Методическое пособие 753

ности климата нужно исключить влияние широты на годовую амплитуду температуры. Для этого был предложен ряд способов, с помощью которых рассчитываются различные индексы (показатели) континентальности климата как функции годовой амплитуды температуры и широты места [1, 2, 3].

Из всего многообразия показателей континентальности климата для анализа был выбран индекс Горчинского, который рассчитывается по формуле (1):

где А – годовая амплитуда температуры воздуха, °C, υ – широта места.

Значения индексов континентальности преимущественно изменяются от 0 до 100, минимальные значения индекса соответствуют морскому климату, максимальные – континентальному. Для северного полушария для широт от 50° до 80° значения показателя континетальности Горчинского менее 33 соответствуют морскому климату, 34-66 – континентальному, 67-100 – резкоконтинентальному [3].

Расчитанные значения индекса континенальности климата Горчинского (КГорч.) представлены в табл. 2.

Из анализа проведенных расчетов, очевидно, что климат Белушьей Губы морской, а в Мурманске и Диксоне – близок к морскому. Вместе с тем, населенные пункты с одной и той же географической широтой – НарьянМар и Верхоянск – находятся в одном и том же поясе континентального климата, но степень жесткости климатических условий в этих населенных пунктах различная. Это делает целесообразнымучет долготы местности при оценке степени жесткости климата. Графическое распределение значений индекса Горчинского представлено на рис. 1.

Рис. 1. Поле распределения индекса континентальности

101

Самые суровые климатические условия отмечаются от 120° до 160° в.д. и между 50°-80° с.ш. Именно здесь сочетание низких температур и частых сильных ветров формируют очень жесткие условия. Следовательно, для оценки степени жесткости климата в различных населенных пунктах РФ необходимо внесение поправки на зональность (λ).

Анализ рис. 1 позволил ввести следующую классификацию: резкоконтинентальный климат расположенмежду 120° до 160°в.д., что соответствуетλ = 1, континентальный климат расположен между 50° до 120°в.д., что соответствует λ = 0,5,морской климат – от 30° до 50°, что соответствует λ = 0,1.

Для определения жесткости климатав работе использован показатель, учитывающий температурно-влажностные характеристики воздуха и скорость ветра [4]:

где R – относительная влажность воздуха в долях единицы, tв – температура воздуха, °C, V – скорость ветра, м/с.

Результаты вычислений индекса жесткости климата для января в различных широтных зонах представлены на рис. 2. Из анализа рисунка следует, что в январе самые суровые условия отмечаются на островах, а также на приарктических территориях. С севера на юг значения индекса уменьшаются. Кроме того, самые суровые климатические условияотмечаются между λ= 50° до λ= 180°, что соответствует невозможности выполнения поставленной задачи ни в один из дней месяца без риска для здоровья.

Рис. 2. Поле распределения индекса жесткости погодных условий

Таким образом, для уточнения индекса Iнеобходимоввести дополнительный коэффициент зональности (λ), с учетом которого выражение (2) примет вид:

где λ – коэффициент зональности.

По уточненным рассчитанным значениям индекса жесткости климата можно рассчитать количество благоприятных для выполнения задачи дней и провести районирование территории Российской Федерации. Пример такого районирования для января представлен на рис. 3, где показано распределение числа дней с условиями жесткости погоды, соответствующими безопасному нахождению личного состава на открытом воздухе без получения травм от холода, по крайней мере, в течение часа.

Из анализа рис. 3 следует, что наиболее суровые условия сохраняются между долготой λ= 110° до λ= 140° и широтой от υ = 50° с.ш. до υ = 80°.

Вместе с тем, по уточненным данным, полученным с помощью выражения (3), в ряде населенных пунктов континентальной Сибири количество неблагоприятных для безопасного производства работ дней уменьшилось в исследуемом месяце с 30 до 25-28.

102

УДК 504.38

И.И. Ульшин, А.В. Левченко, С.А. Сыромятников

АНАЛИЗ ГОДОВОГО ХОДА ПРИЗЕМНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОМ РАЙОНЕ

Рассмотрены основные взгляды современных ученых на изменение климата и причины подобных изменений. На основе анализа результатов приземных наблюдений за погодными условиями, а также данных реанализа получен годовой ход приземной температуры воздуха в Центрально-Черноземном районе России в целом и в одном из населенных пунктов

Ключевые слова: изменение климата, наблюдения за погодой, данные реанализа, годовой ход

Погодно-климатические условия с течением времени не остаются неизменными. Климат, являющийся по своей сути средним многолетним устойчивым погодным режимом, непрерывно изменяется, и в последние десятилетия скорость этих изменений существенно возросла. Изменение климата стало одной из важнейших глобальных проблем, стоящих перед человечеством в XXI веке, которая затрагивает не только научные теории, но и экономические и социальные аспекты устойчивого общественного развития.

Принято считать, что наряду с природными факторами, о которых будет сказано ниже, заметное влияние на атмосферные и гидросферные процессы оказывает хозяйственная деятельность человека, связанная, прежде всего, с выбросами так называемых парниковых газов в результате сжигания ископаемого топлива. Уменьшению значимости антропогенного фактора в сфере климатических изменений посвящены многочисленные международные конференции и принимаемые по их итогам документы. Однако существенных результатов пока не достигнуто. Кроме того, существует и иная точка зрения, согласно которой влияние человечества на климат сильно преувеличено, а наблюдаемое потепление представляет собой просто восходящую ветвь долгопериодических колебаний.

С учетом вышесказанного целью настоящей работы является исследование приземного годового хода температуры воздуха южной части Европейской территории России и количественная оценка произошедших и ожидаемых изменений.

Рост средней температуры воздуха у поверхности земли, наблюдаемый в последние десятилетия и называемый в СМИ глобальным потеплением, сам по себе не вызывает сомнений. За прошедшее столетие средняя температура выросла почти на 1°C, причем рост отмечался почти непрерывный, особенно после 1970-х годов (рис. 1) [1, 2].

Рис. 1. Изменение средней температуры у поверхности земли и океана

104

Вкачестве причин различные ученые называют как внешние по отношению к Земле факторы (циклическая природа солнечной активности, нестабильность параметров орбиты и оси вращения Земли и т.д.), так и внутренние факторы. К последним относятся:

- тектонические движения литосферных плит и изменения рельефа; - флуктуации атмосферных и океанических течений;

- изменение прозрачности атмосферы и еѐ состава в результате вулканической активности Земли, а также связанные с этим выбросы углекислого и иных газов;

- изменение отражательной способности поверхности Земли; - изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана;

- изменение естественного подслоя Земли между ядром и земной корой, вследствие добычи нефти и газа и др.

Наконец одной из важнейших причин климатических перемен большинство ученых называют рост содержания в воздухе парниковых газов. В Четвѐртом оценочном докладе МГЭИК констатирована 90 % вероятность того, что большая часть температурных изменений вызвана именно повышением концентрации этих газов, связанных с человеческой деятельностью [2].

Врезультате влияния указанных факторов отмечаются различные последствия, которые далеко не исчерпываются ростом температуры воздуха. Температурные вариации приводят к повышению уровня моря, к изменению количества и характера осадков, к увеличению площади пустынь, к отступлению ледников, смещению границ вечной мерзлоты и морских льдов. Кроме того, увеличивается частота и интенсивность климатических аномалий и экстремальных погодных явлений, становятся реальными угрозы снижения урожайности сельскохозяйственных культур, вымирания отдельных биологических видов и, в конечном итоге, продовольственной безопасности и потере мест обитания людей.

Проблема стала настолько важной, что научные положения зачастую закрепляются внутригосударственными нормативными правовыми актами и международными соглашениями. Так, в Российской Федерации принята и утверждена распоряжением Президента РФ от 17 декабря 2009 года. № 861-рп Климатическая доктрина Российской Федерации. В ней сказано, что в течение XXI века высока вероятность ускорения динамики наблюдаемых изменений климата, которые неизбежно отразятся на жизни людей, на состоянии животного и растительного мира во всех регионах планеты, а в некоторых из них станут ощутимой угрозой для благополучия населения и устойчивого развития. Научным обоснованием Климатической доктрины является признание способности антропогенного фактора оказывать воздействия на климатическую систему, приводящие к значимым, в первую очередь неблагоприятным и опасным для человека и окружающей среды, последствиям. На международном уровне также принят ряд важных документов, которым прежде всего необходимо отнести Рамочную конвенцию ООН об изменении климата и Киотский протокол к ней. Даже глава Ватикана Папа Римский Франциск опубликовал энциклику, посвящѐнную проблеме климата

изащите окружающей среды.

Следует заметить, что наблюдающееся потепление развивается по-разному в разных регионах Земного шара. К примеру, в силу различной теплоемкости суши и воды и затрат энергии на испарение с 80-х годов прошлого века температура над сушей выросла вдвое больше, чем над океаном [3]. Северное полушарие нагревается быстрее, чем южное, однако, в отдельные годы прирост средней температуры обеспечивает в основном южное полушарие. В Арктике темпы потепления существенно превышают среднемировые и т.д.

Для выявления особенностей температурного режима Центрально-Черноземного региона России был проведен анализ результатов наблюдений за погодой. Для этого использовались архивные данные по одному из пунктов, расположенных в этом регионе (п. Воронеж). В целях получения более полной картины также проводился анализ изменений температурного режима в масштабе Северного полушария, для чего использовались данные реанализа. Под этим термином понимают метеорологические данные в узлах регулярной сетки за ис-

105

текшие годы, получаемые сложными интерполирующими методами на основе результатов наблюдений за погодными условиями. В работе использовались данные NCEP/NCAR реанализа – совместного проекта национальных центров предсказания окружающей среды (NCEP) и изучения атмосферы (NCAR) [4]. Указанная система реанализа включает глобальную модель NCEP с использованием коэффициентов спектрального разложения с 28 вертикальными уровнями и использует следующие данные наблюдений:

–радиозондовые наблюдения за температурой, горизонтальным ветром и удельной влажностью верхних слоѐв атмосферы;

–температурное зондирование над сушей, выше 100 ГПа;

–ветер, определяемый по перемещению облачности с геостационарных спутников;

–авиационные наблюдения за ветром и температурой;

–поверхностные данные (с суши и моря) наблюдений за давлением, температурой, горизонтальным ветром и удельной влажностью.

Существует два основных типа продуктов реанализа. Первый тип – это 4-мерные метеорологические поля, широко используемые исследователям погоды и климата. Второй тип

–это архив атмосферных и поверхностных наблюдений, представленный в формате Binary Universal Format Representation (BUFR). Именно эти данные были использованы для проведения расчетов.

Архивные бинарные (двоичные) файлы данных объективного анализа декодировались, распаковывались и представлялись в формате электронных таблиц, удобных для производства вычислений. Для этого использовалось программное обеспечение, написанное на алгоритмическом языке Fortran. В результате были получены сведения о температуре воздуха начиная с 1978 г. с широтно-долготным разрешением 2.5° × 2.5° и 6-часовым шагом по времени.

Декодированные данные использовались для расчета среднесуточных, среднедекадных, среднемесячных и среднегодовых значений температуры и построения на их основе графиков и таблиц. Были получены результаты, часть которых показана на рис. 2–3. Их анализ позволяет сделать определенные выводы.

Рис. 2. Изменения среднегодовой температуры воздуха в г. Воронеже

Очевидно, среднегодовая температура воздуха у земли в районе п. Воронеж испытывает достаточно сильные колебания с неочевидной периодичностью. В период с 1970 по 2015 год минимальные среднегодовые значения отмечались в 1987 году (3,5 °С), а максимальные

– в 2015 году (8,8 °С). После 80-х годов прошлого века наблюдается отчетливый тренд к увеличению средней годовой температуры, который составляет в среднем примерно 0,71 °С за 10 лет. Линия тренда остается восходящей, т.к. скорость температурных изменений в последние десятилетия только возрастала.

106

После расширения географических рамок исследования до масштабов региона, было установлено, что среднегодовая температура воздуха у земли в Центрально-Черноземном районе совершает менее амплитудные колебания. В период с 1978 по 2016 год минимальные среднегодовые значения отмечались в 1981 году (4,2 °С), а максимальные – в 2015 году (7,9 °С). Отчетливый тренд к увеличению средней годовой температуры составляет в среднем примерно 0,59 °С за 10 лет и наблюдается в течение всего периода проведения реанализа. Линия тренда является практически линейной, что свидетельствует о неизменной скорости температурных изменений.

Рис. 3. Изменения среднегодовой температуры воздуха в Центрально-Черноземном районе

Входе выполнения работы было проведено сравнение полученных климатических данных с аналогичными результатами исследований на основе метеорологических наблюдений в нескольких пунктах Казахстана, рис. 4 [5].

Вцелом наблюдается удовлетворительное согласование расчетных данных. Примерно после 2008 года казахстанские ученые установили появление нисходящей части тренда. Однако существенными различиями это нельзя назвать, т.к., к примеру, на рис. 2 имеется аналогичный участок, сменившийся затем ростом. Это свидетельствует о несомненном сходстве выявленных тенденций и, следовательно, о наличии аналогичных климатических изменений.

107

Рис. 4. Изменения среднегодовой температуры воздуха в Казахстане

108

Анализ годового хода температуры позволяет сделать следующие выводы.

1.Ход температуры воздуха у поверхности земли подвержен сложным гармоническим колебаниям.

2.Выявленные значения тенденции (годового тренда) температуры воздуха по п. Воронеж и ЦЧР в целом оказались примерно равными 0,06–0,07 °С.

3.Полученная картина хорошо коррелирует с результатами наблюдений на территории Республики Казахстан в городах Астана, Жесказган, Алматы и Петропавсловск.

4.В ближайшие годы следует ожидать сохранение общей тенденции к росту приземной температуры воздуха. В соответствии с положениями Климатической доктрины это означает повышение риска для здоровья некоторых социальных групп населения, рост повторяемости экстремальных природных явлений, повышение пожароопасности, деградацию вечной мерзлоты в северных регионах, увеличение расходов электроэнергии на кондиционирование воздуха в летний сезон для значительной части населенных пунктов.

С другой стороны, к положительным ожидаемым последствиям можно отнести: сокращение расходов энергии в отопительный период; улучшение условий транспортировки грузов в арктических морях, облегчение доступа к арктическим шельфам и их освоения; улучшение структуры и расширение зоны растениеводства, а также повышение эффективности животноводства.

Литература

1.Brohan, P., Kennedy, J.J., Harris, I., Tett, S.F.B., Jones, P.D. Uncertainty estimates in regional and global observed temperature changes: A new data set from 1850. // Journal of Geophysical Research. 2006. 111 (D12): D12106. DOI:10.1029/2005JD006548.

2.МГЭИК, 2007: Изменение климата, 2007 г.: Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II и III в Четвертый доклад по оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Пачаури, Р.К., Райзингер, А. и основная группа авторов (ред.)]. МГЭИК, Женева, Швейцария, 2007. 104 с.

3.Trenberth et al. Observations: Atmospheric Surface and Climate Change, Executive Summary. Chap 3, p. 237, in IPCC AR4 WG1 2007.

4.Kalnay, E., Kanamitsu, M., Kistler, R. et al. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1996. V. 77. № 3. P. 437–471.

5.Чередниченко, А.В. Временные ряды температуры и осадков [Текст] / А.В. Чередниченко, А.В. Чередниченко, В.С. Чередниченко. Алматы: Статистический анализ, 2013.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

I.I. Ulshin, А.V. Levchenko, S.А. Syromyatnikov

ANALYSIS OF THE ANNUAL CYCLE OF THE SURFACE AIR TEMPERATURE IN CENTRAL BLACK EARTH REGION

It considers the basic views of modern scientists on climate change and the reasons for these changes. Based on the analysis results of surface observations of weather conditions, and reanalysis data obtained, the annual cycle in surface air temperature in the Central black earth region of Russia and in one of the settlements is defined

Key words: Climate change, meteorological observations, reanalysis of the data, annual cycle

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor

N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (Voronezh)

109

УДК 551.524

А.Б. Мартьяшкин, Д.А. Сурков, А.И. Финеров

ФИЗИКО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭВОЛЮЦИИ БАРИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ И ГЕЛИОФИ-

ЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Представлены результаты исследования влияния циркуляционных условий и активности Солнца на процессы циклогенеза и антициклогенеза в тропосфере

Ключевые слова: барические образования, эволюция, циркуляция атмосферы, активность Солнца

Проблема долгосрочных метеорологических прогнозов (ДМП) является одной из важнейших проблем метеорологического обеспечения, которая имеет большое научное и практическое значение.

Качество всех видов ДМП, все ещѐ не удовлетворяет в полной мере основным и в настоящее время возрастающим требованиям практики метеорологического обеспечения.

Для повышения качества ДМП предстоят новые исследования закономерностей общей циркуляции атмосферы и нахождения основных действующих факторов, определяющих те или иные важные в прогностическом отношении особенности атмосферной циркуляции. Наибольший акцент делается, в настоящее время, на влияние космико-геофизических факторов, а именно, активности Солнца, приливообразующей силы Луны и Солнца [1, 2].

Целью настоящей работы является исследование влияния общей циркуляции атмосферы и активности Солнца на процессы циклогенеза и антициклогенеза в средней тропосфере. В качестве исходных данных использовался аэросиноптический материал и данные об активности Солнца за 2011–2015 г.г.

Для достижения цели использован эмпирический метод исследования, основанный на анализе взаимосвязи глобальных факторов, оказывающих влияние на атмосферную циркуляцию в тропосфере и процессах эволюции барических образований.

В работе [1] показано, что изменение солнечной активности существенным образом влияет на процессы общей циркуляции атмосферы и связанный с ними режим погоды в различных районах Земного Шара. Поэтому без учета данного фактора невозможно правильно понять основные закономерности общей циркуляции, а, следовательно, и успешно решить проблему разработки методов долгосрочных прогнозов погоды.

Вместе с тем не следует забывать и то, что рассмотренный фактор не является единственным, а роль его может существенно изменяться во времени. Поэтому, нельзя деятельность атмосферы ставить в полную зависимость лишь от солнечной активности, лишая тем самым, атмосферу собственных закономерностей, присущих только ей и независимых в главных своих чертах от других, внешних факторов.

Во всех случаях для возникновения и дальнейшего развития циклона необходимы такие циркуляционные условия, при которых обеспечивается относительное понижение давления в районе возникновения циклона. С этой точки зрения полезен анализ уравнения тенденции вихря скорости, что позволяет оценивать возрастания с течением времени циклонического или убывания антициклонического вихря.

На основе этого уравнения можно сделать выводы, что наиболее благоприятными условиями понижения давления в рассматриваемом районе являются такие, при которых в средней тропосфере осуществляется положительная адвекция вихря скорости, т.е. когда дивергенция скорости имеет отрицательное значение и величина, соответствующая вихрю термического ветра, с течением времени уменьшается. При условии, когда в данном районе возникает или усиливается термический гребень или когда ослабевает ложбина холода средней температуры слоя, имеет место циклогенез. Удобно для таких оценок использовать карты относительной топографии OT-500/1000. Циклогенез имеет место и тогда, когда уве-

110