ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2007, № 1, с. 130-135
== РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ =
УДК 551.513.524.34.405
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ВОДОСБОРА ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА1
© 2007 г. В. А. Румянцев*, Л. К. Ефимова*, Г. С. Голицын**, В. Ч. Хон**, У. С. Лыскова*
*Институт озероведения РАН **Институт физики атмосферы РАН Поступила в редакцию 10.12.2004 г.
Рассчитаны и проанализированы температура приземного воздуха, осадки и испарение на водосборном бассейне Ладожского озера для двух периодов (в конце XX и XXI вв.) по данным региональной модели климата ШЯЬАМ ^САО), разработанной в Центре Россби SMHI (Шведский Метеорологический и гидрологический Институт), с использованием нового сценария 1РСС антропогенного роста в атмосфере парниковых газов и аэрозоля. Проведенное для исследованного периода в XX в. сопоставление модельных и эмпирических данных позволило оценить степень успешности воспроизведения НШЪАМ ^САО) температуры воздуха и элементов гидрологического цикла на Ладожском водосборе. Приведены соответствующие оценки возможных изменений в конце XXI в. климатических параметров в регионе при реализации вышеупомянутого сценария 1РСС и рекомендации по их использованию.
Исследование изменений климата в регионе водосборного бассейна крупнейшего в Европе Ладожского озера с площадью акватории 16678 км2 и площадью водосбора 278000 км2 представляет интерес как пример региональных изменений климата и его последствий. Ладожское озеро обладает значительными запасами пресной воды, объем его водной массы составляет 838 км3, что обеспечивает существенный вклад в пресноводный сток в Балтийское море и очень важно как для развития экономики в Северо-Западном регионе, так и для жизнедеятельности Санкт-Петербурга. Изменения климата в регионе водосборного бассейна Ладожского озера обуславливают изменения темпе-ратурно-влажностного режима этого региона и уровня озера, а следовательно, влияют на экосистему этого уникального озера (информация об экологическом состоянии Ладожского озера в канун XXI в. приведена, в частности, в [4]). В связи с этим исследования закономерностей формирования температурно-влажностного режима на водосборе Ладожского озера необходимы для выявления особенностей динамики и функционирования изучаемой природной геосистемы, для целей рационального природопользования.
Для анализа изменений климата водосборного бассейна Ладоги и получения соответствующих сценарных оценок его антропогенных изменений в будущем (в XXI в.), в результате экспериментально установленного увеличения содержания в атмосфере парниковых газов, мы проанализировали результаты длительного интегрирования региональной совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана - модели климата
1 Данная работа выполнена при поддержке Российского фонда
фундаментальных исследований - проект РФФИ 04-05-64558.
RCAO, разработанной в Центре Россби SMHI (Шведский Метеорологический и Гидрологический Институт), имеющей горизонтальное разрешение 49 км и хорошо зарекомендовавшей себя в аспекте адекватного воспроизведения климата в регионе, охватывающем Европу и часть Атлантического океана [5, 7, 13]. Численные эксперименты с этой моделью проводились с граничными условиями, взятыми из двух известных, прошедших апробацию в рамках международного проекта сравнения атмосферных моделей AMIP I, AMIP II, моделей климата ECHAM4/OPYC3 (Метеорологический институт Макса Планка, Германия) [14] и HadCM3 (Hadley Centre, Великобритания) [12]. Шведские коллеги предоставили нам данные для исследования возможных изменений климата водосборного бассейна Ладожского озера. По этим данным нами были рассчитаны характеристики гидрологического цикла на водосборе Ладожского озера в XX и XXI вв. для двух 30-летних периодов: 1961-1990 гг. (контрольное интегрирование) и периода 2071-2100 гг., для которого был использован новый сценарий А2 антропогенного роста концентраций парниковых газов и аэрозоля, разработанный Рабочей Группой III Межправительственной группы экспертов по изменению климата, IPCC [9, 11]. Сценарий А2 близок к верхнему пределу возможной эмиссии парниковых газов (в эквиваленте CO2) и соответствует увеличению концентрации приблизительно до 850 ppm в 2100 г. Заметим, что в ранее разработанном IPCC в 1992 г. сценарии К92а без учета аэрозоля [6] предполагалось увеличение парниковых газов (в эквиваленте CO2) до 700 ppm в 2100 г., и модельные данные, полученные с помощью этого сценария, использовались в работах, выполненных с целью исследования климата Ладожского
водосбора с помощью вышеупомянутых глобальных моделей климата ECHAM4/OPYC3 и HadCM3 [1, 2]. В этих работах, в частности, отмечалось, что не все рассмотренные составляющие температур-но-влажностного режима Ладожского водосбора воспроизводятся этими моделями с одинаковым успехом, поэтому желателен синтез модельных результатов, полученных с помощью различных моделей климата и с использованием различных сценариев антропогенных изменений. В терминах увеличения глобальной температуры у поверхности сценарий А2 соответствует среднему глобальному увеличению температуры от 1-го моделируемого периода ко 2-му: на 3.3°С при использовании граничных условий модели HadCM3 (в дальнейшем тексте кратко обозначаемых и на 3.4°С при использовании граничных условий модели ECHAM4/OPYC3 (кратко обозначаемых трО. Таким образом, модельные оценки возможных климатических изменений при реализации сценария А2 представляют интерес еще и потому, что они дают "оценки сверху", т.е. почти максимально возможные изменения при учете новых данных о максимально прогнозируемом росте содержания парниковых газов и аэрозоля в атмосфере.
Обратимся к анализу и оценкам климатических изменений, рассчитанных для водосбора Ладожского озера по данным региональной моделью климата ЯСАО с использованием сценария А2. Для расчета средних по водосбору Ладоги значений рассмотренных переменных модельные данные ЯСАО в узлах регулярной сетки модели усреднялись по всем точкам, приходящимися на водосборный бассейн Ладожского озера, с весами, пропорциональными широте места. При этом были рассмотрены результаты региональной модели климата ЯСАО, полученные с обоими вариантами граничных условий, взятыми из глобальных моделей климата ECHAM4/OPYC3 (трО и HadCM3 фс).
Эти оценки, в частности межгодовых и внутри-годовых изменений температуры приземного воздуха, осадков и испарения для водосборного бассейна Ладожского озера в вышеуказанные периоды XX и XXI вв. представлены на рис. 1 и 2. Рис. 1,а демонстрирует существенное увеличение в XXI в. температуры приземного воздуха на Ладожском водосборе при реализации сценария А2. Таким образом, основная отличительная черта межгодовой изменчивости среднегодовой температуры приземного воздуха в регионе, по данным региональной модели климата ЯСАО (рис. 1,а), заключается в тенденции увеличения температуры воздуха на протяжении двух рассмотренных периодов. Эта тенденция четко прослеживается по данным ЯСАО с использованием обоих рассмотренных вариантов граничных условий: mpi и
при этом данные региональной модели ЯСАО, полученные с использованием граничных условий глобальной модели ECHAM4/OPYC3 (трО, дают больший наклон для линии тренда, чем при ис-
пользовании граничных условий модели HadCM3 фс). Соответствующие оценки этих положительных температурных трендов в рядах модельных данных показали, что они статистически значимы. Были также вычислены тренды среднемесячных температур приземного воздуха на Ладожском водосборе. При этом оказалось, что статистически значимыми являются не только положительные тренды среднегодовых, но и среднемесячных температур. Наиболее сильная тенденция увеличения температуры, по модельным данным, отмечается в зимний период, наименьшая - летом, причем конкретные месяцы проявления экстремальных тенденций увеличения температуры внутри сезона, по данным модели ЯСАО с граничными условиями mpi и различные. Анализ многолетнего хода изменчивости дисперсий рядов среднемесячных температур показывает, что максимальные значения дисперсий отмечаются в январе (причем для обоих использованных в региональной модели ЯСАО граничных условий), а минимальные значения - летом. Это указывает на хорошее воспроизведение известной из анализа данных наблюдений большой изменчивости в зимний сезон и относительно слабой изменчивости летом.
Что касается количественных оценок, то для контрольного эксперимента (период 1961-1990 гг.) было проведено сравнение модельных данных с данными наблюдений. Проведенное сравнение с эмпирическими данными среднегодовых температур в Санкт-Петербурге показывает, что модельные данные ЯСАО несколько занижают среднегодовую температуру воздуха на водосборе Ладоги, причем более хорошее соответствие этим эмпирическим данным обнаруживают данные региональной модели ЯСАО при использовании в качестве граничных условий глобальной модели HadCM3 фс). Заметим, что эмпирические данные для Санкт-Петербурга (60° с.ш.), расположенного в середине широтного изучаемого бассейна (между 64° и 54° с.ш.), достаточно репрезентативны для средних характеристик всего Ладожского водосбора, по крайней мере для температуры воздуха. Так, проведенное сравнение показало, что внутригодо-вые изменения температуры на всем водосборе (годовой ход), рассчитанные по данным глобальной климатологии Легейтса, в которой использованы данные наблюдений большого числа станций, интерполированных в узлы сетки 0.5° х 0.5° [10], и по эмпирическим данным Санкт-Петербурга, незначительно различаются между собой.
Межгодовая изменчивость годовых сумм осадков Р и испарения Е на водосборе Ладожского озера, от которых зависит сток в озеро, рассчитанная по данным региональной модели климата ЯСАО, представлена на рис. 1,6. Из рис. 1,6 видно, что для годовых сумм осадков, по данным ЯСАО для периода 1961-2099 гг., тоже характерна тенденция увеличения, однако степень ее проявления существенно отличается для двух вариантов ис-
т, °с 12 10 8 6 4
10
^ о о
0000000000000 2222222222222
шр1
hc
Р, Е мм/год
1400 г
1200
Годы
1000
800
600 -
400 200
0
^
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.