Введение к работе
Актуальность темы. Одним из характерных признаков происходящего с середины 70-х годов XX века потепления, отмеченных в Четвертом докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, 2007 г.), является существенная пространственная неоднородность в изменении температуры. По данным, приведенным в этом докладе, глобальное потепление климата за период 1906-2005 гг. составило 0,74±0,18С. Основной причиной современного потепления, по мнению МГЭИК, является увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере, хотя находится немало оппонентов этому выводу. Например, Сорохтин О. Г. и др. (2010 г.) считают, что наблюдавшееся в последние десятилетия потепление климата связано только с временным увеличением солнечной активности, тогда как долговременные изменения земного климата направлены на его похолодание и приближение нового ледникового периода.
Понимание истинных причин глобального потепления требует проведения исследований региональных климатов с учетом воздействия различных кли-матообразующих факторов. Отличие в региональных откликах на глобальное потепление выявлено во многих исследованиях. Данные по климатической изменчивости на территории России с выделением европейского и восточного регионов приведены в Оценочном докладе об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (2008 г.). Приведенные в нем оценки линейных трендов среднегодовых температур за 1976-2006 гг. составили 0,43С/10 лет для России, в целом, и 0,32С/10 лет для Западной Сибири. В регионах, расположенных к востоку от Западной Сибири, скорость потепления составила 0,40-0,46С/10 лет. Если учесть, что потепление на европейской территории России составило 0,49С/10 лет, то температурные изменения в Западно-Сибирском регионе оказываются наименьшими в сравнении со всеми другими регионами.
Географическое положение Западно-Сибирской равнины обусловливает переходный характер ее климата между умеренно континентальным климатом Русской равнины и резко континентальным климатом Средней Сибири. Большая протяженность Западной Сибири с севера на юг обусловливает отчетливо выраженную зональность климата и значительные различия климатических условий ее северных и южных частей, связанные с изменением количества солнечной радиации и характером циркуляции воздушных масс, особенно потоков западного переноса. Поэтому исследование изменений климатических величин на территории Западной Сибири, как региона азиатской территории России (АТР), который оказывает существенное влияние на формирование климата Северного полушария, позволяет более подробно отследить динамику климатических характеристик за последние десятилетия.
Цель работы: провести исследование и дать оценки пространственно-временной изменчивости приземной температуры воздуха и атмосферного давления на территории Западной Сибири с 1975 по 2011 гг., а также оценить
влияние на эту изменчивость составляющих теплового баланса земной поверхности и атмосферной циркуляции.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Выявить особенности пространственного распределения и временных изменений приземной температуры и атмосферного давления на территории Западной Сибири в течение 1975-2011 гг. по данным инструментальных наблюдений.
-
Исследовать пространственно-временную изменчивость составляющих теплового баланса земной поверхности в Западно-Сибирском регионе и на азиатской территории России по данным реанализа.
-
Оценить связи составляющих теплового баланса земной поверхности и характеристик атмосферной циркуляции с приземной температурой для территории Западной Сибири.
-
Оценить вклад составляющих теплового баланса земной поверхности и характеристик атмосферной циркуляции в изменчивость приземной температуры в исследуемом регионе с помощью регрессионных моделей по данным реанализа за 1979-2008 гг.
Исходные данные и методы исследования. В работе использовались данные гидрометеорологических наблюдений на 454 станциях, расположенных на азиатской территории России и сопредельных территориях, из них 169 - на территории Западной Сибири. Для получения оценок метеорологических величин и составляющих теплового баланса использовались базы данных реанализов: JRA, NCEP/DOE AMIP-II, CFSR. Для оценки статистической связи между изучаемыми величинами применялся корреляционно-регрессионный анализ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. По результатам анализа данных инструментальных наблюдений за
1975-2011 гг. выявлено, что в Западной Сибири в зимние месяцы в начале
XXI века тренды среднемесячных приземных температур изменились от по
ложительных к отрицательным величинам при положительном изменении
тренда среднемесячного давления. Наблюдаемое согласованное простран
ственное распределение трендов температуры и давления подтверждает раз
витие процессов блокирования переноса теплых юго-западных воздушных
масс и усиление адвекции холодного арктического воздуха.
-
Установлено, что в изменении температурного режима в Западной Сибири доминирующую роль играют атмосферные циркуляционные процессы, описываемые индексом SCAND. С начала XXI века наблюдается смена отрицательной фазы индекса на положительную, которая соответствует развитию процессов блокирования.
-
Изменчивость составляющих теплового баланса описывает до 54% дисперсии температурного поля на территории Западной Сибири в период 1979-2008 гг. Учёт циркуляционных факторов позволяет увеличить долю объясненной дисперсии до 68%.
Научная новизна работы:
1. Для территории Западной Сибири по данным инструментальных
наблюдений проведено исследование пространственно-временной изменчи
вости полей основных климатических величин. Впервые получены оценки
сезонной динамики трендов температуры воздуха и атмосферного давления с
1975 по 2011 гг., при этом установлено уменьшение скорости потепления, а в
зимние месяцы процесс потепления сменился процессом похолодания.
-
Получено, что изменение скорости роста температуры на территории Западной Сибири в зимние месяцы вызвано развитием блокирующих процессов в тропосфере на западе региона. Установлены статистически значимые корреляционные связи между климатическими величинами и составляющими теплового баланса, а также индексами глобальной циркуляции.
-
Впервые построены регрессионные модели, позволяющие описывать изменчивость температуры воздуха на исследуемой территории за период 1979-2008 гг. за счет изменчивости радиационных и циркуляционных факторов.
Научная и практическая значимость результатов работы заключается в возможности их использования для тестирования региональных климатических моделей, а также для мониторинга изменений климатических величин на территории Западной Сибири.
Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена большим объемом анализируемых данных, использованием современных методик сбора и обработки исходных данных, корректным использованием методов регрессионного и спектрального анализов, согласием полученных результатов с выводами других авторов.
Личный вклад автора. Автором при участии руководителя поставлены цели и задачи исследования, произведен отбор методов исследования, разработаны алгоритмы обработки данных. Большая часть расчетов проведена с использованием авторских программ. Основные выводы и результаты получены автором лично и совместно с руководителем данной диссертационной работы.
Апробация основных результатов работы. Результаты исследований докладывались на конференциях как российского, так и международного уровней: Всероссийская молодёжная научная конференция «Актуальные вопросы географии и геоэкологии» (Томск, ТГУ, 2010); Международная конференция «Динамика геосистем и оптимизация природопользования» (Иркутск, ИГ, 2010); International Conference and Young Scientists School on Computational Information Technologies for Environmental Sciences «CITES-2011» (Томск, ИМКЭС, 2011); ESA-iLEAPS-EGU Joint Conference on Earth Observation for Land-Atmosphere Interaction Science (Italy, Rome (Frascati), 2010); Девятое Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу» (Томск, ИМКЭС, 2011); WCRP OSC Climate Research in Service to Society in Denver (USA, Denver, 2011); EGU General Assembly (Austria, Vienna, 2012); 16-я международная конференция молодых ученых «САТЭП-2012» (Звениго-
род, 2012); International radiation symposium «IRS-2012» (Germany, Berlin, 2012); VIII международный симпозиум «Контроль окружающей среды и климата» (Томск, ИМКЭС, 2012); Международная конференция «Климатология и гляциология Сибири» (Томск, ТГУ, 2012);
Публикации. Общее число публикаций 33. Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 20 научных работах, в том числе 5 в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, который включает 131 наименование. В работе содержится 124 страницы текста, 20 рисунков, 18 таблиц.
