Введение к работе
Актуальность темы. Изучение особенностей региональных климатических изменений, происходящих на фоне глобального потепления климата, является приоритетным направлением исследований современных международных проектов, многочисленных национальных и региональных программ (CLIVAR, IGBP, MEDCLIVAR и др.). Важное место при этом отводится исследованию изменений повторяемости и интенсивности экстремальных погодных явлений, в том числе и экстремальных осадков, поскольку они зачастую приводят к серьезным экономическим, экологическим и людским потерям. Для территории Украины такие исследования особенно актуальны: только в последнее десятилетие ущерб от наводнений превысил 1 млрд. евро. Свидетельством повышенного интереса к глобальному потеплению и его последствиям стало принятие в Киото Рамочной Конвенции по изменению климата и ее ратификация Украиной. При этом наша страна взяла на себя некоторые обязательства по повышению эффективности научных исследований региональных изменений климата и оценке экологических и социально-экономических последствий глобального потепления.
По последним оценкам группы экспертов IPCC в результате глобальных и региональных изменений климата в целом ожидается значимое увеличение повторяемости экстремальных событий, в том числе и осадков. Накопленные к настоящему времени архивы долговременных наблюдений, разные типы ре-анализа и численные модельные расчеты гидрометеорологических параметров дают возможность изучать общие закономерности пространственно-временной изменчивости экстремальных осадков на территории Украины, обусловленные как естественными, так и антропогенными факторами за исторический период наблюдений и рассчитывать проекции их возможных будущих изменений.
Настоящая работа посвящена исследованию характеристик экстремальных осадков с конца XIX до начала XXI вв. и их климатических изменений на территории Украины к середине и концу XXI века. При этом за экстремальные осадки приняты случаи превышения суточных сумм осадков 90, 95 и 99 процентилей (относительные пороги) и случаи, когда суточные суммы осадков превышали 10, 20 и 30 мм (абсолютные пороги). Под неравномерностью осадков понимается вклад экстремальных осадков в их общее количество (концентрация осадков).
Изучение закономерностей долгопериодной изменчивости экстремальных осадков на территории Украины направлено на развитие долгосрочных прогнозов. В то же время такие исследования важны для последующего решения многих прикладных задач, в частности перспективного планирования регионального экономического развития.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами основных научных исследований Морского гидрофизического института Национальной Академии Наук Украины в рамках научно-исследовательских программ и проектов Национальной Академии Наук Украины и международных грантов:
тема HAH Украины «Фундаментальные и прикладные физико-климатические исследования морской среды и климатической системы океан-атмосфера» (шифр «Климат»), ГР № 0106U001406, 2006 - 2010 г., исполнитель;
тема НАН Украины «Мониторинг Азово-Черноморского бассейна и природных катастроф» (шифр «Мониторинговые системы»), ГР № 0107U001160, 2007 - 2011 гг., исполнитель;
тема НАН Украины «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, которые определяют функционирование и эволюцию экосистем Черного и Азовского морей на основе современных методов контроля состояния морской среды и гридтехнологий» (шифр «Фундаментальная океанология»), ГР № 011Ш001420, 2011 -2015 гг., исполнитель;
тема НАН Украины «Научное обоснование наращивания запасов полезных ископаемых и природных ресурсов в прибрежной зоне Азово-Черноморского бассейна» (шифр «Ресурс»), ГР № 0112U001731, 2012 - 2016 гг., исполнитель;
проект Бюджетной организации «Национальный центр учета выбросов парниковых газов» «Исследования направленности и интенсивности эрозионных процессов в береговой зоне Черного и Азовского морей в связи с изменением климата» (шифр «ЭРБЕР»), ГР № 0112U007449, 2012-2013 гг., исполнитель, ученый секретарь;
проект Бюджетной организации «Национальный центр учета выбросов парниковых газов» «Проведение пространственной оценки степени благоприятности будущих климатических условий для продуктивности основных зерновых культур и лесных насаждений» (шифр «АГРО»), ГР № 0113TJ001324,,2012 - 2013 гг., исполнитель, ученый секретарь;
международный проект в рамках фанта FP - 7: Collaborative Project "THESEUS", Grant Agreement № 244104,2009 - 2013 гг., исполнитель.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является исследование характеристик экстремальных осадков и их климатических особенностей на территории Украины на основе данных наблюдений в исторический период и прогностических модельных расчетов на XXI в.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и успешно решены следующие задачи:
-
по данным наблюдений суточных сумм осадков на гидрометеорологических станциях Украины в период с конца XIX в. по настоящее время и результатам модельных прогностических расчетов на XX-XXI вв. получить массивы характеристик аномальности осадков;
-
изучить распределение неравномерности осадков и ее трендов на территории Украины;
-
изучить распределение экстремальных осадков и их трендов на территории Украины;
-
выявить закономерности влияния глобальных процессов в системе океан-атмосфера межгодового и междесятилетнего масштаба на неравномерность осадков;
-
получить проекции характеристик экстремальных осадков на территории Украины на средне- и долгосрочную перспективу XXI века на основе результа-
тов численных расчетов глобальных климатических моделей поколения
СМІР5.
Объектом исследования являются экстремальные осадки.
Предметом исследования является пространственное распределение характеристик экстремальных осадков на территории Украины.
Использованные материалы и методы исследования. В диссертационной работе использованы стандартные данные наблюдений за осадками на 28 гидрометеорологических станциях Украины за период с конца XIX - по начало XXI вв.; массивы среднемесячных индексов Североатлантического колебания (САК), Тихоокеанской декадной осцилляции (ТДО) и Атлантической мультидекадной осцилляции (АМО); результаты численных расчетов суточных осадков глобальных климатических моделей поколения СМ1Р5.
Неравномерность осадков исследовалась с помощью индекса концентрации (СІ), впервые примененным испанским климатологом J. Martin-Vide (2004). Экстремальные осадки выделялись и изучались с помощью индексов экстремальных осадков. Анализ климатических величин и изменчивости осадков проводился с использованием методов математической статистики: спектрального, корреляционного, регрессионного и композитного анализа.
Научная новизна полученных результатов.
1. Впервые с использованием метода, основанного на расчете индекса Джини
(индекса концентрации суточных сумм осадков), получено, что на территории Ук
раины неравномерность осадков усиливается в южном направлении с наибольшими
градиентами с северо-востока и северо-запада, а ее линейный тренд за период 1951
- 2005 гг. на большей части территории Украины имеет отрицательный знак во все
сезоны года.
-
Показано, что максимальные значения зимних экстремальных осадков характерны для побережья Черного моря, а минимальные - для северо-запада Украины. Летом уровень экстремальных осадков изменяется незначительно. Линейные тренды повторяемости экстремальных осадков рассчитанных по процентильным и абсолютным порогам имеют преимущественно отрицательный знак для зимнего сезона и положительный для летнего.
-
Показано, что отрицательная фаза Североатлантического колебания, отрицательная фаза Тихоокеанской декадной осцилляции и положительная фаза Атлантической мультидекадной осцилляции сопровождаются увеличением неравномерности осадков в зимний сезон, что обусловлено соответствующими смещениями траекторий циклонов.
-
Получено, что к середине XXI в. в целом по Украине ожидается повышение уровня экстремальных осадков относительно современных величин. К концу XXI в. эта тенденция сохранится, но с меньшими величинами. При этом в Полесье и лесостепи их возможные изменения незначительны, и максимальный вклад внесут изменения в степной зоне. Для летнего сезона вероятно увеличение количества экстремальных осадков в 2 раза и более.
Практическое значение полученных результатов. Полученные оценки климатических величин параметров экстремальных осадков, их тренды и закономерно-
ста изменчивости на межгодовом, десятилетнем и междесятилетнем масштабах будут использованы для усовершенствования учебных курсов географического и гидрометеорологического профиля в ВУЗах Украины. Полученные результаты имеют практическое значение для сельскохозяйственного комплекса для оценки режима влажности, для предотвращения потерь из-за экстремальных осадков или длительных засух. Полученные результаты могут быть использованы для подготовки практических рекомендаций заинтересованным ведомствам и организациям, в частности для рационального использования рекреационного потенциала Черного моря.
Личный вклад соискателя. Соискателем совместно с научным руководителем проводилась постановка задач, обсуждение основных результатов и формулировка выводов. Основные работы по теме диссертации опубликованы в соавторстве. Конкретный вклад соискателя заключался в следующем:
в работах [I, 12, 13] по исследованию изменчивости неравномерности осадков на фоне глобальных климатических процессов в системе океан-атмосфера, опубликованных в соавторстве с Воскресенской Е.Н. и Полонским А.Б., соискательница проводила все расчетные и графические работы по изменчивости неравномерности осадков, участвовала в формулировке выводов;
в работах [2, 5, 14, 15] по исследованию пространственно-временного распределения экстремальных осадков на территории Украины, опубликованных в соавторстве с Воскресенской Е.Н., соискательница проводила подготовку и выборку гидрометеоданных наблюдений, проводила расчеты и графические работы, участвовала в формулировке выводов;
в работах [3, 4, 9, 10] по исследованию неравномерности осадков на территории Украины, опубликованных в соавторстве с Воскресенской Е.Н., диссертантом проведены все расчетные и графические работы. Формулировка выводов выполнялось совместно с научным руководителем;
в работах [6, 8, 11] по исследованию изменчивости неравномерности осадков в связи с глобальными процессами в системе океан-атмосфера в прибрежной зоне Черного моря, опубликованных в соавторстве с Воскресенской Е.Н., соискательница проводила все расчетные и графические работы, принимала участие в формулировке выводов;
в работе [7] по оценке возможных изменений уровня экстремальных осадков на территории Украины в XXI веке, опубликованной в соавторстве с Воскресенской Е.Н., Юровским А.В. и Дунаевской Е.В., соискательница занималась подготовкой массивов данных, участвовала в расчетах, статистическом анализе исследуемого параметра и формулировке выводов.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, представленные в диссертации, докладывались на семинарах МГИ НАН Украины. Кроме этого, результаты исследований докладывались на следующих международных конференциях:
1. Международный научно-технический семинар «Системы контроля окружающей среды - 2011», 24 - 28 сентября 2011, Севастополь, Украина;
-
Международная научная конференция, посвященная 150-летию Н.М. Книпо-вича «Экологическая безопасность приморских регионов», 5-8 июня 2012, Ростов-на-Дону, Россия;
-
Украинско-американский семинар «Методы прогнозирования оценок влияния климатических изменений на катастрофические паводки», 15 августа 2012,
Киев;
-
12th European Meteorological Society Annual Meeting & 9th European Conference on Applied Climatology (ECAC), 10-14 September 2012, Lodz, Poland;
-
Международная конференция «Риски природных катастроф и методы минимизации их негативных последствий», 19-22 сентября 2012, Севастополь;
-
Международный научно-технический семинар «Системы контроля окружающей среды - 2012», 24-28 сентября 2012, Севастополь;
-
Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2013», 25 апреля 2013, Севастополь;
-
13th European Meteorological Society Annual Meeting & 11th European Conference on Applications of Meteorology (ECAM), 9-13 September 2013, Reading, United Kingdom;
-
Международная научная конференция «Интегрированная система мониторинга Черного и Азовского морей», 24-27 сентября 2013, Севастополь;
lO.The 4th Bi-annual Black Sea Scientific conference, 28-31 October 2013, Constanta,
Romania.
Публикации. Основные результаты диссертации представлены в 15 научных работах, 7 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных МОН Украины: 3 статьи в периодических научных журналах, 4 статьи в сборниках научных трудов; 8 публикаций составляют статьи в сборниках тезисов докладов научных конференций.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Она содержит 195 страниц печатного текста, в том числе 63 рисунков и 13 таблиц. Список использованных литературных источников из 247 наименований насчитывает 29 страниц. Приложения занимают 15 страниц.
