УДК 551.583.1(479.22)
География и динамика некоторых температурных индексов для оценки изменения климата Грузии
Э. Ш. Элизбарашвили*, М. Э. Элизбарашвили**, Н. Б. Куталадзе***, И. Кеггенхофф****, Б. М. Киквадзе *****, Н. М. Гогия**
По данным наблюдений 50 метеорологических станций Грузии за 1936— 2011 гг. исследованы некоторые температурные индексы для оценки изменения климата — экстремальные значения температуры, число морозных, холодных и жарких дней, тропических ночей и индексы, основанные на процентилях распределения. Построены геоинформационные карты пространственной структуры и исследована динамика этих индексов за период глобального потепления. Определены средние значения индексов за разные периоды осреднения. Полученные результаты можно использовать при обобщении соответствующих индексов для Кавказского региона, бассейна Черного моря или для Передней Азии.
Ключевые слова: температурные индексы, изменение климата Грузии, геоинформационные карты.
Введение
По данным многочисленных исследований [1, 2, 6, 9, 10, 12], в условиях интенсификации глобального потепления повторяемость многих экстремальных явлений погоды и климата увеличивается. Это может привести к серьезным последствиям для экономики, сельского хозяйства и даже безопасности государства, а также для здоровья человека. Поэтому исследование и анализ экстремальных климатических явлений имеют важное значение.
В связи с этим ВМО и Международная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН разработали 27 основных индексов, характеризующих экстремальные климатические явления, и рекомендовали отдельным странам провести исследования этих индексов с целью их обобщения и использования для оценки изменений климата крупных регионов или для земного шара в целом [11, 13]. К этим индексам относятся климатические экстремумы, число холодных, морозных и жарких дней, тропических ночей, а также индексы, основанные на процентилях распределения, число дождливых и засушливых периодов и т. д.
* Институт гидрометеорологии Грузии; Телавский государственный университет им. Я. Гогебашвили, Грузия; e-mail: eelizbar@hotmail.com.
** Тбилисский государственный университет им. Ив. Джавахишвили, Грузия.
*** Национальное агентство по окружающей среде, Грузия.
**** Университет Гиссена, Германия.
***** Государственный университет им. Ильи Чавчавадзе, Грузия.
Грузия — горная страна со сложными физико-географическими и ландшафт-но-климатическими условиями [3]. Обычно при описании пространственной картины изменения климата на территории Грузии использовали многолетний ход средних годовых, сезонных или месячных значений температуры воздуха и количества осадков [5, 6]. В данной статье, являющейся продолжением публикаций, посвященных проблеме изменения климата Грузии [5—7], представлены результаты исследования географии и динамики важных температурных индексов, предложенных МГЭИК.
В исследовании использованы данные наблюдений 50 метеорологических станций Грузии за период 1936—2011 гг. Специфика расчета температурных индексов исключала возможность использования методов восстановления пропущенных данных. Поэтому расчет температурных индексов для каждого месяца производили в случае отсутствия данных не более чем за 3 дня, для каждого года — при отсутствии данных не более чем за 36 дней. Для расчета индексов, основанных на процентилях распределения, обязательным условием считалось использование более 70% данных. Во всех остальных случаях расчет индексов автоматически прерывался.
Для восстановления отдельных пропущенных данных в рядах значений температуры была использована следующая процедура. С учетом данных о температуре для всех станций составлялись корреляционные матрицы и по результатам их статистического анализа, а также с учетом физико-географических условий расположения станций формировались группы высококоррелируемых станций, коэффициенты корреляции между которыми для определенного индекса были значимы на уровне 95% и более. Далее внутри каждой группы пропущенные данные определялись методом соответствующих разностей. Метод разностей был выбран в связи со спецификой исследуемого параметра (температуры), для которого разность между данными двух или нескольких станций, расположенных в сходных физико-географических условиях, от года к году изменяется незначительно.
Пространственная структура температурных индексов
Дни, когда максимальное значение температуры воздуха отрицательно, принято считать морозными (IDO), когда минимальное значение температуры воздуха отрицательно, — холодными (FDO). Последние включают дни с заморозками в переходные сезоны. С увеличением числа холодных дней температура ночью имеет тенденцию к уменьшению и, наоборот, с уменьшением их числа температура ночью увеличивается. Жаркими считаются дни, когда максимальная температура воздуха превышала 25°С (SU25). Этот индекс является одним из индикаторов потепления. Увеличение числа жарких дней связано с увеличением суммы значений активной температуры, что положительно сказывается на росте и развитии большинства сельскохозяйственных культур. В переходные сезоны увеличение числа жарких дней указывает на увеличение длительности вегетационного периода (изменение даты начала или конца вегетационного периода). Это весьма актуально при планировании и осуществлении подбора таких сельскохозяйственных культур, вегетационный период которых наилучшим образом соответствует новым климатическим условиям.
Кроме того, рассматривали максимальные (Txx) и минимальные значения температуры в течение суток (Tnn), продолжительность вегетационного пе-
риода с активной температурой выше 5°С (GSL) и число тропических ночей, когда минимальное значение температуры превышает 20°С (ТИ20). Для оценки экстремально теплых эпизодов зимой и экстремально холодных летом рассмотрены минимумы абсолютных максимумов температуры (Тхп) и максимумы абсолютных минимумов (ТЫх).
В качестве индексов, основанных на процентилях распределения температуры, рассматривали следующие: Тх90р — число дней, когда максимальная температура воздуха превышает пороговое значение (90%-ную процентиль максимума температуры), и Тп10р — число дней, когда минимальная температура воздуха ниже порогового значения (10%-ного процентиля минимума температуры).
Число морозных, холодных, жарких дней и тропических ночей, а также продолжительность вегетационного периода рассчитаны по данным, полученным за год. Остальные индексы, характеризующие суточные экстремумы, в том числе процентили температуры, получены по данным за месяц, в частности, учитывали максимальные значения температуры в самые теплые месяцы (июль — август), а минимальные — в самые холодные (декабрь — январь).
При экстремально низких значениях температуры в морозные дни людям на открытом воздухе угрожает обморожение, нарушается система эксплуатации зданий и усложняются условия работы техники. При экстремально высоких значениях температуры в длительные жаркие периоды на организм человека воздействуют стрессовые тепловые нагрузки, причем такие периоды обычно сопровождаются отсутствием осадков и угрозой засух.
На рис. 1 представлены геоинформационные карты распределения двух индексов (числа холодных и жарких дней) за 1961—1990 гг. — период, рекомендованный ВМО в качестве базового.
Видно, что наименьшее число холодных дней (<10) на территории Грузии отмечено на Аджарском побережье Черного моря, где абсолютный минимум температуры был не ниже —6...—8°С. На остальной территории Черноморского побережья Грузии и на Колхидской низменности число холодных дней увеличивается до 30, а абсолютный минимум температуры достигает —10...—12°С. В равнинной части Восточной Грузии число холодных дней увеличивается до 50—100, на Южно-Грузинском нагорье — до 200, а в центральной части Большого Кавказа достигает 300. В этих районах абсолютный минимум температуры составляет —16...—26 и —32...—36°С соответственно.
Распределение числа жарких (когда максимальная температура воздуха выше 25°С) и морозных дней имеет противоположный характер. Наибольшее число жарких дней (более 140) отмечается на юге Грузии в районе Нижнее Картли. В Ала-занской долине и в центральной части Колхидской низменности, где абсолютный максимум температуры превышает 40—41°С, жарких дней более 100, на Черноморском побережье их менее 100, на Южно-Грузинском нагорье колеблется в пределах 0—50, а в центральной части Большого Кавказа, где абсолютный максимум температуры опускается ниже 20°С, составляет 0—30.
На Колхидской низменности и в равнинной части Восточной Грузии жарких дней больше, чем холодных, обратная картина отмечается в Пасанаури, на южном склоне Большого Кавказа на высоте около 1100 м над уровнем моря. Равенство числа холодных и жарких дней возможно в низкогорных районах на высоте примерно 700—800 м над уровнем моря.
Рис. 1. Геоинформационные карты распределения числа холодных (а) и жарких (б) дней в течение года за период 1960—1990 гг.
На представленных авторами рисунках рассматривается также территория Абхазии и Южной Осетии (прим. редакции).
О характере пространственного распределения других индексов можно судить по данным табл. 1. Согласно им, морозные дни на Черноморском побережье Грузии и на Колхидской низменности отсутствуют, в равнинных районах Восточной Грузии их число достигает 7, на Южно-Грузинском нагорье увеличивается до 60, в низкогорье Большого Кавказа составляет около 20, а в его высогорной зоне увеличивается до 200.
Продолжительность вегетационного периода на Черноморском побережье Грузии и на Колхидской низменности превышает 350 сут, в Восточной Грузии она несколько уменьшается, на Южно-Грузинском нагорье и в низкогорье Большого Кавказа составляет около 200—220 дней; в высокогорной зоне Большого Кавказа такой период отсутствует. В районе Большого Кавказа и на Южно-Грузинском нагорье отсутствуют также тропические ночи. В Восточной Грузии
Таблица 1
Средние значения некоторых климатических индексов (сут) за период 1961—1990 гг. в разных физико-географических районах Грузии
Район Станция Высота, м над уровнем моря Индекс
ГОО
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.