УДК [551.577+556.16]:523.745(282.243.7)
Аномалии осадков и годового стока р. Дунай в широком диапазоне солнечнообусловленных масштабов изменчивости
В. А. Иванов*, А. В. Прусов*, А. А. Сизов*
Анализируется изменчивость осадков в районе южного берега Крыма и на водосборе Дуная, а также стока р. Дунай. Показано, что в годы минимума квазивекового цикла солнечной активности (1879—1933 гг.), когда индекс североатлантического колебания (САК) был максимальным, наблюдались минимальные осадки и минимальный сток Дуная; в годы квазивекового максимума солнечной активности (1934—1996 гг.), когда индекс САК был минимальным, осадки и сток Дуная были максимальны. Получено, что в годы четного цикла солнечной активности осадки в рассматриваемых районах и сток Дуная минимальны, а в годы нечетного цикла — максимальны. Обсуждается заметное различие в межгодовом распределении сумм осадков в водосборе Дуная и его стока в годы четного и нечетного циклов солнечной актив нос ти.
Введение
Значительные колебания годовых сумм осадков и годового стока рек, наблюдающиеся в последние годы в районе Черного моря [4, 12, 13], сказываются на хозяйственной деятельности, создавая в ряде случаев аномальные паводковые ситуации [8]. Для прогностической оценки вероятности такого экстремального стока необходимо максимально учитывать все факторы, влияющие на циркуляцию атмосферы, которая формирует режим увлажнения в водосборах рек. В настоящее время считается, что в 90% случаев изменчивость климата за последние 50 лет связана с деятельностью человека [9]. Однако в Четвертом оценочном докладе МГЭИК [9] обращено внимание на значительную естественную изменчивость климата в региональных масштабах. Одним из факторов, определяющих изменчивость климата в конкретом регионе, является солнечная активность, изменяющаяся в широких пределах [2, 3] и влияющая на барическое поле атмосферы [10, 14], т. е. на ее циркуляцию. В работах последних лет удалось показать, что гидрометеорологические поля в приземном слое атмосферы Атлантико-Европейского сектора чувствительны к изменению солнечной активности на масштабах от квазивекового до квазидвадцатилетнего [6, 7]. С учетом результатов, представленных в этих работах, попытаемся оце нить измен чи вость сто ка р. Ду най, свя зан ную с солнеч ной актив-
* Морской гидрофизический институт; e-mail: ocean@alpha.mhi.iuf.net.
ностью, на разных временных масштабах. Выбор Дуная и его водосбора обусловлен наличием достаточно длительных рядов наблюдений за его стоком, что позволяет получить оценки в широком диапазоне временных масштабов. Поскольку водосбор Дуная находится в одной климатической зоне с водосборами рек северной части Причерноморья, можно ожидать, что оценки колебания его стока в широком временном интервале будут пригодны для оценки стока рек юга Украины.
Представляло интерес исследовать колебания годового стока Дуная в зависимости от увлажнения на его водосборе при разных режимах циркуляции атмосферы в Атлантико-Европейском секторе, формируемой солнечной активностью в широком диапазоне временных масштабов — от квазивекового до межгодового.
Используемый материал и методика обработки
Для оценки изменчивости увлажненности в южном регионе Европы и стока Дуная использовали массивы данных о месячных суммах осадков в Ялте и месячном стоке Дуная за 1881—1996 гг., имеющиеся в архивах МГИ НАН Украины. Месячные суммы осадков на водосборе Дуная были выбраны из климатического массива CRU TS 2.0 [20] по территории, ограниченной координатами 42—47° с. ш., 15—26° в. д. В этом массиве данные об осадках представлены с шагом 0,5 х 0,5°. Для оценки изменчивости циркуляции атмосферы в Атлантико-Европейском секторе использовали индекс САК [18]. Временные масштабы флуктуации солнечной активности анализировали по массиву чисел Вольфа, представленному в [19]. Учитывалось, что массивы данных об осадках и стоке Дуная, используемые авторами данной работы, относились к временному интервалу, соответствующему текущему квазивековому циклу солнечной активности. Поэтому обработка данных велась по методике, приведенной в работе [7]. Исходные ряды сглаживали путем осреднения по 11 годам (средняя продолжительность 11-летнего цикла солнечной активности), а изменчивость осадков и стока Дуная в четные и нечетные циклы солнечной активности оце ни вали по вы бор кам дан ных за годы, от но ся щихся со от ве тствен но к этим циклам. Межгодовую изменчивость анализируемых характеристик в годы четного и нечетного циклов солнечной активности изучали с применением так называемой методики наложенных эпох [3]. Аномалии годовых сумм осадков и годового стока Дуная вычисляли следующим образом: Р' = Pi - Рср, Q = Qi - Q^, где Pi и Qi — значения количества осадков и сто ка за вы бран ные годы, от но ся щи е ся к чет ному или нечет ному цик лам, Рср и Q^ — средние значения количества осадков и стока по всему вре -менному ряду. Для последующего анализа использовали средние за годы четного и нечетного циклов солнечной активности значения Р' и Q. Статистическую достоверность полученных результатов оценивали по стандартным процедурам [1, 21].
Полученные результаты и их анализ
В работе [7] анализировали изменчивость циркуляции атмосферы в Атлантико-Европейском секторе (индекс САК) в годы минимума и максимума текущего квазивекового цикла солнечной активности. Эти годы вы-
деляли по значениям чисел Вольфа Ж [2]. Годы минимума соответствовали временному интервалу с 1879 по 1933 г. (интервал 1), а годы максимума представлялись временным интервалом с 1934 г. по настоящее время (интервал 2). Для оценки сумм осадков на юге Европы и стока Дуная воспользуемся подобным разделением процессов на два интервала. Поскольку данные о стоке Дуная, имевшиеся в нашем распоряжении, ограничивались 1996 г., интервал 2 в последующем анализе будет задан временным отрезком с 1934 по 1996 г. Осадки на юге Европы были представлены месячными суммами осадков в Ялте — наиболее длинным рядом наблюдений за осадками в этом регионе. Характеристики изменчивости годовых сумм осадков в Ялте и годового стока Дуная в зависимости от циркуляции атмосферы (индекс САК) в годы квазивекового минимума и максимума солнечной активности следующие:
Величина Ж САК Р',мм б',м3/с
Интервал 1 39(±7) 0,26(±0,44) -31 (±38) -163(±274)
Интервал 2 73 (±12) 0,15 (±0,48) 28(±40) 138 (±291)
(В скобках приведены доверительные интервалы, соответствующие 95%-ной доверительной вероятности.)
Видно, в годы минимума квазивекового цикла солнечной активности (интервал 1) индекс САК был максимальным, а в годы максимума этого цикла (интервал 2) — минимальным. При максимальных значениях САК траектории циклонов в основном пролегают по северной части Атлантико-Европейского сектора, а при минимальных — по Центральной и Южной Европе [21]. В соответствии с этими особенностями циркуляции атмосферы в годы с максимальными значениями САК юг Европы оказывается в зоне преимущественного влияния антициклонической циркуляции атмосферы, что влечет за собой уменьшение атмосферных осадков и стока Дуная, а в годы с минимальными значениями САК — под влиянием атланти-чес ких и среди зем номор ских цик ло нов, что обес печи ва ет аномаль но большое количество атмосферных осадков и увеличение стока Дуная.
Строгая оценка значимости представленных выше результатов, например, использование гипотезы о равенстве двух центров распределения [17], дает основание полагать, что значимыми на 95%-ном уровне доверительной вероятности являются только различия значений Ж и аномалий осадков в Ялте между интервалами 1 и 2. Различия индекса САК и стока Дуная незначимы. Можно только предположить наличие тенденции превышения индекса САК в годы квазивекового минимума Ж над его значениями в годы квазивекового максимума солнечной активности. Соответственно сток Дуная имеет тенденцию к максимальным значениям в годы интервала 2 и к минимальным — в годы интервала 1.
Используемые данные об осадках в Ялте характеризуют режим увлажнения юга Европы, но эта станция удалена на значительное расстояние от водосбора Дуная. Поэтому оценка изменчивости аномалий годовых сумм осадков была сделана по данным станций Херсон и Одесса, расположенных ближе к Дунаю. Ряды наблюдений за осадками на этих станциях, доступные для пользователей, начинаются с 1900 г. Для сравнения приведем
значения аномалий годовых сумм осадков Р' (мм) в Ялте, Херсоне и Одес-
Станция Ялта Херсон Одесса
Интервал 1 -26(±52) -21 (±33) -28 (±31)
Интервал 2 28 (±40) 3 (±25) 9 (±26)
Можно сделать предварительный вывод о долгопериодной (в пределах нескольких десятилетий) изменчивости циркуляции атмосферы в Атлан-тико-Евро пей ском секто ре и ре гули руе мо го ею ре жи ма увлаж не ния юга Евро пы. Инструмен таль ные на блюде ния фикси ру ют су щес тво ва ние де фи-цита осадков на юге Европы и стока Дуная с конца XIX до начала XX в. и уве ли че ние этих гид роме те о роло ги чес ких ве ли чин во вто рой поло ви не ХХ в. По некоторым оценкам [2, 3], в настоящее время климатическая система вошла в фазу спада квазивекового цикла солнечной активности (макси мум это го цик ла за фикси ро ван во вто рой поло ви не 1950-х годов во время 19-го 11-летнего цикла). Поэтому можно ожидать, что в ближайшие десятилетия юг Европы будет испытывать нарастающий дефицит осадков и стока рек. Пока этот дефицит ощущается мало, и данные длительных из-ме ре ний на гид роме те ос тан ци ях, рас по ложен ных на по бе режье Чер но го моря, показывают положительный тренд осадков к началу XXI в. [12, 13]. Однако приближение фазы минимума текущего квазивекового цикла солнечной активности, судя по результатам, представленным выше, может изменить знак тренда осадков на отрицательный.
Наряду с квазивековой изменчивостью в гидрометеорологических полях наблюдаются флуктуации, связанные с квазидвадцатилетней цикличностью солнечной активности [2, 3, 5]. Эти флуктуации по амплитуде меньше квазивековых, но дают весьма заметный вклад в межгодовую (междесятилетнюю) изменчивость таких величин, как приземная и поверхностная температура в районе Черного моря. Связанные с цир
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.