УДК 551.524.34«!9»(470)
Изменчивость температуры воздуха над западными территориями Роесии и сопредельными странами в XX веке
М. Ю. Бардин»
Исследована структура крупномасштабной изменчивости температуры воздуха над западной частью бывшего СССР (20—80" в. д.) в зимний и летний сезоны. Проанализированы основные тенденции междесятилетних изменений температуры, вымолены черты сходства и различия с изменениями температуры Северного полушария в конце XIX—XX веках: выраженная междесятилетняя изменчивость, наличие общего тренда потепления, особенно заметного после 1970 г., но отсутствие для большей части региона максимума в 1940-е годы. Получены оценки дисперсии и трендов (для периодов с 1886 и 1970 гг.) дм 9 крупных регионов рассматриваемой территории. Проанализирована форма первых ЕОФ температуры: 1-я ЕОФ и летом, и зимой представляет собой колебания средней температуры по рассматриваемой территории, 2-я ЕОФ зимой представляет колебание "север — юг", а летом — "запад — восток". Первые две ЕОФ объясняют 82,3% суммарной дисперсии зимой и 74,5% летом. Исследованы спектральные свойства температурных рядов с использованием обычного быстрого преобразования Фурье, вейвлетного преобразования и сингулярного спектрального анализа. Показано, что типичным для обоих сезонов является квазидвухлетний компонент колебаний температуры (период около 2,5 лет). Для первого главного компонента (ГК) — средней температуры региона — обнаружено выраженное колебание зимой с периодом около 10 лет, в то время как 2-й ГК зимой имеет 20-летнюю составляющую. Показано, что учет при анализе тренда средней температуры региона естественного 10-летнего колебания значительно повышает его статистическую значимость, в частности формально незначимый на фоне естественной изменчивости тренд за период с 1970 г. становится значимым на уровне 2,5%.
1. Введение
В настоящей работе анализируется климатическая изменчивость температуры воздуха в западной части бывшего СССР (20—80° в. д., 43—70° с. ш.). В данной статье термин "изменения климата" понимается как и Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), т. е, как весь спектр климатических вариаций естественного происхождения и потенциально антропогенных с масштабами от сезона и более (в отличие от употребления этого термина в Рамочной конвенции ООН об изменении климата, гае под "изменениями" понимаются только антропогенные изменения).
* Лаборатория комплексного мониторинга Института глобального климата и экологии Росгидромета и Российской академии наук и Института географии Российской академии наук.
Значение такого исследования определяется главным образом необходимостью адекватного анализа региональных климатических трендов и естественных колебаний климата разных временных масштабов по данным инструментальных наблюдений в связи с проблемами выделения антропогенного сигнала на фоне естественной климатической изменчивости и регионального прогноза климата. Исследования изменений климата по данным наблюдений стали одними из важнейших в климатологии задолго до всплеска активности в этой области, связанного с проблемой антропогенного потепления, которая вызвала в последние два десятилетия постоянно растущий поток работ как собственно эмпирического характера, так и работ по сравнению эмпирических данных с результатами климатического моделирования. Перечислим лишь некоторые из наиболее важных работ, в основном отечественных ученых, посвященных естественной климатической изменчивости и антропогенным изменениям климата [2, 3, 5, 8, 14, 25]. Обширная библиография по естественной изменчивости и антропогенным изменениям климата имеется в [1, 20, 21],
Тема эта далеко не является исчерпанной даже для глобального и полу-шарного масштабов; региональный же аспект чрезвычайно богат и представляет обширное поле исследований. Собранные и обработанные за последнее десятилетие массивы данных достаточной длины и пространственного разрешения (числа станций) с улучшенным качеством, данные климатического моделирования, расширившиеся в связи с широким применением персональных ЭВМ нового поколения возможности обработки больших массивов климатических данных с применением разнообразных, в том числе новых для климатологии, методов математического анализа, позволяют получить существенно более полное представление о характере и возможных факторах изменений климата.
В настоящей статье будут рассмотрены достаточно крупномасштабные (исходный масштаб пространственного обобщения примерно 20° долготы х 10° широты) изменения климата с характерным временем от нескольких лет до нескольких десятков лет и столетия в целом. Климатические колебания с периодами около десятилетия (а также нескольних десятков лет) в регионах Северной Атлантики и северной части Тихого океана в последние годы привлекали внимание многочисленных исследователей ([16, 29], см. также обзор [23] с обширной библиографией). В настоящее время нет общепризнанной теории, объясняющей природу таких колебаний; существующие гипотезы первостепенную роль в климатической изменчивости на рассматриваемых масштабах времени отводят взаимодействию океана и атмосферы (либо только океану [18, 23, 24, 29]). Естественно предположить, что крупномасштабные колебания климата в Северной Атлантике вызывают отклик к востоку от нее, в частности в западной части бывшего СССР. Поэтому особое внимание в данной работе уделено изменчивости климата в указанном регионе с временными масштабами около десятилетия.
2. Данные
Использован подготовленный в ИГКЭ массив станционных данных о среднемесячной температуре воздуха на 455 станциях бывшего СССР 6
(описан в [6]), из которого были отобраны станции, расположенные западнее 80° в. д. (всего 262 станции). Наиболее длинные ряды начинаются в архиве с 1886 г. Из 262 отобранных станций для 123 имеются данные с конца XIX века (еще для 50 станций ряды начинаются с первой четверти XX века, а оставшиеся в основном с 1930-х годов). Контроль и коррекция данных выполнялись при комплектации исходного массива, дополнительный контроль не проводился. По исходным данным о среднемесячной температуре были рассчитаны ее среднемесячные аномалии относительно норм за период 1961—1990 гг. Эти аномалии были осреднены по 9 (3 х 3) областям, представляющим собой прямоугольники размером 20° долготы х 9° широты (т. е. по долготе 20—40, 40—60, 60—80° в. и по широте 43—52, 52—61, 61—70° е.), после чего получены ряды средних ереднесе-зонных аномалий температуры воздуха для зимнего (декабрь, январь, февраль) и летнего (июнь, июль, август) периодов для 9 областей (прямоугольников). Освещенность прямоугольников станционными данными для осреднения вполне удовлетворительна: после 1930 г. имеется более 30 станций в каждом из 6 южных и центральных прямоугольников и по 15—20 станций в северных (в конце XIX века — примерно в полтора — два раза меньше).
3. Наблюдаемые изменения температуры воздуха
3.1. Общая характеристика глобальных изменений температуры
Наблюдаемые изменения глобальной температуры у поверхности земли в конце XIX—XX веках, как и весьма сходные с ними изменения температуры Северного полушария, характеризуются несколькими основными чертами [22, 25]:
— рост температуры от весьма низких значений в конце XIX века (условный "конец доиндустриальной эры"), составляющих около -0,25°С, относительно средних за 1961—1990 гг. (для осредненных среднегодовых величин по Северному полушарию) до почти 0,1 °С в 1940-е годы с дальнейшим относительным похолоданием (до -0,1 °С);
— быстрый рост температуры с середины 1970-х годов до настоящего времени (абсолютный максимум (0,58°С) наблюдался в 1998 г.);
— значительные колебания температуры от десятилетия к десятилетию (наиболее выраженные в Северном полушарии зимой);
— региональная неоднородность наблюдаемого глобального потепления (также наиболее выраженная в холодный сезон), описываемая формулой "холодный океан — теплая суша" [31 ], отражающей относительно менее интенсивное потепление над океанами по сравнению с континентами (и даже определенное похолодание в северных частях Атлантики и Тихою океана).
Начавшееся в 1970-е годы потепление в настоящее время большинство исследователей относит к росту естественного парникового эффекта в результате антропогенных выбросов парниковых газов (в основном двуокиси углерода). Наиболее полный междисциплинарный обзор соответствующих исследований осуществлен МГЭИК (первый отчет [20]; новейший — [21]). Следует, однако, отметить существование других точек зрения на
причины наблюдаемого потепления, как антропогенные (изменение альбедо поверхности суши за счет хозяйственной деятельности и т. п.), так и естественные (включая возможность рассматривать потепление как результат накопления случайных флуктуаций, аналогично броуновскому движению [7]). Возможно, часть наблюдаемой зимой "избыточной изменчивости" может быть объяснена взаимодействием океана и атмосферы [31]. Часть зимнего потепления после середины 1980-х годов ряд исследователей связывает с уменьшением содержания озона в нижней стратосфере (см., например, [4]). В соответствии с популярной гипотезой (так называемая "нелинейная парадигма Палмера") антропогенный климатический сигнал, вообще говоря, проявляется в форме изменения частоты некоторых "основных мод" естественной климатической изменчивости, таких как Эль-Ниньо — южное колебание (ЭНЮК), североатлантическое колебание (САК) и др. В последнее время эта гипотеза получила определенное подтверждение [15]. Обнаружены изменения от периода 1951—1970 гг. к 1970—1990 гг. относительной величины основных мод плотности распределения двух первых ЕОФ среднемесячных значений геопотенциала Н500, одна из которых связана с типом "холодный океан — теплая суша", а другая — с так называемым "арктическим колебанием" [27], включающим в себя САК.
Потепление в первой половине столетия с максимумом температуры в 1940-е годы в настоящее время не имеет общепринятого объяснения, однако все имеющиеся гипотезы связывают его с естественными факторами. Пространственная структура этого потепления существенным образ
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.