Экстремальность климата

Содержание раздела

  1. Современное состояние проблемы.
  2. Индексы экстремальности климата ВМО.
  3. Исследования экстремальности климата для территории Крыма.
  4. Наши публикации.

1. Современное состояние проблемы

Современные изменения климата проявляются в изменении практически всех климатических характеристик, в первую очередь в изменении температуры воздуха и атмосферных осадков.

Изменения климата проявляются в необычных погодных аномалиях отдельных дней, сезонов года и необычно теплых/холодных лет. Эти изменения подтверждаются эмпирическими наблюдениями специалистов — климатологов всего мира. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) опубликовала данные о том, что средняя годовая глобальная температура воздуха выросла на 0,6°С по сравнению с концом XIX века, а ХХ век был вероятно самым теплым за последнюю тысячу лет. С середины 1990-х годов современное потепление климата стало наиболее заметным. Важной чертой современного климатического режима является увеличение повторяемости опасных гидрометеорологических явлений (ОЯ), в том числе экстремально низких и высоких значений температуры воздуха. Один из наиболее неблагоприятных прогнозов последствий глобального потепления – это увеличение частоты и интенсивности опасных гидрометеорологических явлений. Это может повлиять на все сферы человеческой деятельности, поскольку высока степень зависимости отраслей экономики и социальной жизни от современных изменений климата и особенно изменения экстремальности термического режима. Экстремально низкие и высокие значения температуры воздуха уже оказывают и будут оказывать в будущем существенное влияние на сельское хозяйство, на режим работы железнодорожного, автомобильного и водного транспорта, водный режим, пожароопасность, наводнения, режим эксплуатации зданий и сооружений, продолжительность отопительного периода, а также на природные морские и наземные экосистемы.

Увеличение пороговых значений экстремумов температуры воздуха и числа случаев их возникновения может привести к возрастанию рисков экономических потерь и угрозы жизни и здоровью населения.

В связи с актуальностью проблемы существует обширная библиография, посвященная исследованию термического режима регионов с разными природно-климатическими условиями, в том числе экстремальности температурного режима [Груза и др., Метеорология и гидрология, 2007; Груза, Ранькова, Метеорология и гидрология, 2004; Alexander et al., 2006; Caesar, Alexander, J. Geophys. Res., 2006; Brohan et al., J. Geophys. Res. 2006], а также Интернет-ресурсы по изменению климата (ИГКЭ: http://climatechange.su; ВНИИГМИ-МЦД http://www.meteo.ru/climate_var и др.). В последние годы подготовлены подробные Доклады и Обзоры Росгидромета (Доклады об особенностях климата, 2002-2015; Оценочный доклад, 2009) и IPCC (1996; 2001; 2007).

Исследования показали, что происходит увеличение годовой повторяемости теплых (уменьшение минимальных значений температуры воздуха) и одновременное уменьшение числа холодных ночей для 70% территории Земли [Alexander et al., J. Geophys. Res., 2006]. Для территории Европы, России, Украины за последние 60-70 лет отмечается повышение максимальных и минимальных за сутки температур воздуха в холодный период года [Caesar, Alexander, J. Geophys. Res., 2006; Евстигнеев и др., Метеорология и гидрология, 2015], а также увеличение повторяемости волн тепла [Perkins et al., J. Geophys. Res., 2012; Stefanon et al., Environ. Res. Lett., 2012]. При этом за небольшим исключением, рассматриваются особенности отдельных регионов и теплого или холодного периода года.

2. Индексы экстремальности климата ВМО

Список основных климатических индексов.

IDIndicator nameОписание индексаUNITS
FD0 Морозные дни Годовое количество дней, когда минимальная суточная температура TN<0ºC Кол-во дней
SU25 Летние дни Годовое количество дней, когда максимальная суточная температура TX>25ºC Кол-во дней
ID0 Дни со льдомГодовое количество дней, когда максимальная суточная температура TX<0ºCКол-во дней
TR20 Тропические ночи Годовое количество дней, когда минимальная суточная температура TN>20ºC Кол-во дней
GSL Продолжительность вегетационного периода Годовое (с 1-го Января по 31-ое Декабря в северном полушарии, с 1-го Июля по 30-ое Июня в южном полушарии) количество дней между первым переходом с суточной средней TG>5ºC (считается устойчивый переход длительностью в 6 дней) и первым переходом после 1-го Июля (1-го Января в ю.п.) TG<5ºC (считается устойчивый переход длительностью в 6 дней) Кол-во дней
TXx Максимум из максимальных температур Максимальные месячные значения из максимальных суточных температур ºC
TNx Максимум из минимальных температур Максимальные месячные значения из минимальных суточных температур ºC
TXn Минимум из максимальных температур Минимальные месячные значения из максимальных суточных температур ºC
TNn Минимум из минимальных температур Минимальные месячные значения из минимальных суточных температур ºC
TN10p Холодные ночи Количество дней, когда TN<10-го процентиля Кол-во дней
TX10p Холодные дни Количество дней, когда TX<10-го процентиля Кол-во дней
TN90p Теплые ночи Количество дней, когда TN>90-го процентиля Кол-во дней
TX90p Теплые дни Количество дней, когда TX>90-го процентиля Кол-во дней
WSDI Индекс продолжительности теплого периода Годовое количество дней (хотя бы 6 дней подряд), когда TX>90-го процентиля Кол-во дней
CSDI Индекс продолжительности холодного периода Годовое количество дней (хотя бы 6 дней подряд), когда TN<10-го процентиля Кол-во дней
DTR Суточная разность температур Среднемесячная разность между TX и TN ºC
RX1day Однодневный максимум осадков Месячный максимум осадков за 1 день Mm
Rx5day Пятидневный максимум осадков Месячный максимум осадков за 5 последующих дней Mm
SDII Простой суточный индекс интенсивности Годовые суммы осадков, деленные на количество дней с осадками (определяется как PRCP>=1.0mm) за год Mm/day
R10 Количество дней с сильными осадками Годовое количество дней, когда PRCP>=10mm Кол-во дней
R20 Количество дней с очень сильными осадками Годовое количество дней, когда PRCP>=20mm Кол-во дней
Rnn Количество дней с осадками выше nn mm Годовое количество дней, когда PRCP>=nn mm, nn – нужное значение количества осадков (задается) Кол-во дней
CDD Последовательные сухие дни Максимальное количество последовательных дней, когда RR<1mm Кол-во дней
CWD Последовательные влажные дни Максимальное количество последовательных дней, когда RR>=1mm Кол-во дней
R95p Очень влажные дни Годовые суммы осадков, когда RR>95-го процентиля Mm
R99p Экстремально влажные дни Годовые суммы осадков, когда RR>99-го процентиля mm
PRCPTOT Годовая сумма дней с осадками (влажных дней) Годовая сумма осадков (RR>=1mm) mm

3. Исследования экстремальности климата для территории Крыма

В последние годы исследования климата Азово-Черноморского региона позволили получить следующие важные результаты:

— выполнен анализ пространственно-временной структуры рядов температуры воздуха и параметров температурного режима зимнего сезона северо-запада ЕТР и Крыма с использованием стандартных и робастных методов описательной статистики; предложены и апробированы эмпирико-статистические модели распределения температур в экстремальной области с учетом нестационарности временных рядов для выбранных метеорологических станций северо-запада ЕТР и Азово-Черноморского побережья. 
— выделены периоды потеплений и похолоданий ХХ века в Азово-Черноморском регионе. Также проведен анализ сезонного распределения линейных трендов температуры воздуха на побережье Черного и Азовского морей за период 1936-2010 гг. с использованием метода квантильной регрессии. Рассмотрены такие температурные характеристики как средние, медианные месячные температуры, а также 10% и 90% квантили среднесуточных температур для характеристики изменения режима низких и высоких температурных аномалий. Показано, что помимо общих для всех пунктов наблюдений тенденций, в распределении температурных трендов важную роль играют локальные особенности и физико-географическое положение пунктов наблюдения;
— выполнен анализ пространственно-временных закономерностей изменения характеристик режима температуры воздуха и увлажнения (атмосферных осадков, влажности почвы, испарения), центров действия атмосферы и индекса NAO, за период инструментальных наблюдений;
— выполнена оценка пространственно-временных характеристик макроциркуляционных процессов (индексы САК и Вангенгейма-Гирса) и температуры поверхности Северной Атлантики с выделением типовых структур барических полей, их согласованности с возникновением опасных метеорологических явлений и ледовых явлений Азовского, Черного морей и Ладожского озера.
— предложены подходы для создания региональной эмпирико-статистического модели термических среднеклиматических условий и температурных аномалий для северо-запада ЕТР и Азово-Черноморского побережья.
— исследована связь аномалий среднемесячной температуры воздуха с модами телеконнекции (NAO, AO, EA, EA/WR, SCAND).
— разработана концепция прогнозирования и прогноз возможных изменений термического режима холодного периода года и экстремальных гидрометеорологических явлений на основе региональной эмпирико-статистической модели и выбранных достоверных МОЦАО и соответствующих сценариев МГЭИК для отдельных регионов России.

4. Наши публикации

1. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П., Лемешко Н.А. Физико-географический фактор сезонного распределения линейных трендов температуры воздуха на примере Азово-Черноморского побережья // Метеорология и гидрология. – 2016. – №1. – С.29-40 (http://www.mig-journal.ru/archive?id=4075).

2. Polonsky A., Evstigneev V., Naumova V., Voskresenskaya E. Low-frequency variability of storms in the northern Black sea and associated processes in the ocean-atmosphere system // Reg. Environ. Change. –2014. – Vol.14, No.5. – P.1861-1871, doi: 10.1007/s10113-013-0546-z (http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10113-013-0546-z).

3. Евстигнеев В.П., Евстигнеев М.П., Кульбида Н.И., Наумова В.А., Швень Н.И., Мосунова Е.А. Создание унифицированной базы метеорологических данных Украины // Труды ВНИИГМИ-МЦД. – 2014. –Вып.178. – 175-184. (DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAGE_FILE_DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/geoinf_20
14_2_7.pdf» target=»_blank» rel=»noreferrer noopener» aria-label=»http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?C21COM=2&I21
DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAGE_FILE_DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/geoinf_20
14_2_7.pdf (откроется в новой вкладке)»>http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?C21COM=2&I21<br>DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAGE_FILE_DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/geoinf_20<br>14_2_7.pdf
)

6. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П. Поиск и устранение неоднородностей в рядах наблюдений как необходимый этап обработки и анализа гидрометеорологических данных // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. –2013. –Вып.27. –С.169-173. (http://uhmi.org.ua/pub/np/260/Naumova_Evstigneev_et_al_260.pdf)

8. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П. Исследование статистических характеристик экстремального волнения в прибрежной зоне Черного моря по данным наблюдений морской береговой сети Государственной гидрометеорологической службы Украины // Геоинформатика. –2011. –№3. – С.1-8. (https://www.rgo.ru/sites/default/files/upload/sbornik_no133.pdf).

11. Пальцева Е.С., Угрюмов А.И., Федосеева Н.В. Многолетняя динамика Исландской депрессии и формирование короткопериодных колебаний климата на Северо-Западе России // Ученые записки РГГМУ. – 2013. – № 29. – С.100-109. (https://elibrary.ru/item.asp?id=23340955&)

12. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П. Поиск и устранение неоднородностей в рядах наблюдений как необходимый этап обработки и анализа гидрометеорологических данных // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. –2013. –Вып.27. –С.169-173. (https://elibrary.ru/item.asp?id=25006571)

13. Lemeshko N. The experience of applying paleoclimate scenarios to estimate future hydrological regime (Caspian Sea as a case study). Proceedings of the Second Plenary Conference IGCP 610
«From the Caspian to Mediterranean». 2014. http://www.avalon-institute.org/IGCP610/pdf

14. Evstigneev V., Naumova V., Evstigneev M., Lemeshko N. Characteristics of heat and cold waves in Ukraine and North-Western part of Russia and its long-term variability // Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-974, 2014. (http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2014/EGU2014-974.pdf) 15. Evstigneev V.P., Naumova V.A., Lemeshko, N.A., Lubkov A.S. Heat and Cold Waves Dynamics in European Part of Russia // International Geographical Union (IGU) Regional Conference, 17-21 August 2015, Moscow, 2015. – P.1294.