Снежный покров и снежные лавины
УДК 551.578.42
Изменение сроков разрушения устойчивого снежного покрова на севере Евразии в 1936-2008 гг.: влияние глобального потепления и роль крупномасштабной атмосферной циркуляции
© 2013 г. В.В. Попова, И.А. Полякова
Институт географии РАН, Москва valeria_popova@mail.ru
Статья принята к печати 13 января 2013 г.
Пространственная связанность, Северная Евразии, современное глобальное потепление, сроки разрушения снежного
покрова, циркуляционные индексы.
Indices of atmospheric circulation, north of Eurasia, recent global warming, snow cover destruction dates, spatial corrélation.
Рассматриваются основные климатические характеристики сроков разрушения устойчивого снежного покрова в Северной Евразии. Выявлены закономерности их колебаний в пределах исследуемой территории, проанализированы их изменения в период современного глобального потепления и установлена роль циркуляционных факторов. Показано, что для большей части территории характерна тесная пространственная связанность этой характеристики: на Русской равнине и в Западной Сибири масштабы колебаний достигают 1000-1500 км по широте и 450-700 км в меридиональном направлении. Опережение сроков разрушения снежного покрова на западе и юго-западе Русской равнины связано, как правило, с аномалиями Северо-Атлантического колебания (NAO). В период современного потепления климата оно может достигать 15-20 дней. Некоторое запаздывание сроков разрушения снежного покрова, которое наблюдается в последнее десятилетие на севере Западной Сибири и северо-востоке Русской равнины, обусловлено положительными аномалиями индексов SCAND и EAWR.
Введение
Разрушение снежного покрова в конце зимы — начале весны представляет собой важный этап сезонного цикла, влияющий на водо- и энергообмен в почве и пограничном слое атмосферы [13—15]. Распределение снежного покрова, запаздывание или опережение сроков его разрушения могут способствовать возникновению возмущений в поле давления и приводить к образованию аномалий атмосферной циркуляции в течение весны и в начале лета [1, 12, 17]. Кроме того, снегозапасы и условия их перехода в жидкое состояние — важнейшие факторы водообеспеченности, урожайности территории, а также рисков, связанных с формированием весеннего половодья. Изучение изменений сроков разрушения снежного покрова и их региональных особенностей — серьёзная проблема, которая имеет как научное, так и прикладное значение.
Цель данной работы — анализ изменений сроков разрушения снежного покрова на территории Северной Евразии в период современного
глобального потепления. Авторы исследований последних лет [4, 8, 9], как правило, рассматривают периоды залегания снега, не выделяя при этом сроки его разрушения в качестве отдельного показателя. О климатических средних этой характеристики можно судить только по карте в Климатическом атласе СССР 1960 г. [5], где проанализированы данные с 1891 по 1945 г. Поэтому одна из основных задач нашей работы — получить климатические характеристики сроков разрушения устойчивого снежного покрова — средних и стандартного отклонения за 1936—2008 гг., обобщающих период регулярных наблюдений на обширной сети гидрометеорологических станций (ГМС), охватывающей территорию России и сопредельных государств. Следующая задача — выявление отклика сроков разрушения снежного покрова на современное глобальное потепление. С этой точки зрения интересны сравнение средних характеристик в разные временное периоды, а также связь сроков разрушения снега с измене-
ниями температуры и вариациями крупномасштабной атмосферной циркуляции.
Помимо перечисленных задач, в работе рассмотрены особенности пространственной связанности сроков разрушения снежного покрова в Северной Евразии. Изучение свойств поля рассматриваемой характеристики в рамках данной работы имеет прежде всего методическое значение и направлено на установление ограничения точности интерполяции, вызванного недостаточностью сети ГМС. Кроме того, с решением этой задачи связан вопрос репрезентативного представления сроков разрушения снега для выполнения ряда прикладных задач, к которым относится, например, планирование агротехнических мероприятий и прогноз весенних половодий.
Данные и методы
В работе использованы данные 183 ГМС, расположенных на территории России и сопредельных государств (в зоне 45—70° с.ш.), из архива ВНИИГМИ-МЦД (www.meteo.ru). Мы работали с обновлённым архивом за период 1936—2008 гг., предоставленном на сайте ВНИИГМИ—МЦД в конце 2010 г. Даты разрушения устойчивого снежного покрова устанавливались по визуальным данным о степени покрытия на территории вокруг ГМС. Устойчивым считался снежный покров, который лежит непрерывно всю зиму или с перерывами не более трёх дней в течение 30 дней его залегания. Даты появления и схода снежного покрова определяются на станциях по первому и последнему за зиму значку в метеорологическом бюллетене наблюдателя на станции. Последний значок ставится, если наблюдатель заметил, что более половины видимой поверхности вокруг станции свободно от снега [7]. В качестве порогового значения выбрано 50% покрытия. Это позволяет с одинаковой точностью определить дату схода за весь период с 1936 по 2008 г., поскольку до 1960 г. визуальная оценка покрытия снегом велась с точностью до 50%. Таким образом, дата, когда покрытие поверхности снегом становилось меньше 50%, считалась датой схода устойчивого снежного покрова. Учитывались также климатические особенности залегания снега на юге России, в странах Балтии и на западе Украины, для которых характерны оттепели с последующим установлением снежного покрова. Если период оттепели был больше последующего периода со снежным покровом (при более 50%-м покрытии видимой площади), то дата наступления оттепели считалась датой разрушения устойчивого снежного покрова.
В противном случае временное разрушение снега в результате оттепели не учитывалось.
Пространственный анализ и построение карт предполагают интерполяцию данных ГМС, условием которой является наличие связи между наблюдёнными значениями в различные моменты времени [3]. Густая и достаточно равномерная сеть ГМС существует лишь в центральных частях крупнейших равнин и плоскогорий России, наиболее неравномерна и редка сеть на Крайнем Севере, на территориях Дальнего Востока и Восточной Сибири. Поэтому на первом этапе работы изучались особенности пространственной связанности сроков разрушения снежного покрова, что позволило выбрать оптимальное разрешение при интерполяции и установить регионы, где из-за недостаточной сети ГМС она может привести к погрешностям.
Один из основных параметров пространственной связанности — радиус корреляции, который даёт возможность судить о пространственных масштабах колебаний исследуемой характеристики и определяется расстоянием, на котором коэффициент корреляции г убывает в е раз по сравнению с центром, где г = 1 [2], что соответствует положению изокорреляты г = 0,37. Таким образом, величина общей дисперсии между сроками разрушения снежного покрова на выбранной и близлежащих ГМС в пределах радиуса корреляции составляет 14% и выше. Радиус корреляции рассчитывается в нескольких направлениях и служит характеристикой анизотропии — свойства пространственной связанности сроков разрушения снега. Наиболее наглядный метод оценки пространственных связей — построение поля изокоррелят для избранного центра корреляции. В качестве центров корреляции было выбрано восемь ГМС в разных природных зонах и регионах России: Елатьма (54,9° с.ш., 41,7° в.д.); Омск (54,9° с.ш., 73,4° в.д.); Бодайбо (57,8° с.ш., 114,2° в.д.); Ханты-Мансийск (60,97° с.ш., 69,07° в.д.); Туруханск (65,78° с.ш., 87,95° в.д.); Оленёк (68,5° с.ш., 112,3° в.д.); Жиганск (66,77° с.ш., 123,4° в.д.); Сеймчан (62,92° с.ш., 152,42° в.д.). Далее рассчитывались коэффициенты корреляции между значениями сроков разрушения снежного покрова на каждой из этих ГМС со всеми окружающими станциями (за 1936-2008 гг.). Поля коэффициентов корреляции между сроками разрушения снега для разных центров корреляции приведены на рис. 1.
В результате выполненного анализа для интерполяции данных ГМС выбрано разрешение 2° х 2°,
Рис. 1. Коэффициенты корреляции между колебаниями сроков разрушения снежного покрова на ГМС (отмечено звёздочками) Елатьма (а), Омск (б), Ханты-Мансийск (в), Бодайбо (г) и окружающих станциях (отмечено точками) за 1936—2008 гг. Серой заливкой обозначены области, ограниченные радиусом корреляции r > 0,37; изокорреляты проведены через 0,2 Fig. 1. Correlation coefficients beween sustained snow cover destruction date variations in the meteorological stations (marked by stars) Elatma (a), Omsk (б), Hanty-Mansiysk (в), Bodaybo (г) and surrounding stations (points - мeteorological station) during 1936-2008. Gray color indicates areas limited by radius of correlation r > 0, 37; isoline interval is 0.2
Рис. 2. Сроки разрушения устойчивого снежного покрова в декадах от начала года (а) и стандартное отклонение в днях (б) за период 1936-2008 гг.
Пунктирной кривой обозначены изолинии, проведённые в районах с редкой сетью, не обеспечивающей достаточной точности интерполяции; точками обозначены ГМС
Fig. 2. Sustained snow cover destruction dates in decades from the beginning ofthe year (a) and standard deviation in days (б) for 1936-2008. Dotted line indicates isolines, derived in the regions with rare station network which not providing sufficient accuracy of interpolation; meteorological station locations are marked with points
которое примерно обеспечивает корреляцию 0,8— 0,6 между соседними ячейками на большей части исследуемой территории. Исключение составляют некоторые регионы Крайнего Севера и Дальнего Востока, где редкая сеть ГМС оставляет существенные неопределённости в распределении
сроков разрушения снега (на рис. 2, а изолинии в этих районах проведены пунктиром).
На следующем этапе анализировались климатические характеристики сроков разрушения снежного покрова. Для этого были рассчитаны и построены поля средних значений и стандартных отклоне-
ний за 1936—2008 гг.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.