ОСОБЕННОСТИ АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ НАД ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИЕЙ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ 20 ВЕКА - НАЧАЛЕ 21 ВЕКА
Владимир (Corvus) Бровкин, www.meteocenter.net
Общеизвестным фактом является существенное повышение ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА в последние десятилетия во многих регионах земного шара и, в частности, на Европейской территории РОССИИ (ЕТР). В настоящей работе мы пытаемся прояснить, в какой мере наблюдаемое в ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ потепление связано с крупномасштабной долговременной тенденцией изменения КЛИМАТА (так называемым "ГЛОБАЛЬНЫМ ПОТЕПЛЕНИЕМ"), и в какой степени определяется естественными колебаниями КЛИМАТА РОССИИ с периодом в несколько десятилетий.
Общеизвестным фактом является существенное повышение температуры воздуха в последние десятилетия во многих регионах земного шара и, в частности, на Европейской территории России (ЕТР). Наиболее сильно это повышение проявляется в зимние месяцы года, что привело к существенному смягчению зим конца 20 века - начала 21 века по сравнению с зимами первой половины и середины 20 века. Данный факт иллюстируется следующими таблицами.
| Москва (ВВЦ) | ||||
| Январь | Апрель | Июль | Октябрь | |
| Норма среднемесячной Т 1961-1990 | -9,2 | +5,8 | +18,2 | +5,0 |
| Факт. среднемесячная Т 1994-2004 | -5,9 | +7,5 | +19,9 | +5,4 |
| Аномалия среднемесячной Т 1994-2004 | +3,3 | +1,7 | +1,7 | +0,4 |
| Саратов | ||||
| Январь | Апрель | Июль | Октябрь | |
| Норма среднемесячной Т 1961-1990 | -9,9 | +7,9 | +22,0 | +6,1 |
| Факт. среднемесячная Т 1994-2004 | -7,7 | +8,4 | +22,6 | +6,9 |
| Аномалия среднемесячной Т 1994-2004 | +2,2 | +0,5 | +0,6 | +0,8 |
| Ростов-на-Дону | ||||
| Январь | Апрель | Июль | Октябрь | |
| Норма среднемесячной Т 1961-1990 | -4,7 | +10,7 | +23,1 | +9,2 |
| Факт. среднемесячная Т 1994-2004 | -2,3 | +11,2 | +24,9 | +9,9 |
| Аномалия среднемесячной Т 1994-2004 | +2,4 | +0,5 | +1,7 | +0,7 |
| Астрахань | ||||
| Январь | Апрель | Июль | Октябрь | |
| Норма среднемесячной Т 1961-1990 | -5,5 | +11,1 | +25,2 | +9,2 |
| Факт. среднемесячная Т 1994-2004 | -3,4 | +11,6 | +26,0 | +10,7 |
| Аномалия среднемесячной Т 1994-2004 | +2,1 | +0,5 | +0,8 | +1,5 |
| Аральск | ||||
| Январь | Апрель | Июль | Октябрь | |
| Норма среднемесячной Т 1961-1990 | -12,0 | +9,9 | +27,1 | +7,5 |
| Факт. среднемесячная Т 1994-2004 | -10,6 | +11,5 | +27,2 | +9,2 |
| Аномалия среднемесячной Т 1994-2004 | +1,4 | +1,6 | +0,1 | +1,7 |
Как видно из таблиц, в Москве аномалия температуры за последнее десятилетие примерно на 1° выше, чем в других пунктах. Вероятно, это связано с растущим урбаногенным воздействием на московский мезоклимат (город постепенно становится всё более "тёплым" по отношению к окрестностям, что неоднократно упоминалось в литературе; такой эффект - "остров тепла" - присущ многим большим городам во всём мире).
В настоящей работе мы пытаемся прояснить, в какой мере наблюдаемое на ЕТР потепление связано с глобальной долговременной тенденцией изменения климата, и в какой степени определяется естественными колебаниями климата с периодом в несколько десятилетий. Колебания последнего типа принято связывать с определёнными особенностями атмосферной циркуляции, проявляющих себя в смене так называемых циркуляционных эпох. Остановимся на этом несколько подробнее.
В метеорологической литературе бытуют два значения термина "циркуляционная эпоха" [1]:
1. По Б.Л.Дзерзеевскому - период длительностью в 20-35 лет, характеризующийся превышением над нормой повторяемости либо зональных, либо меридиональных типов циркуляции (элементарных циркуляционных механизмов) в Северном полушарии.
2. По Г.Я. Вангенгейму и А.А. Гирсу - сходный период продолжительностью 10 лет и более, характеризующийся превышением над нормой повторяемости элементарных синоптических процессов одной или двух из форм З, Ц и В над атлантико-европейским сектором Северного полушария.
На наш взгляд, более правильной является вторая формулировка : как известно из практики, отностительно холодные (тёплые) и сухие (влажные) годы группируются
в периоды продолжительностью именно порядка чуть более 10 лет. То есть при первом подходе, по существу, смешиваются в единое целое сразу две-три различных эпохи, что огрубляет общую картину и не позволяет сделать детальных выводов.
Мы считаем, что в качестве продолжительности циркуляционной эпохи
следует принять фиксированное значение - 12 лет. Как известно, солнечная активность (опосредованно влияющая на атмосферные процессы на Земле)
колеблется с периодами 11 и 13 лет, кроме того, 12-летняя цикличность в жизнедеятельности природы издревле подмечена многими народами планеты и нашла отражение в 12-летнем цикле "восточного календаря", что в свою очередь соответствует 12-летнему циклу обращения Юпитера (самой крупной планеты Солнечной системы) вокруг Солнца.
Что же касается форм циркуляции, то они представляют из себя следующее:
З - зональная (широтная) форма : высотные гребни и ложбины слабо выражены, перемещение циклонов и антициклонов происходит в целом с запада на восток (что, впрочем, не исключает блокирующие процессы - длительное существование обширного антициклона над определённым регионом, и связанные с ним сильные морозы зимой и жару летом);
Ц - меридиональная форма циркуляции, характеризуемая высотным гребнем над центром Европейского материка (примерно на долготе Киева - Минска); пути циклонов проходят с Балкан на Балтику и север ЕТР, а со Скандинавии - на Урал;
тёплая погода наиболее вероятна в Восточной Европе, центре ЕТР, Украине,
холодная - на Урале, в Казахстане и в ряде случаев в Западной Европе;
В - меридиональная форма циркуляции, характеризуемая высотным гребнем над востоком Европейского материка (примерно на долготе Самары - Уфы), ещё один гребень возможен над Западной Европой; пути циклонов проходят с Чёрного моря на центр ЕТР и Верхнюю Волгу, а с севера ЕТР через Северный Урал на Зап. Сибирь и Восточный Казахстан; тёплая погода наиболее вероятна в Поволжье, на Урале, в Казахстане, а также в Зап. Европе, холодная - на западе ЕТ СНГ и в зарубежной Восточной Европе.
Форма циркуляции З в "чистом" виде встречается редко; гораздо чаще она комбинируется с меридиональными формами циркуляции, образуя так называемые "смешанные" эпохи циркуляции : З+Ц и З+В.
Разумеется, говоря об эпохах циркуляции, не следует понимать буквально, что в течение 12 лет погода будет строго соответствовать данной форме циркуляции. Речь идёт лишь о некотором преобладании повторяемости данной формы над другими, тем не менее приводящем в конечном итоге к той или иной аномальности погоды в данном регионе на протяжении этих 12 лет.
Рассмотрим теперь особенности атмосферной циркуляции над ЕТР во второй половине 20 века - начале 21 века. Обычно для определения форм циркуляции используется большой объём синоптических карт, это очень трудоёмкий процесс. Мы предлагаем простой метод, позволяющий грубо, но быстро оценить форму циркуляции.
Метод основан на статистическом анализе полей аномалий (отклонения от нормы)
средней максимальной температуры воздуха. На исследуемой территории (ЕТР)
выбираем четыре географические точки, так, чтобы они образовали на плане (приблизительно) квадрат. Нами выбраны геоточки: Москва(М), Казань (К), Ростов-на-Дону (Р), Астрахань (А). Показателем интенсивности зональной (широтной) атмосферной циркуляции будет |ТанК - ТанА| или |ТанМ - ТанР| , в среднем :
Из = 0.5*(|ТанК - ТанА| + |ТанМ - ТанР|)
То есть чем больше разность аномалий Т в пунктах, лежащих на одной долготе, тем сильнее широтная циркуляция. Аналогично, показателем интенсивности меридиональной атмосферной циркуляции будет |ТанК - ТанМ| или |ТанА - ТанР| , в среднем :
Им = 0.5*(|ТанК - ТанМ| + |ТанА - ТанР|)
То есть чем больше разность аномалий Т в пунктах, лежащих на одной широте, тем сильнее меридиональная циркуляция.
Таким образом, форма циркуляции определяется как
Иц = Им/Из
При
Иц показан на рисунке 1 (тонкая синия линия), помимо этого (для удобства разделения эпох) было вычислено
|
Анализируя ход Иц, мы сразу выделили зональную эпоху : 1960-71 гг. (жёлтый цвет) с очень низкими значениями Иц. Бросаются в глаза также очень высокие значения Иц в 1949-59 гг. и начиная с 1996 года - это меридиональные эпохи (синий цвет). Периоды 1972-83 гг. (тёмно-зелёный цвет) и 1984-95 гг. (светло-зелеёный цвет) относятся к смешанным эпохам. Для решения вопроса о более точной идентификации эпох мы обратились к архивным метеорологическим данным и отметили на графике суровые зимы (с аномалией средней Т хотя бы в один зимний месяц -5° и ниже; при этом зима отнесена к году декабря, то есть например зима 1968/69 гг. на графике отнесена к 1968 г.) синими квадратиками, а жаркие лета (с аномалией средней Т хотя бы в один летний месяц +3° и выше) - красными, по строчкам (сверху вниз) : Псков, Москва, Самара, Оренбург.
С учётом вышеописанных особенностей распределения погоды в различные циркуляционные эпохи, получаем:
1948-59 гг. - эпоха Ц
1960-71 гг. - эпоха З
1972-83 гг. - эпоха З+Ц
1984-95 гг. - эпоха З+В
1996-2007 гг. - эпоха В (поскольку с 1996 года преобладают тёплые зимы в Казахстане, жаркие лета в Поволжье и на Урале).
Как видно из графика, в 2004 году наметился заметный спад Иц, свидетельствующий о скором окончании эпохи В. По нашему мнению, она сменится в 2008 году широтной эпохой З, то есть сейчас циркуляционная ситуация схожа с наблюдавшейся в 1956-57 годах. В ближайшие год-два ещё возможен всплеск меридиональной циркуляции, подобно 1959 году (с той разницей, что поскольку сейчас эпоха В, а не Ц, это приведёт к суровой зиме на западе ЕТР и жаркому лету на востоке ЕТР), после чего меридиональность окончательно угаснет.
Поскольку нынешнее потепление больше всего проявляется зимой, интересно проанализировать ход температуры зимнего сезона за последние десятилетия. На рисунке 2 представлена средняя зимняя температура воздуха СЗТВ (декабрь, январь, февраль; при этом зима отнесена к году января, то есть, например, зима 1968/69 гг. на графике представлена как 1969) в Москве за период 1880-2004 гг. по объединённому ряду наблюдений на станциях ТСХА и ВВЦ (синяя линия) и 6-летнее скользящее среднее (соответствующее половине длительности одной эпохи циркуляции) от средней зимней температуры (жирная чёрная линия).
|
Средняя зимняя температура в Москве по эпохам циркуляции составляет:
1948-59 гг. -7.6° (эпоха Ц)
1960-71 гг. -9.0° (эпоха З)
1972-83 гг. -7.8° (эпоха З+Ц)
1984-95 гг. -6.3° (эпоха З+В)
Интересующий нас период (1960-71 гг., эпоха З), аналогично которому будет развиваться циркуляционная ситуация в 2008-2019 годах, характеризуется существенным отрицательным трендом СЗТВ от года к году. При этом в целом за эпоху СЗТВ на полтора градуса ниже, чем в предшествующую (меридиональную) эпоху, тёплые зимы локализованы в первые два года эпохи и в самом её конце, большая же часть зим характеризуется СЗТВ ниже нормы. При оценке зимних температур в грядущую эпоху следует учесть, что в нынешнюю меридиональную эпоху преобладающей СЗТВ является значение -6°, что на 2° выше, чем в эпоху 1948-59 гг. (-8°), по-видимому это - суммарное проявление урбаногенного воздействия (примерно 1°) и долгопериодного колебания климата (ещё около 1°), представленного в настоящее время фазой роста температуры. Таким образом, тёплые зимы (СЗТВ около -4°) вероятны в 2008-2009 гг. и в 2019 году, остальные зимы предстоящей эпохи, скорее всего, будут холодными (СЗТВ -8...-13°). В целом за 2008-2019 гг. СЗТВ в Москве составит примерно -7,5°, средняя аномалия температуры - порядка полутора градусов (тогда как сейчас она превышает 3°).
Рассмотрим особенности термического режима в зональную эпоху 1960-71 гг. в других регионах.
| Средняя сезонная аномалия температуры воздуха за 1960-71 гг. | ||
| Зима | Лето | |
| Архангельск | -0,2 | -0,3 | Санкт-Петербург | -0,6 | +0,2 | Ижевск | -0,5 | -0,3 | Ростов-на-Дону | 0,0 | +0,3 | Астрахань | +0,2 | +0,1 | Аральск | +0,3 | -1,5 |
| Распределение аномалий среднемесячной температуры воздуха за 1960-71 гг. (число месяцев) | ||||||
| Зима | Лето | |||||
| ≤-3° | -2.9...+2.9° | ≥+3° | ≤-3° | -2.9...+2.9° | ≥+3° | |
| Архангельск | 10 | 17 | 9 | 3 | 30 | 3 |
| Санкт-Петербург | 6 | 24 | 6 | 1 | 34 | 1 |
| Ижевск | 7 | 25 | 4 | 3 | 32 | 1 |
| Ростов-на-Дону | 5 | 26 | 5 | 1 | 33 | 2 |
| Астрахань | 3 | 29 | 4 | 0 | 36 | 0 |
| Аральск | 5 | 25 | 6 | 5 | 31 | 0 |
Из таблиц видно, что зональная эпоха 1960-71 гг. характеризовалась
температурным фоном в среднем близким к многолетней норме, и лишь в приаральском регионе
наблюдается повышенная повторяемость холодных летних месяцев.
Помимо этого, заметна тенденция к небольшому преобладанию холодных месяцев и зимой и летом на севере ЕТР (Архангельск) и, особенно, северо-востоке ЕТР (Ижевск).
Думается, все эти особенности термического режима будут присущи и предстоящей эпохе 2008-2019 гг. Остаётся открытым лишь вопрос о долговременном тренде роста температуры, представленном в последние десятилетия фазой роста;
если тренд сохранит своё влияние, то ожидаемые в предстоящую эпоху зимние температуры воздуха следует увеличить примерно на 1°; однако и в этом случае
аномалия СЗТВ будет значительно ниже (+1°), чем сейчас (свыше +2°). Иными словами, зимы в любом случае станут заметно ближе к норме 1961-90 гг.
В заключение возьмём на себя смелость утверждать, что эпоха 1936-47 гг. была З+В, поскольку характер хода СЗТВ в Москве очень схож с наблюдавшимся в 1984-95 гг.: серия суровых зим в первой половине эпохи и тёплые зимы во второй половине эпохи.
Самара, январь 2005 г.
Литература
1. Хромов С.П., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 568 с.