3840

УДК 551.581

С.В. Морозова1, Е.А. Полянская1, Н.К. Кононова2,3

АНАЛИЗ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ УСЛОВИЙ НА ЮГО-ВОСТОКЕ ЕЧР В УСЛОВИЯХ МЕНЯЮЩЕГОСЯ КЛИМАТА

Рассматривается повторяемость синоптических процессов в Нижнем Поволжье в два климатических периода – стабилизацию и вторую волну глобального потепления. От периода стабилизации ко второй волне глобального потепления отмечается увеличение повторяемости циклонов, развитых на арктическом фронте. Замечены сезонные различия в повторяемости арктических антициклонов. Зимой их количество от периода стабилизации ко второй волне глобального потепления уменьшается, летом – возрастает. Территориально-сезонная динамика обнаружена в повторяемости деформационных полей.

Ключевые слова: климатические периоды, синоптический процесс, региональный климат.

Исследование циркуляционных условий всегда представляет большой интерес для специалистов, занимающихся вопросами погоды и климата, потому, что именно изменения характера развития циркуляционных процессов в регионе определяют его погодноклиматическую изменчивость [1-5].

В Саратовском государственном университете сложилась сильная школа по исследованию синоптических процессов, заложенная проф. В.Л. Архангельским и впоследствии развиваемая его учениками Г.А. Пужляковой [5], Е.А. Полянской [4] и другими учеными. Согласно разработкам В.Л. Архангельского [1], в Нижнем Поволжье погодно-климатический режим определяются следующими основными 7-ью типами синоптических функционирований, реализованных в табл. 1.

Таблица 1

Типы синоптических процессов по [1]

Оказывается интересным посмотреть, как изменился циркуляционный режим над регионом в условиях меняющегося климата. Климатическая изменчивость рассматривалась в соответствии со следующими климатическими интервалами, каковые иллюстрированы в табл. 2.

Отметим, что указанные интервалы Морозова С. В. предложила называть естественными климатическими периодами состояния земной климатической системы.

Математическое и физическое обоснование выделения таких интервалов на основе применения статистических приемов (тренд-анализ, оценка статистической значимости, и другие показатели) - представлено в [2, 6].

Очевидно, что представляющий научную ценность синоптический материал имеется далеко не за весь рассматриваемый ряд лет.

100

Таблица 2

Климатические интервалы по годам

Объективный синоптический материал, имеющийся в распоряжении авторов, состоял из двух периодов:

1.1949–1969 гг. – интервал, примерно совпадающий с периодом стабилизации.

2.1998–2010 гг. – интервал, приходящийся на вторую волну глобального потепления. За эти два периода проанализирована повторяемость синоптических процессов для

трех пунктов Среднего и Нижнего Поволжья – Самара, Саратов и Волгоград. В табл. 3 приведена годовая повторяемость (число дней) синоптических процессов в этих пунктах.

Как видно из табл. 3, во всех трех пунктах от ПС ко ВВГП заметно (примерно в 1,5 раза) увеличение повторяемости циклонов, развитых на арктическом фронте. Также оказывается интересным, что от ПС ко ВВГП во всех пунктах чаще стали происходить вторжения арктических ядер. В то же время ослабло влияние на регион других антициклонов – восточной периферии субтропического максимума давления и западной периферии зимнего азиатского антициклона. Во ВВГП сравнительно с ПС на Среднюю и Нижнюю Волгу стали реже выходить полярнофронтовые циклоны, а вот мало градиентные и деформационные поля стали наблюдаться чаще.

Таблица 3

Повторяемость (число дней) синоптических процессов (год)

Однако воздействие аналогичного ранга процесса на регион зимой и летом может формировать разные погодно-климатические условия. Например, влияние циклоничности зимой способствует смягчению погодных условий, нередко приводя к формированию оттепельной погоды [1-4].

Летом же циклоничность способствует понижению общего температурного фона, происходит смягчение жары и устанавливается более прохладная погода.

101

Воздействия арктических антициклонов на регион формируют над ним морозную погоду. Резкие похолодания и наиболее интенсивные волны холода формируются в результате смещения на регион арктических ядер [3].

В то же время летом при поступлении на юго-восток ЕЧР сухого и холодного воздуха из Арктического бассейна формируются наиболее интенсивные и продолжительные волны тепла.

По исследованиям В. Л. Архангельского [1] и Е. А. Полянской [4] свежий арктический воздух трансформируется в местный тропический поток в условиях Нижнего Поволжья в течение полутора – двух суток. Поэтому повторяемость различных типов синоптических процессов вполне резонно рассмотреть дифференцированно отдельно зимой и летом.

Для анализа повторяемости (число дней) различных типов синоптических процессов выбраны центральные месяцы основных сезонов года. Для характеристики зимних процессов взят январь, для летних – июль.

В табл. 4 приведена повторяемость синоптических процессов для этих месяцев. Таблица 4

Повторяемость синоптических процессов зимой (январь) и летом (июль)

Согласно табл. 4 можно заключить, что от одного естественного климатического периода к другому - от ПС ко ВВГП заметны различия в повторяемости синпроцессов зимой и летом. Также выявлены территориальные особенности течения анализируемых

циркуляционных процессов на юго-востоке ЕЧР.

Укажем, что во ВВГП сравнительно с ПС и зимой, и летом во всех исследуемых пунктах возрастает число циклонов, развитых на арктическом фронте.

Своеобразно влияние на регион арктических антициклонов.

Зимой их количество во ВВГП весомо меньше, чем в период стабилизации. Отражение этого факта – сезонность потепления, повышение температур именно зимних сезонов.

Летом же, наоборот, количество вторжений арктических ядер на регион во ВВГП почти в два раза превышает их количество, отмеченное в период стабилизации. Это приводит к формированию продолжительных волн тепла летом, что является характерным для начала XXI века.

От первого климатического периода – стабилизации - ко второму – ВВГП - и зимой, и летом во всех пунктах снизилось влияние субтропических антициклонов и реже стали наблюдаться полярнофронтовые циклоны. Повторяемость этих процессов уменьшилась почти в два раза.

Повторяемость мало градиентных полей вовсе сезоны во всех пунктах во ВВГП оказалась больше, чем в период стабилизации.

Оказывается интересным, что вторую глобального потепления над регионом и зимой, и летомнад регионом становится большемало градиентных полей,чем в период стабилизации.

102

Замечены территориальные и сезонные особенности изменения повторяемости процессов VII типадеформационныеполя. В два проанализированных климатических периода.

ВСамаре от первого ко второму повторяемость деформационных полей возрастает и летом, и зимой. В Саратове зимой в два климатических периода повторяемость деформационных полей не изменяется, а летом во ВВГП их становится меньше, чем в период стабилизации.

ВВолгограде повторяемость этого типа процесса заметно не изменилась в исследуемые климатические интервалы.

Выводы На фоне наблюдаемых климатических тенденций заметны сезонные различия в

повторяемости арктических антициклонов на юго-востоке Русской равнины. Отмечены территориальные различия в повторяемости деформационных полей на юго-востоке Русской равнины.

Литература

1.Архангельский В.Л. Региональная синоптика Нижнего Поволжья / В. Л. Архангельский. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1968. 208 с.

2.Морозова, С. В. Роль планетарных объектов циркуляции в глобальных к лиматических процессах / С.В. Морозова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 2019. 132 с.

3.Морозова, С. В. Эталонные поля давления интенсивных волн тепла и холода летом и зимой в Саратовской области // С.В. Морозова. Вопросы прогноза погоды, климата, циркуляци и

охраны атмосферы. Пермь. Изд-во Пермского ун-та, 1997. С. 25 –29.

4.Полянская, Е.А. Синоптические процессы и явления погоды в Нижнем Поволжье / Е.А. Полянская. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 1986. 208 с.

5.Пуждякова, Г. А. Преемственность синоптических процессов Южного Предуралья //

Г.А. Пужлякова. Вопросы климата и погоды Нижнего Поволжья. Саратов. Изд-во Сарат. ун-та, 1982. Вып. 7(14). С. 173–186.

6. Peculiarities of the global climate tendencies in the south-east Russian plains [электронный ресурс] / S.V. Morozova,E.A. Polyanskaya, N.K. Kononova, N.P. Molchanovaand A.P. Solodovnikov

1ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», Саратов,Россия

2ФГБУН «Институт географии Российской академии наук»,(ИГРАН), Москва, Россия 3ФГБУН ФИЦ «Институт биологии Южных морей имени А.О. Ковалевского РАН, (ФИЦ ИНБЮМ», Севастополь, Россия

S.V.Morozova1, E.A.Polyanskaya1, N.K.Kononova2,3

ANALYSIS OF CIRCULATION CONDITIONS IN THE SOUTH-EAST

ON THE EUROPEAN PART OF RUSSIA IN A CHANGING CLIMATE

The frequency of occurrence of synoptic processes in the Lower Volga region in two climatic periodsstabilization and the second wave of global warmingis considered. From the period of stabilization to the second wave of global warming, an increase in the frequency of cyclones developed on the Arctic front is noted. Seasonal differences in the frequency of occurrence of the Arctic anticyclones are noted. In winter, their number decreases from the stabilization period to the second wave of global warming, and increases in summer.erritorialT-seasonal dynamics was found in therecurrenceof deformation fields.

Keywords: climaticperiods, synopticprocess,regional climate.

1Federal State BudgetaryInstitution of Higher Education «Saratov National Research State Universitynamed after N.G. Chernyshevsky», Saratov,Russia

2Federal State BudgetaryInstitution ofScience «Instituteof Geographyof theRussian Academyof Sciences», (IGRAN), Moscow,Russia

3Federal State BudgetaryInstitution ofScienceFederal Research Center «A.O. Kovalevsky Instituteof Biologyof the South Seas oftheRussian Academyof Sciences, (FITZ INBUM)», Sevastopol,

Russia

103

УДК 551.581

С.В. Морозова, Е.В. Завьялова, М.А. Алимпиева

СРАВНЕНИЕ РЕЖИМА ОБЛАЧНОСТИ В АРИДНЫХ РЕГИОНАХ ПО ДАННЫМ МЕТЕОСТАНЦИЙ ВОРОНЕЖ, САРАТОВ И ОРЕНБУРГ

В статье рассматривается годовой ход температуры и облачности в засушливых районах в различные периоды климатической изменчивости на примере метеостанций Воронеж, Саратов и Оренбург. Для Саратова и Оренбурга имеет место расхождение кривых температуры и облачности в период стабилизации и их согласование их хода во вторую волну глобального потепления. Для метеостанции Воронеж выявлено расхождение кривых на всем исследуемом промежутке времени.

Ключевые слова: годовой ход облачности, климатические изменения температуры.

Настоящие климатические изменения, затронувшие буквально все звенья земной климатической системы (ЗКС), расцениваются как глобальное потепление [1]. Основной причиной наблюдающегося потепления большинство ученых называют антропогенный фактор, связанный с эмиссией углекислого газа в атмосферу [1]. Однако непериодические климатические флуктуации не позволяют отрицать роль природных факторов (ПФ) в фактических климатических вариациях.

Одним из примеров ПФ указываются вулканические извержения, явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья, характеризующиеся специфической динамикой циркуляционных объектов

[1-5].

Стоит отметить, что всевозможные вариации в ЗКС сопряжены с трансформацией компонент, формирующих тепловой баланс земной поверхности (ТБЗП).

Всеобщий ТБЗП обусловлен в свою очередь величиной достигающей ЗПСР (земную поверхность солнечной радиации).

Базовым терморегулятором величины достигающей Земли излучения Солнца служит облачность.

Бессолнечный небосклон за счет сгенерированных облаков и особенно грозовых туч сверху любого сектора земной поверхности обуславливает величину достигающей его солнечной радиации.

Зафиксируем, что облачность представляет собой тот метеорологический компонент, миссия какового в сегодняшних климатических вариациях не обозначена. Это по большей части связано с различным (положительным или отрицательным) характером воздействия облаков на составляющие теплового баланса в зависимости от сезона года, времени суток. Все это затрудняет оценивать роль облачности в настоящих глобальных и региональных климатических изменениях.

Учитывая вышеизложенное, изыскание соответствующих моменту характеристик облачного покрова с учетом фактической климатической направленности свидетельствует о масштабном академическом достижении и прагматической реализации.

Целью настоящего исследования является сравнение режима облачности по данным трех метеорологических станций, расположенных в лесостепной и степной зонах России на фоне наблюдаемых климатических тенденций.

Авторами настоящей статьи уже исследовался годовой ход облачности в гумидных районах [6, 7]. Рассмотреть изменения состояния облачного покрова в регионах с аридным климатом, где намного меньше пасмурных дней, тоже представляется весьма интересным.

Исследования режима облачности проводились на материалах за период с 1966 по 2018 год. Данный промежуток соответствует двум естественным климатическим периодам состояния ЗКС.

104

Первый из них – период стабилизации, совпавший с 50-60-ми годами XX века. Второй интервал – ВВГП (вторая волна глобального потепления), каковая генерировалась в средней части 70-х годов XX века и продолжается и сейчас.

Однако с начала нулевых годов XXI века фиксируется существенное замедление темпов потепления.

Термин естественный климатический период был введен С.В. Морозовой. Ею же дано физическое и математическое обоснование выделения этих периодов, и определены границы периодов [8, 9].

В качестве исходного материала для выполнения исследования послужили средние месячные значения температуры и ежедневные значения облачности в сроки наблюдений по метеостанциям Саратов Юго-Восток, Оренбург и Воронеж. Необходимые данные взяты с сайта ВНИИГМИ-МЦД [5].

Рис. 1. Вариация средней годовой температуры воздуха в Оренбурге и Саратове

На рис. 1 проиллюстрирован годовой ход температуры по метеостанциям Саратов и Оренбург. Видим, что рост средних годовых температур воздуха на этих двух станциях происходит синхронно. Укажем, что скорость роста температур на этих двух станциях практически одинакова - Саратов (α = 0,037), Оренбург (α = 0,038). За указанный промежуток времени температура на этих станциях выросла.

В Саратове за 53 года средние годовые температуры увеличились с 5,7 °С до 7,8 °С ( 0,4 °С / 10 лет). В Оренбурге за это же время среднегодовые температуры выросли с 4,2 °С

до 6,0 °С (0,3 °С /10 лет).

Проведем аналогичный анализ изменения средних годовых температур в Воронеже. На рис. 2 представлен годовой ход температуры по метеостанции Воронеж.

По рис. 2 можно заключить, что температура воздуха по метеостанции Воронеж также растет, причем с большей скоростью, чем на вышеуказанных метеостанциях (α = 0,049). За пятидесятитрехлетний временной интервал средняя годовая температура воздуха в Воронеже выросла с 5,5 °С до 8 °С (0,5 °С / 10 лет). Отметим, что скорость роста средних годовых температур в Воронеже превышает скорость ее роста и в Саратове, и в Оренбурге.

Из анализа изменений средних годовых температур получено, что от Воронежа к Оренбургу скорость роста средних годовых температур замедляется. То есть, в аридной зоне с запада на восток наблюдаем замедление темпов роста средних годовых температур.

105

Рис. 2. Вариация средней годовой температуры воздуха в Воронеже

Как уже указывалось, наблюдаемое потепление объясняют, по большей части, эмиссией углекислого газа, а естественные природные механизмы практически не рассматриваются и их роль в климатических изменениях не оценивается. Укажем, что природные факторы, как правило, действуют по механизму отрицательных обратных связей, тем самым стремятся препятствовать необратимым изменениям в земной климатической системе и способствовать сохранению в ней климатоэкологического равновесия.

Укажем, что и облачность, являясь природным фактором климатической изменчивости, также может препятствовать «разбалансировке» процессов в ЗКС, Рассмотрим за максимально большой срок общее количество облаков в баллах, опубликованных в различных надежных источниках [1-9].

Согласно анализу опубликованных материалов, в первой половине XX века общее количество облаков для всей Земли насчитывало 5,4 балла. Для Северного и Южного полушарий – соразмерно по 5,2 и 5,6 баллов.

Принимая во внимание сведения о численности облаков в 50-е – 80-е годы XX века, средний балл облачности на Земле сложился в 6,1.

Вдобавок в Северном полушарии общая облачность квалифицировалась 5,9, а Южном полушарии – 6,2 балла.

В результате, и относительно Земли в совокупности, и взятых порознь полушарий регистрируем возрастание численности облаков.

Обсудим вариацию суммарной облачности за идентичный промежуток времени с учетом возрастания средней годовой температуры.

Требуемый компонент заимствован с сайта ВНИИГМИ-МЦД [5].

Отбирались показания о суммарной численности облаков за каждый восьмичасовой срок. На основании этих данных рассчитывалась средняя годовая облачность (баллы).

На рис. 3 показано, но изменение средней годовой общей облачности (баллы) в Оренбурге и Саратове.

На рис. 3 можно заметить, что тенденция изменения облачного покрова в Саратове и Оренбурге различна. Сама тенденция изменения невелика, но существенным отличием является то, что в Саратове общее количество облаков слабо падает, в Оренбурге, наоборот, растет. Напомним, что в Саратове средние годовые температуры растут несколько быстрее, чем в Оренбурге.

106

Рис. 3. Изменение средней годовой облачности в Оренбурге и Саратове

Для метеостанции Воронеж следует отметить заметное снижение количества общей облачности за исследуемый промежуток времени (рис. 4). Причем, средний балл облачности снижается еще быстрее, чем в Саратове.

Рис. 4. Изменение средней годовой облачности в Воронеже

Таким образом, на основе анализа средних годовых температур и общего годового количества облаков можно заметить интересную особенность изменения этих величин в аридной зоне. В аридной зоне с запада на восток отмечается снижение темпа роста средних годовых температур. В этом же направлении заметно ослабление темпа уменьшения среднего годового количества облаков. А по м/с Оренбург зафиксирован даже положительный тренд временного изменения облачности.

Сказанное можно проиллюстрировать таблицей.

Характеристики линейного тренда во взаимосвязи с метеостанциями

На фоне снижения роста температур замечено ослабление темпа снижения среднего балла общей облачности. Согласно информации метеостанции Оренбург происходит смена знака тренда.

Во время анализа установлены следующие закономерности, каковые реализованы в графическом представлении и отраженные в интегрально-разностных зависимостях: облачность – температура (рис. 5-7).

Рис. 5. Интегрально-разностные кривые изменения среднегодовой температуры воздуха и облачности по метеостанции Саратов Юго-восток

Для всех метеостанций Саратов и Оренбург можно выделить весомое обнаруженное рассогласование зависимостей облачность – температура, проиллюстрированных на кривых (рис. 5-7) в период стабилизации. Также реально отметить согласованность их хода во ВВГП.

Для метеостанции Воронеж – расхождение кривых на всем исследуемом промежутке времени.

Годы

∑(К-1)/Сν температура

Рис. 6. Интегрально-разностные кривые изменения среднегодовой температуры воздуха и облачности по метеостанции Оренбург

Рис. 7. Интегрально-разностные кривые изменения среднегодовой температуры воздуха и облачности по метеостанции Воронеж

108

Выводы

1.Внутри аридной хоны выявлены противоположные тенденции изменения временного хода средних годовых температур и среднего балла общей облачности.

2.Как уже указывалось, радиационный эффект облачности различен в теплое и холодное время, поэтому планируется провести исследования по анализу изменения

температуры и облачности дифференцированно по сезонам и времени суток.

Литература

1. Завьялова, Е. В. Исследование годового хода температуры и общей облачности по м/с Пермь и Оренбург / Е. В. Завьялова, С. В. Морозова // Цифровая география: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Пермь, 2020.

Т. 2. С. 370-373.

2. Завьялова, Е. В. Сравнительная характеристика годового хода температуры и общей облачности / Е. В. Завьялова, С. В. Морозова, Н. К. Кононова, Е. А. Полянская // Проблемы географии Урала и сопредельных территорий: Материалы II Международной научнопрактической конференции, посвященной 175-летию Русского географического общества и 100-летию со дня рождения челябинского географа А.Я. Румянцевой. Челябинск, 2020. С. 10-

15.

3. Morozova, S. V. Peculiarities of the global climate tendencies in the south-east Russian plains [электронный ресурс] / S. V. Morozova, E.A. Polyanskaya, N. K. Kononova, N. P. Molchanova and A. P. Solodovnikov // International Scientific and Practical Conference in commemoration of Corr., 2019. Volume 381. (URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/381/1/012064/pdf).

4.Морозова, С. В. Роль планетарных объектов циркуляции в глобальных климатических процессах / С.В. Морозова. Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 2019. 132 с.

5.Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической

информации. Мировой Центр Данных. [Электронный ресурс]: данные о температуре и облачности (URL.:http://aisori-m.meteo.ru/waisori/).

6.Хромов, С. П. Метеорология и климатология для географических факультетов/ С. П. Хромов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. С. 250–251.

7.Кобышева. Н. В. Климат России / Н. В. Кобышева. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001.

С. 343–358.

8. Справочник по климату СССР «Облачность и атмосферные явления». Л.: Гидрометеоиздат. 1968. Вып. 12. Часть V. 248 с.

9. Дроздов, О. А. О свойствах интегрально-разностных кривых/ О. А. Дроздов // Труды ГГО. Л.: Гидрометеоиздат, 1964. Вып. 162. С. 3-6.

ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», г. Саратов, Россия

S.V. Morozova, E.V. Zavialova, M.A. Alimpieva

COMPARISON OF CLOUD REGIME IN ARID REGIONS ACCORDING TO DATA FROM

VORONEZH, SARATOV AND ORENBURG WEATHER STATIONS

The article examines the annual variation of temperature and cloudiness in arid regions at different periods of climatic variability using the example of the meteorological stations Voronezh, Saratov and Orenburg. For Saratov and Orenburg, there is a divergence of the temperature and cloudiness curves during the stabilization period and their matching of their course during the second wave of global warming. For the Voronezh meteorological station, the divergence of the curves was revealed over the entire investigated time interval.

Keywords: annual cloud cover, climatic temperature changes.

Federal State Budgetary Institution of Higher Education «Saratov National Research State University named after N.G. Chernyshevsky», Saratov, Russia

109