЭЦМ для шести секторов северного полушария, проведенная Б.Л. Дзердзеевским (Дзердзеевский, 1968) по траекториям циклонов и антициклонов в каждом секторе: атлантическом,
европейском, сибирском, дальневосточном, тихоокеанском и американском. Для южной половины Восточно-Европейской равнины авторами были выделены следующие группы циркуляции по генезису циклонов и антициклонов тёплого полугодия: широтная западная (распространение на восток гребня азорского антициклона), долготная северная (вторжение арктических антициклонов), долготная южная (выход южных циклонов) и стационарное положение (стационирование антициклона в регионе) (см. таблицу).
Таблица. Распределение элементарных циркуляционных механизмов, встречавшихся во время засух, по группам циркуляции для юга Восточно-Европейской равнины. Table. ECM distribution during droughts according to circulation groups for the south of the East European Plain.
Группа циркуляции
Широтная западная Долготная северная Долготная северная + долготная южная Стационарное положение
элементарные циркуляционные механизмы
2а, 2б, 2в, 6, 7ал, 7бл 4б, 4в, 10а, 10б 8а, 8бл, 8вл, 8гл, 12а, 12бл, 12вл 3, 9а, 13л
Отрог азорского антициклона распространяется на регион. Севернее проходят атлантические циклоны Арктические антициклоны и их гребни распространяют ся на регион через Европейскую территорию Арктические антициклоны и их гребни распространяются на регион через Западную Европу и Западную Сибирь. На часть территории, свободную от гребней, выходят южные циклоны Над регионом или его частью устанавливается антициклон. Севернее проходят атлантические циклоны. На свободную от антициклона территорию возможно проникновение циклонов
Подробное описание с приведением динамических схем и графиков внутригодового изменения повторяемости и многолетнего хода продолжительности ЭЦМ и ежедневный Календарь последовательной смены ЭЦМ по текущий год представлены на интернет-сайте по адресу: www.atmospheric-circulation.ru (Кононова, 2009).
Для выявления блокирующих атмосферных процессов в исследуемом регионе использован индекс Лэйенаса-Окланда, разработанный для расчета в узлах сеточной области (Lejenas and Okland, 1983; Lejenas, 1987):
I(X, ф)=Н(Х, ф - 15) - Н(Х,ф), (1)
где X, ф - долгота и широта узла географической сетки; Н - геопотенциальная высота поверхности 500 гПа. Блокирование в конкретном узле фиксируется, если 1(Х,ф) < 0. Данный индекс предназначен для определения дипольной структуры барического поля, которая является одной из наиболее частых форм блокирования. При использовании формулы (1) на ежедневных полях данных также нужно учитывать дополнительно, что при блокировании западная составляющая геострофического ветра по направлению к полюсу от широты ф на долготе X должна быть > 15 м-с-1 .
В качестве динамического показателя состояния зонального потока, связанного с возникновением блокирующих процессов в атмосфере, веб-ресурсом The IRI/LDEO Climate Data Library предлагается экспериментальный индекс блокирования EBI (European Blocking Index), который рассчитывается по данным реанализа NCEP-NCAR зональной компоненты ветра u на изобарической поверхности 300 гПа. Используются осредненные по пентадам поля зонального ветра в узлах регулярной сетки с шагом 2.5° в Атлантико-Европейском регионе, ограниченном координатами 15° з.д. - 25° в.д. и 35-55° с.ш. Положительные значения EBI указывают на наличие блокирования зонального течения, отрицательные - на усиление зонального переноса. Значения индекса около +/-1 свидетельствуют об экстремальных случаях состояния воздушного течения.
Поскольку индекс EBI рассчитан на применение для районов Западной Европы, в восточной части Европейского континента его использование является нецелесообразным. Поэтому был предложен аналогичный индекс, названный Европейским континентальным индексом блокирования (European Continental Blocking Index, ECBI) (Semenova, 2013), который рассчитывается в области, ограниченной координатами 10-80° в.д. и 40-60° с.ш., по формуле:
u t
ECBI = +1, (2)
ucl
где upt - осредненное по площади региона текущее пентадное значение зональной компоненты скорости ветра на уровне 300 гПа; ud - осредненное по площади региона климатическое значение
(базовый период 1981-2010 гг.) зональной компоненты скорости ветра.
Исходными данными для расчета индексов блокирования по формулам (1) и (2) послужили пентадные поля реанализа NCEP-NCAR с шагом регулярной сетки 2.5о геопотенциальной высоты поверхности 500 гПа, взятые в области, ограниченной координатами 10-80° в.д. и 25-70° с.ш., и поля зональной компоненты ветра u на уровне 300 гПа в соответствующем регионе.
Чтобы оценить состояние растительного покрова, в качестве индикатора зеленой фитомассы были использованы данные нормированного разностного вегетационного индекса (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) из архива Центра LP DAAC NASA (Land Processes Distributed Active Archive Center, https://lpdaac.usgs.gov/products/modis_products_table) пространственного разрешения 0.05° х 0.05°. Данные спутника Terra (модель MOD13Q1) проанализированы за сроки 9-26 мая, 10-25 июня, 12-27 июля, 13-28 августа, 14-30 сентября для отдельных лет периода 2000-2012 гг.
Для сравнимости по широте в статье рассмотрены нормированные аномалии NDVI, полученные как отношение разности текущего значения индекса и его среднего значения за период 2000-2012 гг. к стандартному отклонению за тот же временной интервал. Отрицательные значения (< -1) нормированной аномалии индекса вегетации отражают угнетенное состояние растительности в связи с недостатком влаги. Согласованность полей индекса PDSI и аномалии NDVI определялась на основе анализа коэффициентов пространственной линейной корреляции.
Карты пространственного распределения рассмотренных показателей были построены с помощью ГИС Mapinfo и программного пакета Surfer.
Результаты и их обсуждение
Анализ площади сильной засухи на юге Восточно-Европейской равнины в начале XXI-го века показал, что наибольшая общая за сезон вегетации площадь засухи наблюдалась в 2002, 2007, 2009, 2010 и 2012 гг. (рис. 1). Рассмотрим подробнее каждую ситуацию с засухой. Необходимо отметить, что воспроизводимые разными количественными показателями границы засух необязательно полностью совпадают и определяются в основном особенностями выбранного показателя.
Засуха 2002 г. Как видно из рисунка 2а, сильная засуха на Украине наблюдалась с апреля по июнь, на европейской части территории России - с июля по сентябрь.
В апреле 2002 г. на ЭЦМ 3, 6, 9а и13л, при которых Украина находилась либо в малоградиентной области пониженного давления без атмосферных фронтов, либо в антициклонической области, также без фронтов и осадков, приходилось в сумме 19 дней. Фронты (и сопутствующие им осадки) проходили при 12-х типах ЭЦМ.
Всю первую декаду мая Украина находилась в антициклоническом режиме. ЭЦМ, не способствующие выпадению осадков (4б, 9а, 10б, 13 л), в сумме составили 17 дней. Образование фронтальных зон отмечалось над Украиной лишь 12 и 19-20 мая при ЭЦМ 8а, а также 25 мая при ЭЦМ 12а.
В июне суммарная продолжительность не способствующих формированию осадков на Украине ЭЦМ 9а и 13л составила 26 дней, однако в отдельные дни фронты средиземноморских и атлантических циклонов всё-таки проходили по Украине. Фронтальная зона северо-западного атлантического циклона с формированием волновых циклонов отмечалась над Украиной 17-18 июня при ЭЦМ 12бл.
В июле на ЭЦМ, не ассоциирующиеся с осадками, приходилось 27 дней. Однако, иногда фронты атлантических циклонов, проходящих по северной периферии антициклона, простирались до
Украины (как и в июне). Только 23 июля при ЭЦМ 12бл юг Украины оказался в циклонической области с фронтами, и такое положение сохранялось ещё 2 дня.
%
120 100 80 60 40 20 0
-
ш У//
=1 — и Ш-
■
I п
О Т- CN ООО ООО CN CN CN
СО О О CN
О О CN
Ю О О CN
со о о
CN
О
о
CN
00 о о
CN
а> о о
CN
о
CN
о
CN
CN
О CN
годы
Рис. 1. Площадь сильной атмосферной засухи (%) на юге Восточно-Европейской равнины по данным индекса суровости засухи Палмера в период 2000-2012 гг. в апреле (белый цвет), мае (светло-серый), июне (темно-серый), июле (наклонная штриховка), августе (горизонтальная штриховка), сентябре (вертикальная штриховка) и октябре (черный цвет). Fig. 1. Area of strong atmospheric drought (%) according to the Palmer Drought Severity Index in the period of 2000-2012 in April (white color), May (light gray), June (dark gray), July (oblique hatching), August (horizontal hatching), September (vertical hatching) and October (black) in the south of the East European Plain.
В августе суммарная продолжительность неблагоприятных для осадков ЭЦM составляла 17 дней (ЭЦM 9а, 10б, 13л). Циклон с фронтами над Украиной сформировался 13 августа при ЭЦM 12а, область пониженного давления с фронтами сохранялась до 25 августа.
В сентябре неблагоприятная синоптическая ситуация для выпадения осадков отмечалась в течение 28 дней. Только фронты атлантических циклонов, проходящих по северной периферии антициклона, могли принести осадки.
Центр сезонного очага блокирования располагался в пределах 55-60° с.ш., 10-35° в.д. (рис. 3а). При этом отмечалась межширотная миграция очага, сопровождаемая смещением центра засухи. Для весенне-летней засухи его локализация происходила в координатных пределах 52.5-55° с.ш., 25.5-35° в.д. (май), для летне-осенней засухи наблюдалось смещение очага к северо-западу, севернее 60° с.ш. (август). Высокая повторяемость антициклонической циркуляции над Украиной в апреле-мае привела к раннему сходу снежного покрова и формированию очагов засухи именно в этом регионе.
Детализация процессов блокирования по временному ходу индекса ECBI показывает, что в весенне-летний сезон региональное блокирование атмосферы (ECBI > 0) наблюдалось в течение апреля и первую половину мая (рис. 3 а). Во вторую половину мая и в течение июня длительных блокирующих процессов не наблюдалось. Блокирование возобновилось в июле и августе уже при смещенном в более высокие широты центре блокирования.
Засуха 2GG7 г. Сильная засуха на большей части Украины наблюдалась с апреля по август, т.е. практически в течение всего сезона вегетации (см. рис. 2б). В апреле-июне засуха охватила ее центральные и южные районы, в июле-августе распространилась на восточные районы Украины, а также на Ростовскую область и северо-запад Краснодарского края.
С 1 апреля при ЭЦM 13 л, который в апреле длился в общей сложности 14 дней, над Украиной сформировался антициклон с давлением в центре выше 1025 гПа. Над всей ЕЧР при этом доминировали западные и южные циклоны. Такое положение над территорией Украины сохранялось в течение всего лета. При ЭЦM 12-х типов, а также ЭЦM 3 и 9а, суммарная продолжительность которых в несколько раз превышала многолетнюю, азорский антициклон подпитывался арктическими вторжениями, а его отрог распространялся на Украину. Юг ЕЧР оказывался то в
антициклонической циркуляции (преимущественно в отроге антициклона, сформировавшегося в результате арктического вторжения на Сибирь), то в сфере малоподвижного циклона, «застрявшего» над ЕЧР между блокирующими процессами над Атлантикой или Западной Европой и Сибирью.
Рис. 2. Генезис сильной засухи по данным индекса суровости засухи Палмера в апреле (жирная штрих-пунктирная линия), мае (жирная точечная линия), июне (жирная сплошная линия), июле (тонкая сплошная линия), августе (тонкая точечная линия), сентябре (тонкая штрих-пунктирная линия), октябре (тонкая штриховая линия) в: а) 2002 г., б) 2007 г., в) 2009 г., г) 2010 г. и д) 2012 г. на территории Восточно-Европейской равнины. Аномалии NDVI (показаны градациями серого цвета) за периоды: а) 12-27 июля, б) 12-27 июля, в) 13 - 28 августа, г) 13 - 28 августа, д) 13 - 28 августа. Fig. 2. Genesis of severe drought according to the Palmer Drought Severity Index in April (bold dot-dashed line), May (bold dotted line), June (bold solid line), July (thin solid line), August (thin dotted line), September (thin dot-dashed line), October (thin dashed line) in: а) 2002, б) 2007, в) 2009, г) 2010 and д) 2012 in the East European Plain. NDVI anomaly (shown grayscale) for the periods: а) 12-27 July, б) 12-27 July, в) 13-28August, г) 13-28 August, д) 13-28 August.
Основной очаг блокирования был заключен между 55.5° и 65° с.ш. и 10° и 33° в.д. (рис. 3 б). При этом наблюдалась незначительная широтная миграция центра очага, что привело к высокой частоте блокирования в одном и том же районе. Весной центральная область блокирования была ориентирована с юго-востока на северо-запад, ее южная часть располагалась над северными областями Украины (май). Отдельный небольшой очаг был локализован над Воронежской областью. В июне и августе область блокирования сместилась в северо-восточном направлении, площадь распространения очагов блокирования значительно расширилась при сохранении такой же частоты.
■с Е С91 I ■ V Е во* Е
б)
г)
Рис. 3. Изменение области блокирования, наблюдаемой в течение не менее 10 дней (показаны серой заливкой) в апреле (жирная штрих-пунктирная линия), мае (жирная точечная линия), июне (жирная сплошная линия), июле (тонкая сплошная линия), августе (тонкая точечная линия), сентябре (тонкая штрих-пунктирная линия), октябре (тонкая штриховая линия) в а) 2002 г., б) 2007 г., в) 2009 г., г) 2010 г. и д) 2012 г. На графиках в правом нижнем углу рисунков приведен временной ход индекса блокирования ECBI за июнь-октябрь. Fig. 3. Changing of the blocking area observed for at least 10 days (shown in gray shading) in April (bold dot-dashed line), May (bold dotted line), June (bold solid line), July (thin solid line), August (thin dotted line), September (thin dash-dotted line), October (thin dashed line) in: а) 2002, б) 2007, в) 2009, г) 2010 and д) 2012. The time course of blocking index ECBI for June-October is on the charts in the lower right corner of figures.
Динамика процессов блокирования, оцененная по временному ходу индекса ECBI, показывает, что в теплый сезон 2007 г. проявление блокирующего процесса имело четкую периодичность в 3-5 пентад, в результате чего регион оказывался под влиянием блоков в середине апреля, с середины мая до начала июня, с конца июля и до конца августа, а также с середины сентября и практически весь октябрь (рис. 3б). Частая смена блокирующих ситуаций зональным течением привела к тому, что существенный недостаток осадков, приведший к засухе, наблюдался только на юге Восточной Европы, а ЕЧР сильная засуха практически не затронула.
Засуха 2009 г. имела широтную направленность, эпицентры сильной засухи возникали в полосе 48°-55° с.ш. в течение всего вегетационного сезона в разных частях территории юга ВосточноЕвропейской равнины. Как показано на рисунке 2 в, в июне-июле сильная засуха охватила север Казахстана и Среднее Поволжье и продержалась там до сентября. Однако в августе и сентябре основной очаг засухи занимал вытянутую область от южной части Правобережной Украины до Венгрии. В сентябре и октябре небольшие по размеру эпицентры засухи наблюдались над территорией Воронежской области.
С конца мая при ЭЦМ 12а, 12бл и 12вл, сменявших друг друга в течение всего июня (в сумме 26 дней), арктический воздух проникал далеко на юг Западной Сибири и территорию Казахстана, формируя там антициклоническую погоду. В июле такие процессы продолжались в течение 19 дней, что способствовало сохранению антициклонической погоды в этом регионе. В августе при ЭЦМ 13л над Украиной сформировался антициклон, поддерживаемый отрогом азорского максимума, пополняемого арктическими вторжениями на Атлантический океан и Западную Европу, в результате чего он распространялся на всю Восточную Европу. В сентябре и октябре постоянные арктические вторжения на Урал и Западную Сибирь способствовали распространению антициклонической области на восток ЕЧР.
Распределение очагов блокирования в июне-октябре было неоднородным и имело широтную направленность. При этом в районе 55-68° в.д. располагался наиболее крупная зона блокирования, а смещение центра полосы блокирования происходило в восточном направлении с 60° до 50° с.ш. (рис. 3в). Центральная часть этой зоны особенно хорошо была выражена в июне и с ней ассоциируется очаг засухи над Казахстаном и Средним Поволжьем. В сентябре широтная полоса имела три очага блокирования, которые можно связать с тремя эпицентрами засух.
Временной ход индекса ECBI показывает наличие блокирования на протяжении всего июня, а также состояние зонального потока, близкое к климатическому, в июле и первой половине августа (рис. 3в). Длительный эпизод блокирования начался в третьей декаде августа и продолжался до конца сентября. Формирование засухи в августе на юго-западе Украины и в Молдове, очевидно, не связано с блокирующим процессом, а определялось антициклоническими процессами другого происхождения.
Засуха 2010 г. По своей интенсивности, охватываемой территории и продолжительности аномально жаркое лето 2010 г. на территории Восточно-Европейской равнины побило рекорды предыдущей аномальной «волны тепла» в Западной Европе летом 2003 г.
В начале мая над территорией европейской части России сформировался устойчивый антициклон. В течение месяца антициклон пополнялся периодическими вторжениями холодных арктических масс воздуха, быстро прогревающихся над континентом. Сильная засуха 2010 года наблюдалась сначала на небольшой территории Поволжья в мае, а позже распространилась во всех направлениях (рис. 2г). В течение 25-28 июня и 21-22 июля территория находилась под влиянием воздуха восточной периферии Азорского антициклона. Среднемесячная температура в июле и августе в центре и на юго-востоке европейской части России превысила многолетние значения в среднем на 5-7 градусов, при этом осадков почти не было. Средиземноморский циклон, который 28 июля подошел к южным границам европейской части России, не смог нарушить антициклонического режима. Антициклон держался на большей части ЕЧР до 18 августа, когда при ЭЦМ 9а пришёл атлантический циклон. В Западной Сибири всё лето под влиянием средиземноморских циклонов, обходивших антициклон на юге ЕЧР, шли дожди. Сильная засуха в Поволжье наблюдалась в течение четырех месяцев, при этом в западных регионах европейской части России сильная засуха возникла только в июле. В южных областях ЕЧР и на территории Украины сильной засухи вовсе не было. Особенностью засухи 2010 г. было то, что ее северная граница в августе распространилась в районы европейской части России, где за весь инструментальный период наблюдений такой тип засухи
никогда не отмечался. Продвижение границ засухи в зону лесов привело к возникновению верховых пожаров.
Основной сезонный очаг блокирования занимал устойчивое положение в пределах 51-65° с.ш. и 20-51° в. д. и распространялся в восточном направлении, что обусловило формирование вторичного центра в районе 40-65° в.д. (рис. 3г). Миграция центра блокирования происходила в широтном направлении от июля к августу, что привело к длительному пребыванию указанной выше территории под влиянием антициклонических процессов.
Динамика временного хода индекса ЕСВ1 показывает наличие продолжительного и непрерывного периода блокирования с середины июня и до середины августа (рис. 3г). Продолженное во времени влияние блокирующих процессов, которое отражается в индексе Палмера, учитывающем условия увлажнения предыдущего периода, является немаловажным фактором. То есть, длительное блокирование предыдущего месяца, приведшее к формированию засухи, будет способствовать ее сохранению даже при сокращении интенсивности блокирования в текущем месяце. Так, в 2010 г. устойчивый антициклонический характер погоды имел продолженное влияние на сентябрь, что оказалось существенным для сохранения очага сильной засухи, хотя по индексу ЕСВ1 состояние зонального потока в сентябре было близко к климатической норме. В октябре блокирование наблюдалось лишь в первой декаде, что способствовало резкому сокращению площади сильной засухи.
Засуха 2012 г. Сильная сезонная засуха в 2012 г. отмечалась в странах юго-востока Европы и Балканского полуострова, распространившись в августе-октябре на юго-западные районы Украины. В этот же период очаг сильной засухи наблюдался над Южным Уралом (рис. 2д).
В течение всего периода апрель-октябрь преобладало сочетание ЭЦМ с арктическими вторжениями на Западную Европу и Западную Сибирь (ЭЦМ 8а, 8бл, 8гл, 12а, 12бл) с ЭЦМ, способствующими формированию устойчивого антициклона на юге Восточно-Европейской равнины (2а, 2б, 3, 6). Локализация засух и их интенсивность зависела от интенсивности тех или иных процессов в различных регионах в разные месяцы. Наибольшее воздействие засуха оказала на регионы, по которым проходили арктические вторжения.
В сезонном распределении блокирующих ситуаций выделяется два очага - один над Восточной Европой, ориентированный на юго-запад, другой, более интенсивный - над севером Урала, что соответствует распределению эпицентров сильной засухи (рис. 3д). Наибольший вклад в сезонную картину дало распределение очагов блокирования в июле. В августе блокирующие ситуации проявлялись с одинаковой частотой (1-2 случая) в разных районах Европы, поддерживая антициклонический характер циркуляции по всей территории.
Во временном ходе индекса ЕСВ1 главный блокирующий эпизод выделяется во второй половине июня - первой декаде июля (рис. 3д). В августе имело место два непродолжительных и малоинтенсивных периода блокирования, что подтверждает картину неупорядоченного пространственного распределения очагов. Хотя блоки над северным Уралом были частыми, они не внесли вклад в индекс ЕСВ1, так как район находится за рамками расчетной области индекса.
Максимальные значения коэффициента пространственной корреляции индекса суровости засухи Палмера и аномалии КБУ1 наблюдались в 2002 г. и 2009 г. в августе (0.53 и 0.41 соответственно), в 2007 г. между РБ81 в июле и КБУ1 в августе (0.38). В 2010 г. пространственное соответствие полей индекса засухи и аномалии КБУ1 незначительно улучшалось от июня к сентябрю (коэффициент линейной корреляции составил в июне 0.36, в сентябре 0.4), что отражает сезонность засухи 2010 г. В 2012 г. наибольшая пространственная связанность рассмотренных полей выявлена между аномалиями КБУ1 в июле и РБ81 в мае и июне (коэффициент 0.32 и 0.3). Невысокие значения коэффициента корреляции связаны с тем, что рассматривались осредненные по всей территории исследования значения индекса суровости засухи Палмера и аномалии КБУ1. С учетом того, что сильная засуха на исследуемой территории наблюдалась в 2012 г. со второй половины лета, вопрос требует отдельной проработки. Анализ широтной пространственной корреляции между аналогичными показателями позволяет сделать предварительный вывод о том, что к северу территории исследования наблюдается уменьшение коэффициентов корреляции, а наибольшие коэффициенты линейной корреляции отмечаются в полосе между 46° и 49° с.ш.
Визуальный анализ пространственного распределения отрицательных значений нормированной аномалии вегетационного индекса продемонстрировал наилучшую согласованность с границами
сильных засух в большинстве случаев в июле и августе (рис. 2), что может быть связано с инерционностью и кумулятивностью отклика растительности на условия вегетации.
Выводы
В результате исследования проведена оценка площади сильной засухи с апреля по октябрь на юге Восточно-Европейской равнины с начала текущего столетия и рассмотрены циркуляционные условия формирования наиболее обширных засух.
Выявлено, что сильная засуха 2002 г. наблюдалась на Украине с апреля по июнь, а на европейской части территории России - с июля по сентябрь. Засуха 2007 г. проявилась на территории Украины, Ростовской области и северо-западе Краснодарского края. На большей части Украины засуха продержалась в течение почти всего сезона вегетации. В 2009 г. область сильной засухи имела широтную направленность. Эпицентры засухи возникали в течение всего вегетационного сезона в разных частях территории юга Восточно-Европейской равнины. Установлено, что максимум суммарной площади за весь сезон вегетации приходится на засуху 2010 г. Наибольшее влияние засуха 2010 г. оказала на территорию Поволжья, в южных районах европейской части России и на Украине сильная засуха не наблюдалась. Сильную засуху 2012 г. можно отнести скорее к засухам второй половины сезона вегетации. Для нее было характерно наличие двух очагов на западе и востоке территории исследования.
Показано, что во всех рассмотренных случаях границы сильных засух достаточно хорошо согласованы с областями отрицательных экстремумов спутникового вегетационного индекса, наблюдаемых в июле и августе.
Анализ распределения очагов блокирования и засух позволяет сделать следующие выводы.
На формирование устойчивого и обширного очага засухи блокирование атмосферных процессов оказывало влияние в том случае, если его продолжительность достигала 4 и более пентад в течение месяца. При этом очаг испытывал небольшую пространственную миграцию. Такая зависимость прослеживается на обширных засухах 2002 и 2010 гг., при этом основной центр очага блокирования располагался к северо-западу от очага засухи.
Существование очагов блокирования продолжительностью не более 3 пентад за месяц не имеет прямой пространственно-временной зависимости с областями наблюдения сильных засух. Однако в регионах с пониженной предшествующей увлажненностью даже относительно небольшая продолжительность блокирования будет поддерживать антициклонический характер погоды, и усиливать проявления засухи, как это наблюдалось в 2007 г. в Украине.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Дзердзеевский Б.Л. 1968. Циркуляционные механизмы в атмосфере северного полушария в XX столетии // Материалы метеорологических исследований, М.: Изд-во АН СССР и Межвед. геофиз. комитета при Президиуме АН СССР. 240 с. Дзердзеевский Б.Л., Курганская В.М., Витвицкая З.М. 1946. Типизация циркуляционных механизмов в северном полушарии и характеристика синоптических сезонов // Тр. н.-и. учреждений Гл. упр. гидрометеорол. службы при Совете Министров СССР. Сер. 2. Синоптическая метеорология. Вып. 21. М.-Л.: Гидрометиздат. 80 с. Золотокрылин А.Н., Титкова Т.Б., Черенкова Е.А., Виноградова В.В. 2013. Сравнительные исследования засух 2010 и 2012 г. на Европейской территории России по метеорологическим и МОБ^ данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Т.10. №1. С. 246-253.
Кононова Н.К. 2009. Классификация циркуляционных механизмов Северного полушария по Б.Л.
Дзердзеевскому / Отв. ред. А.Б. Шмакин. М.: Воентехиниздат. 372 с. Ландшафтная карта СССР. 1988. М. 1:4000000 // Научн. ред., д.г.н. А.Г. Исаченко. М.: ГУГК при СМ СССР. 4л.
Мартазинова В.Ф., Сологуб Т.А. 2000. Атмосферная циркуляция, формирующая засушливые условия на территории Украины в конце ХХ столетия // Наук. пращ УкрНДГМ1. Вип. 248. (На украинском яз.). С. 36-47.
Шмакин А.Б., Чернавская М.М., Попова В.В. 2013. "Великая" засуха 2010 г. на Восточно -Европейской равнине: исторические аналоги, циркуляционные механизмы. // Известия Российской академии наук. Серия географическая. № 6. С. 59-75. Barriopedro D., Fischer E. M., Luterbacher J., Trigo R. M., Garcia-Herrera R. 2011. The Hot Summer of
2010: Redrawing the Temperature Record Map of Europe // Science. № 332. Р. 220-224. Cherenkova E.A., Kononova N.K., Muratova N.R. 2013. Summer drought 2010 in the European Russia.
Geography, Environment, Sustainability. 1 (6). Pp. 55-66. Dai A., Trenberth K. E., and Qian T. 2004. A global dataset of Palmer Drought Severity Index for 18702002: Relationship with soil moisture and effects of surface warming // J. Hydrometeorol. Vol. 5. P. 1117-1130.
Lejenas H. 1987. A comparative study of Southern Hemisphere blocking during global weather experiment //
Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. V. 113. P. 181-188. Lejenas H., Okland H. 1983. Characteristics of Northern hemisphere blocking as deter-mined from a longtime series of observational data // Tellus. V. 35A. N 5. P. 350-362. Penman H.L. 1948. Natural evaporation from open water, bare soil and grass // Procumbens Royal Society. London: A193. P. 120-146.
Semenova I.G. 2013. Regional atmospheric blocking in the drought periods in Ukraine // Journal of Earth
Science and Engineering. V. 3 (5). P. 341-348. Wiedenmann J.M., Lupo A.R., Mokhov I.I., Tikhonova E.A. 2002. The climatology of blocking anticyclones for the Northern and Southern Hemispheres: Block intensity as a diagnostic // J. of Climate. V. 15. P. 3459-3473.
DROUGHTS AND DYNAMICS OF SYNOPTIC PROCESSES IN THE SOUTH OF EAST EUROPEAN PLAIN IN THE BEGINNING OF 21 CENTURY
© 2015. E.A. Cherenkova*, I.G. Semenova**, N.K.Kononova*, T.B.Titkova*
* Institute of Geography, Russian Academy of Sciences Russia, 119017Moscow, Staromonetnyiper., 29, E-mail: [email protected] Odessa State Environmental University Ukraine, 65016 Odessa, Lvovskaya str., 15
Regional features of the spatial distribution of extensive severe atmospheric drought of the growing season in the south of the East European Plain in the beginning of 21st century were investigated using the Palmer Drought Severity Index data. The atmospheric circulation patterns during dry periods were studied. Characteristics and some patterns of blocking episodes were identified. It was shown that the boundaries of severe drought well correspond with areas of negative extreme of satellite vegetation index in July and August.
Keywords: drought, Palmer Drought Severity Index, atmospheric circulation in the Northern Hemisphere, blocking index, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)
