УДК 551.524.3(262.5)
Оценка многолетней тенденции изменения температуры воздуха в районе Черного моря
В. Б. Титов*, Н. И. Кузеванова*
По вековым рядам средних месячных значений температуры воздуха получены оценки ее многолетней изменчивости. Потепление наблюдается в осенне-зимние сезоны (ноябрь — февраль), похолодание — в марте и октябре. Летом явно выраженная тенденция отсутствует. Средняя годовая температура медленно увеличивается из-за осенне-зимнего потепления.
Ключевые слова: пространственно-временная изменчивость температуры воздуха, тенденция (тренд) изменения температуры (потепление, похолодание), синхронность колебания температуры, межгодовые колебания.
Введение
Одной из основных проблем в настоящее время является потепление климата [1—3]. По имеющимся данным, потепление имеет глобальный характер и составляет в среднем 0,6 ± 0,2°С за 100 лет. Однако для одних сезонов и регионов потепление четко выражено, а в других оно отсутствует или даже сменяется незначительным похолоданием [2].
Для Черного моря, где температура воздуха является одним из главных факторов формирования сезонной (особенно зимней) гидрологической структуры верхнего деятельного слоя, потепление будет иметь отрицательные последствия. Повышение температуры воздуха зимой приведет к уменьшению выхолаживания поверхности моря и ослаблению вертикальной плотностной конвекции, вследствие чего сократятся объем вод холодного промежуточного слоя, его насыщенность кислородом и способность окислять сероводород глубинных вод [5, 6, 8, 11].
Повышение температуры воздуха летом приведет к формированию на поверхности моря аномально теплого слоя, увеличению градиента температуры и плотности между верхним теплым слоем и нижележащими холодными водами. Вследствие этого увеличится вертикальная устойчивость верхнего аномально теплого слоя, препятствующая его перемешиванию с подстилающими водами. Поэтому все растворенные и взвешенные (в том числе антропогенные) загрязняющие вещества будут концентрироваться в верхнем слое [6].
Таким образом, потепление как зимой, так и летом в конечном счете приведет к ухудшению экологического состояния Черного моря и к снижению биопродуктивности его верхнего деятельного слоя [6].
* Южное отделение Института океанологии им. П. П. Ширшова Российской академии наук; e-mail: kuzevanоva-nata@mail.ru.
В связи с этим в настоящей работе предпринята попытка оценить региональную тенденцию изменения температуры воздуха в прибрежных районах Черного моря за последние 100 лет.
Исходные данные и методика их обработки
В качестве исходных данных использовали вековые ряды средних месячных значений температуры воздуха на 13 морских гидрометеорологических станциях Черного моря:
1
Одесса 1894—1985
5
Феодосия 1881—1983
2
Николаев 1881—1983
6
Керчь 1881—1982
3
Севастополь 1882—1983
7
Анапа 1899—1985
Номер
Станция 1, годы
Номер
Станция 1, годы
Номер
Станция 1, годы
9
Геленджик 1922—2006
10 Туапсе 1903—1988
11 Сочи 1877—1985
12 Поти 1912—1985
4
Ялта 1881—1983
8
Но во рос сийск 1872—2006
13 Батуми 1882—1985
(1 — период наблюдений).
По исходным данным были вычислены статистические параметры вековых рядов [10, 11]. Для выявления основных периодов колебаний выполнены спектральный анализ и фильтрация рядов. Поскольку натурные данные содержат широкий спектр колебаний (с периодом от 50 до 2 лет) [4], то для более точ ной и над еж ной оцен ки пе ри одов исход ные ряды предварительно поделили на две части: долгопериодную (сглаживание методом скользящего среднего с периодом 5 лет) и короткопериодную (разность между исходными и сглаженными рядами). Затем провели спектральный анализ этих рядов.
Для про вер ки и уточ не ния результатов спектраль но го анали за была проведена фильтрация сглаженных рядов. Каждое отфильтрованное колебание последовательно вычитали из исходного сглаженного ряда. В результате после исключения всех периодических колебаний тенденцию изменения температуры воздуха (тренд) характеризовали по остаточным рядам.
Обсуждение результатов
По результатам обработки и анализа исходных данных установлены основ ные за ко номер нос ти про стра нствен но-вре мен ной измен чи вос ти температуры воздуха над акваторией Черного моря.
В пространственной изменчивости температуры воздуха четко проявляется зональность, т. е. зависимость температуры от географической широты пункта наблюдений. Эта закономерность демонстрируется на рис. 1, где представлены средние многолетние (вековые) значения температуры воздуха на гидрометеорологических станциях с разным широтным поло-же ни ем: на са мых се вер ных стан ци ях (Одес са, Ни кола ев) сред няя мно го-летняя температура составляет 9,8—9,9°С, а на самых южных (Сочи, Бату-
ми) — 14,1—14,4°С, т. е. примерно в 1,5 раза больше. В среднем изменение температуры составляет 0,9°С на один градус широты.
Главной особенностью временной изменчивости температуры является синхронность ее колебаний во всем Черноморском регионе [10]. Эта особенность демонстрируется на рис. 2, где при веден вре мен ной ход сред них ме сяч ных, средних сезонных и средних годовых значений температуры воздуха для трех станций: Николаев, Новороссийск, Батуми. Как видно на рис. 2, все колебания, независимо от масштаба осреднения (средние месячные, сезонные, годовые) и географического положения станции, происходят строго синхронно во всем регионе. Особенно ярко это выражено в годы с экстремальными (аномально теп лы ми и аномаль но холод ны ми) ат мос фер ны ми терми чес ки ми усло ви я-ми. Амплитуды этих колебаний различаются в зависимости от широты положения станции. Синхронность колебаний температуры воздуха на всех станциях обусловлена едиными для всего региона крупномасштабными синоптическими процессами.
Для получения более точных и надежных оценок обработку параметров периодических колебаний температуры воздуха по вековым рядам проводили двумя независимыми методами — с помощью спектрального анализа и фильтрации. Оба метода дали практически одинаковые результаты, а выявленные периоды совпадали на всех гидрометеорологических станциях. Поэтому данные обработки были осреднены помесячно по всем станциям (табл. 1).
Как видно из данных табл. 1, долгопериодные колебания температуры воздуха в Черноморском регионе подвержены некоторой сезонной изменчивости, что, вероятнее всего, связано с соответствующей сезонной перестрой кой цир куля ци он ных меха низмов ат мосфе ры (се зон ное изме не ние траекторий движения циклонов и антициклонов, их активности и перенос ими воздушных масс с теми или иными термическими характеристиками). Наиболее постоянными в течение года остаются 11—12-летние и 7— 8-летние колебания.
Амплитуды долгопериодных колебаний изменяются в зависимости от широтного положения станции и по сезонам (данные об амплитудах колебаний в статье не приводятся). На северных станциях (Одесса, Николаев) амплитуды в среднем в 1,5 раза больше, чем на южных (Сочи, Батуми).
с- 2 1__ у---/
9 - Г 11_ 1-Х Ч 4 4 'Т / 8 10
г < : V ч
С:
27° в. д. 30 33 36 39 42
Рис. 1. Пространственная изменчивость средних многолетних значений температуры воздуха (Та, °С) в зависимости от географической широты пункта наблюдений.
Номера морских гидрометеорологических станций (1—13) соответствуют приведенным в тексте. Штриховыми линиями показан интервал ±а.
1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
Рис. 2. Временная изменчивость средних месячных (а — январь, б — июль), средних сезонных (в—зима, г—лето) и средних годовых (д) значений температуры воздуха на станциях Николаев (1), Новороссийск (2) и Батуми (5).
Зимой амплитуды одноименных колебаний больше, чем летом, примерно в 2 раза.
Долгопериодные колебания не являются строго периодическими, так как их параметры (периоды и амплитуды) варьируются относительно средних значений. Для оценки стабильности колебаний в табл. 1 приведены их коэффициенты вариации. Они показывают, что самыми стабильными являются колебания с наибольшими периодами, а с уменьшением периода устойчивость снижается как по периодам, так и по амплитудам. Тем не менее долгопериодные колебания можно считать квазипериодическими.
Ко рот ко пе ри од ные коле ба ния ме нее устой чи вы, чем дол го пе ри од ные. Коэффициенты вариации их периодов достигают 0,27—0,30, а амплитуд — до 0,58—0,60. Такая степень изменчивости приближает их к типу случай ных коле ба ний. 66
Таблица 1
Обобщенные периоды многолетних колебаний средней месячной температуры воздуха
Месяц, параметр Период, год
долгопериодные колебания короткопериодные колебания
I 48,0 — — 19,7 — 12,4 7,5 — 4,1 3,4 2,6 2,2
II 47,3 33,6 — 19,3 — 11,4 7,7 5,0 — 3,8 2,8 2,2
III 53,7 — 24,9 19,2 — 12,6 7,6 — 4,6 3,4 2,6 2,2
IV 50,8 — 25,7 — 16,7 12,8 7,8 — 4,9 3,8 3,0 2,3
V — 34,3 — 20,2 16,4 12,2 7,6 — 4,3 3,4 2,5 2,2
VI 50,0 32,0 — — 17,1 12,2 7,7 — 4,7 3,6 2,7 2,2
VII 49,3 31,9 — — 16,2 12,5 7,7 5,1* 4,2 3,1 2,5 2,1
VIII 49,5 30,7 — — 16,2 12,5 8,3 — 4,2 3,1 2,6 2,2
IX — 30,6 — 19,9 15,5 11,5 7,5 5,3* 4,4 3,5 2,7 2,1
X — 32,5 — — 16,4 10,9 7,8 — 4,9 3,9 2,6 2,2
XI 45,8 — — 19,7 — 11,9 8,1 5,3* 4,1 3,6 2,7 2,2
XII 50,0 — 24,5 — 16,4 12,4 7,1 — 4,6 3,6 2,9 2,1
Кп 0,02 0,05 0,09 0,10 0,11 0,15 0,16 0,21 0,25 0,27 0,30
Камп 0,18 0,25 0,30 0,32 0,42 0,46 0,48 0,50 0,52 0,58 0,60
Примечание. Периоды долгопериодных колебаний определяли с помощью спектрального анализа и фильтрации; короткопериодных колебаний — только спектральным методом. Звездочкой от-
мечены слабо выраженные по периоду и амплитуде колебания. Кп иКамп — коэффициенты вариации периодов и амплитуд соответственно.
В процессе обработки после исключения квазипериодических колебаний из исходных сглаженных рядов были получены остаточные ряды, характеризующие многолетнюю тенденцию изменения температуры воздуха
Таблица 2
Тенденции вековой изменчивости температуры воздуха АГ(°С)
Ме сяц Николаев Севастополь Ялта Феодосия Керчь Новороссийск Сочи Батуми
I -0,25 0,25 0,1 0,1 0,4 0,6 0,7 0,45
II 0,5 0,65 0,35 0,5 0,45 0,35 0,5 0,25
ш -0,25 -0,15 -0,25 -0,25 -0,15 -0,5
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.