Климатические изменения температуры воздуха и атмосферных осадков во второй половине 20 века на территории Российской Федерации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат географических наук Платова, Татьяна Владимировна

• Платова, Татьяна Владимировна
• кандидат географических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат географических наук Платова, Татьяна Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современное состояние климатографии России и проблемы изучения текущих изменений климата.

ГЛАВА 2. Постановка задачи исследования индексов экстремальности климата.

2.1. Индексы экстремальности: определения и расчетные формулы

2.2. Временные ряды индексов экстремальности.

ГЛАВА 3. Характеристика наблюдаемого климата и тенденции его изменений за 1936-2000 годы.

3.1. Температура приземного воздуха: среднегодовая, годовой максимум, годовой минимум.

3.2. Суммарное число дней с морозом.

3.3. Размах экстремальных температур внутри года.

3.4. Продолжительность вегетационного сезона.

3.5. Индекс продолжительности волн тепла.

3.6. Доля теплого времени года.

3.7. Количество дней с осадками не ниже 10 мм.

3.8. Максимальное число последовательных «сухих» дней с осадками менее 1 мм.

3.9. Максимум пятидневных сумм осадков.

3.10. Интенсивность осадков.

3.11. Доля интенсивных осадков в годовой сумме.

ГЛАВА 5. Тенденции изменения климатических характеристик, важных для сельского хозяйства.

5.1. Даты наступления фаз вегетации и продолжительность межфазных периодов (фенологические показатели).

5.2. Экорегионы и их «климатические паспорта».

5.3. Оценка зависимости урожайности озимых зерновых от колебаний климатических условий.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Климатические изменения температуры воздуха и атмосферных осадков во второй половине 20 века на территории Российской Федерации»

Климат - это важнейшая характеристика среды обитания всего живого на земле, в том числе среды обитания человека и его хозяйственной деятельности. Для проблем геоэкологии чрезвычайно важной является оценка состояния и изменений реального климата, его изменчивости и экстремальности в каждый текущий момент времени (диагноз) и в ближайшем будущем (прогноз). В настоящее время, в условиях меняющегося климата, эти оценки, которые составляют предмет климатографии, должны быть регулярно обновляемыми, основанными на новейшей доступной информации. Самым надежным источником информации о реальном климате являются данные инструментальных гидрометеорологических наблюдений, в частности, собранные в процессе регулярного мониторинга климата РФ.

Таким образом, задача диссертации — получение обновленных оценок состояния и тенденций в изменении, изменчивости и экстремальности современного климата на территории России по данным наблюдений, с использованием новейшей доступной информации - актуальна и своевременна.

В предлагаемой работе решались следующие задачи: По данным инструментальных наблюдений за температурой воздуха и атмосферными осадками подготовить современное климатическое описание территории России и ее отдельных регионов с учетом текущих изменений климата. Получить оценки изменчивости и экстремальности региональных климатов на территории России с использованием индексов экстремальности (рекомендованных МГЭИК) и климатических характеристик, важных для экономики и сельскохозяйственного производства. Оценить качество воспроизведения наблюдаемого климата XX века (его экстремальности, изменчивости и изменений) современными климатическими моделями.

Научная новизна работы. По данным инструментальных наблюдений получены оценки и выявлены закономерности пространственного распределения показателей экстремальности климата и тенденций их изменений в XX веке для всей территории России за единый период (1936 - 2000 гг.). Получен и приведен в Приложении полный набор обновленных оценок за последнее 30-летие, 1976-2005 гг.

На примере климатической модели ИВМ РАН (INM СМЗ.О) выполнен анализ и получены количественные оценки качества воспроизведения современными климатическими моделями климата России в XX веке, включая показатели экстремальности и изменчивости климата.

По данным прямых фенологических наблюдений в зерносеящих районах России получены оценки трендов агроклиматических характеристик (сроки наступления основных фаз вегетации, продолжительность межфазных периодов).

Научное и практическое значение полученных в работе результатов. Содержащиеся в работе климатографические данные могут быть использованы непосредственно как обновленные (с использованием новейших наблюдений) справочные материалы по климату России. Регулярно обновляемые оценки современных тенденций изменений климата на территории России используются в материалах мониторинга климата, выполняемого в ГУ ИГКЭ. Ряд выводов и методических положений могут быть использованы как практические рекомендации для потребителей по использованию данных о климате с учетом его изменений.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Современное климатографическое описание территории РФ и ее отдельных регионов по данным регулярного мониторинга климата (температура воздуха и атмосферные осадки), включая индексы экстремальности и оценки трендов.

2. Оценки качества воспроизведения современными климатическими моделями структуры, изменчивости и экстремальности климата России (на примере модели ИВМ РАН INMCM3.0).

3. Оценки тенденций изменения агроклиматических характеристик (сроки наступления основных фаз вегетации, продолжительность межфазных периодов) по данным прямых фенологических наблюдений во второй половине XX столетия.

Основные результаты диссертации представлены в публикациях и докладах на Второй Всероссийской конференции "Научные аспекты экологических проблем России" (Москва, 29-31 мая 2006 г.), Итоговой научной сессии (2006 г.) и на научных семинарах в ГУ ИГКЭ Росгидромета и РАН.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Платова, Татьяна Владимировна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие основные результаты и выводы.

1. Описание климата в современных условиях (в условиях меняющегося климата) должно включать оценку трендов за разные периоды, максимально приближенные к текущему моменту.

Данные 223 станций, обновляемые в процессе регулярного мониторинга климата, позволяют получить адекватное климатическое описание реального климата и текущих тенденций изменений климата на территории России.

Климатология индексов экстремальности должна включаться в климатические справочники, наряду с традиционно рассматриваемыми характеристиками температуры и осадков.

2. Климатическое описание территории России за 1976-2005 гг., предложенное в Приложении, характеризует современные локальные климаты на территории России за единый период - истекшее 30-летие, отвечает всем трем перечисленным требованиям и может быть рекомендовано для использования в качестве справочных материалов. Обнаруженные тенденции в рядах индексов экстремальности температуры воздуха и атмосферных осадков позволяют лучше охарактеризовать проявление глобального потепления на территории России.

По данным о коэффициентах линейного тренда выделены регионы наибольшего изменения интенсивных осадков. На Европейской территории (особенно в западной части) и Дальнем Востоке (особенно в Приморском побережье) наблюдается тенденция к росту осадков от 1936 года к концу столетия. В Западной Сибири (между реками Обь и Енисей) индексы указывают на убывание интенсивных осадков в течение 1936-2000 гг.

3. Выполнена оценка воспроизводимости изменчивости, экстремальности и изменений реального климата современной климатической моделью Института Вычислительной Математики РАН (INM СМЗ.О). Модель достаточно адекватно воспроизводит геометрическую форму полей средних значений, как самих температур и осадков, так и индексов экстремальности на территории России. Однако тренды рассматриваемых индексов климатических экстремумов моделью ИВМ РАН практически не воспроизводятся, хотя в наблюдениях таковые определенно обнаруживаются.

4. Оценки трендов для агроклиматических характеристик (сроки наступления основных фаз вегетации, продолжительность межфазных периодов) отличаются большей пространственной неоднородностью по сравнению с трендами температуры воздуха.

Обнаружены сдвиги дат сроков наступления основных фаз вегетации озимой пшеницы в сторону более ранних сроков на большей части территории. Наиболее интенсивно отмеченная тенденция проявляется для даты наступления восковой спелости.

Предложена общая форма зависимости урожая (зерновых культур) от температуры и осадков за период вегетации, по которой предлагается в будущем оценить влияние изменений климата на урожай.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Платова, Татьяна Владимировна, 2008 год

1. Аксарина Е.А., Аксарин Н.Н. Блокирующие высокие антициклоны над Европейской территорией СССР и их связь с длительными похолоданиями в Средней Азии зимой 1968/69 гг. - Труды СарНИГМИ, 1972, вып. 57/72, с. 35-45.

2. Алексеев В.А., Володин Е.М., Галин В.Я. и др. Моделирование современного климата с помощью атмосферной модели ИВМ РАН: Описание модели А5421 версии 1997 года и результатов эксперимента по программе AMIP II. Препринт. М., 1998,240 с.

3. Алисов Б.П., Дроздов О.А., Рубинштейн Е.С. Курс климатологии. 4.1 и 2. Л., Гидрометеоиздат, 1952.

4. Антропогенные изменения климата (под ред. М.И. Будыко и Ю.А. Израэля), 1987, 406 с.

5. Багров Н.А. О метеорологическом индексе урожайности. Метеорология и гидрология, 1983, № 11, с. 92-99

6. Блютген И. География климатов. Москва, Прогресс, 1972. т. 1, 2 (1973 г.)

7. Борзенкова И.И. О природных индикаторах современного глобального потепления. Метеорология и гидрология, 1999, № 6, с. 98-110.

8. Борисов А.А. Климатография Советского Союза. Л., изд. ЛГУ, 1970. - 309 с.

9. Борисов А.А. Климаты СССР в прошлом, настоящем и будущем. Л., изд-во Ленингр. ун-та, 1975. — 434 с.

10. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л., Гидрометеоиздат, 1980. 352с.

11. Булыгина О.Н., Коршунова Н.Н., Кузнецова В.Н., Разуваев В.Н., Трофименко Л.Т., 2000а. Анализ изменчивости климата на территории России в последние десятилетия. Труды ВНИИГМИ-МЦД, вып. 167, с. 3-15.

12. Булыгина О.Н., Коршунова Н.Н., Разуваев В.Н., Шаймарданов М.З., Швец Н.В., 2006. Изменчивость экстремальных климатических явлений на территории России. Труды ВНИИГМИ-МЦД, вып. 167 с. 16-32.

13. Верещагин М.А., Переведенцев Ю.П., Шанталинский К.М. О вероятностных изменениях срелней годовой температуры на востоке Русской равнины в конце текущего и начале XXI столетия. Метеорология и гидрология, 1996, № 8, с.38-43.

14. Веселовский К.С. 1857. О климате России. Спб., 99 с.

15. Вильд Г.И. 1881. О температуре воздуха в Российской империи. Спб.

16. Влияние изменения климата на экосистемы. 2001. М., изд-во Русского университета, 184 с.

17. Воейков А.И. 1884. Климаты земного шара и в особенности России. Спб., 640 с. с табл., карт.

18. Володин Е.М., Дианский Н.А. Моделирование изменений климата в XX-XXI столетиях с помощью совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42. № 3. С. 1-16.

19. Всемирная конференция по изменению климата: Тезисы докладов. М., 2003.670 с.

20. Галин В.Я., Володин Е.М., Смышляев С.П. Модель общей циркуляции атмосферы ИВМ РАН с динамикой озона. Метеорология и гидрология, 2003, № 5, с.13-23.

21. Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия / Под ред. В.М. Котлякова. М., Геос,2000. 262 с.

22. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Индикаторы изменений климата России. Метеорологияtи Гидрология, 1998, № 1.

23. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Колебания и изменения климата на территории России. Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 2, с. 166-185.

24. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата. Метеорология и гидрология, 2004, № 4, с. 50-66.

25. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Рочева Э.В. Климатические изменения температуры воздуха на территории России по данным инструментальных наблюдений. // Использование и охрана природных ресурсов в России, 2007. № 3, с. 41-48

26. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Рочева Э.В. Климатические изменения атмосферных осадков на территории России по данным инструментальных наблюдений. // Использование и охрана природных ресурсов в России, 2007. № 5, с. 37-42

27. Дроздов О.А., Васильев В.А., Кобышева Н.В. и др. Климатология. — Л., Гидрометеоиздат, 1989. -657 с.

28. Дучков, А.В., Л.С. Соколова, А.В. Павлов, 2000. Оценка современных изменений температуры воздуха и грунтов в западной Сибири.- Криосфера Земли, № 1, с. 51 -58.

29. Ефимова Н.А., Строкина Л.А., 1998. Изменение аномалий приземной температуры воздуха на территории России с 1891 по 1993 г. — Метеорология и гидрология, № 7, с. 114-119.

30. Ефимова Н.А., Строкина Л.А., Байкова И.М., Малкова И.В., 1996. Изменение основных элементов климата на территории России в 1967-1990 гг. — Метеорология и гидрология, № 4, с. 34-41.

31. Журавлева Т.М. Термобарические поля тропосферы над Северным полушарием в аномальных по температуре воздуха сезонах зимы во II ЕСР. Труды ДВНИИ, 1985, вып. 123, с. 35-45.

32. Забелин В.Н. Определение динамики урожайности зерновых культур при агрометеорологическом прогнозировании. Метеорология и гидрология, 1982, № 10, е. 103-109

33. Израэль Ю. А., Павлов А.В., Анохин Ю. А., Мяч Л. Т., Шерстюков Б. Г. Статистические оценки динамики изменения элементов климата в районах вечной мерзлоты на территории Российской Федерации. Метеорология и гидрология, 2006 г., № 5, с. 27-38.

34. Ипполитов И.И., Кабанов М.В., Комаров А.И., Кусков А.И. Современные природно-климатические изменения в Сибири: ход среднегодовых приземных температур и давления. География и природные ресурсы, 2004, № 3, с. 90-96.

35. Киктев Д.Б., Секстон Д.М., Александер Л.В., Фолланд К.К. Тренды в полях годовых экстремумов осадков и приземной температуры во второй половине XX века. Метеорология и гидрология, 2002, № 11. с. 13-24.

36. Кислов А.В. Климат в прошлом, настоящем и будущем. — М., МАИК "Наука/Интерпериодика", 2001. 351 с.

37. Климат России. Под ред. Кобышевой Н.В. Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2001. -656 с.

38. Кононова Н. К, Чсрнавская М. М. Тенденции повторяемости метеорологических экстремумов на территории России и мониторинг циркуляционных условий их возникновения. Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. УРСС, Москва, 2004. С. 168-175.

39. Кренке А. Я., Чернавская М. М. Районирование территории России по сочетанию климатических экстремумов условий возникновения чрезвычайных ситуаций. -Известия РАН. Серия географическая. 2003. №2. С. 17-25.

40. Мелешко В.П. (ред.) Первый оценочный доклад

41. Минин А.А. Фенология Русской равнины: материалы и обобщения. — М., изд-во ABF/АБФ, 2000. 160 с.

42. Мирвис В.М., 1999: Оценка изменений температуры воздуха на территории России за последнее столетие. В сб.: Современные исследования Главной геофизической обсерватории. СПб, Гидрометеоиздат, 1, 220-235.

43. Мирвис В.М., Гусева И.П. Оценки изменения продолжительности безморозного периода вегетации на территории России и сопредельных государств в XX веке. -Метеорология и гидрология, № 1, 2006, с. 106-113.

44. Мирвис В.М., Гусева И.П., Мещерская А.В. Тенденции изменения временных границ теплого и вегетационного сезонов на территории бывшего СССР за длительный период. — Метеорология и гидрология, № 9, 1996, с. 106-116.

45. Монин А.С., Шишков Ю.А. История климата. Л., Гидрометеоиздат, 1979.

46. Научно-прикладной справочник по климату СССР. 1988-1990. Сер. 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. JL, Гидрометеоиздат.

47. Неушкин А.И., Санина А.Т., Иванова Т.Б. Холодные (суровые) и теплые зимы в федеральных округах европейской части России. Труды ВНИИГМИ-МЦД, 2007, вып. 173, с. 260-265.

48. Оганесян В.В. Изменения климата Москвы с 1879 по 2002 г. в значениях экстремумов температуры и осадков. — Метеорология и гидрология, 2004, № 9, с.31-37.

49. Пановский Г.А., Брайер Г.В. 1967. Статистические методы в метеорологии. — Л., Гидометеоиздат. 242 с.

50. Рубинштейн Е.С. 1926. Средние месячные температуры воздуха в Европейской части СССР. В кн.: Климат СССР. Ч. 1. Вып. 1. - Л.

51. Рубинштейн Е.С. 1931. Средние месячные температуры воздуха в Азиатской части СССР. В кн.: Климат СССР. Ч. 1. Вып. 3. - Л.

52. Семенов В.Г. К вопросу о влиянии подстилающей поверхности на циркуляцию атмосферы. Метеорология и гидрология, 1961, № 6, с.46-49.

53. Троян П. Экологическая биоклиматология. М., Высшая школа, 1988. - 207 с.

54. Уланова Е.С. Методы оценки агрометеорологических условий и прогнозов урожайности зерновых культур. Л., Гидрометеоиздат, 1988.

55. Шерстюков Б.Г. Климатические условия отопительного периода в России в XX и XXI веках. Труды ВНИИГМИ-МЦД, 2007, вып. 173, с. 163-170.

56. Alexander, L., et al., 2006: Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation. J. Geophys. Res., D05109,doi:10.1029/2005JD006290.

57. Climate Change 2001: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Third Assessment Report of the IPCC. Summary for Policymakers and Technical Summary. WMO/UNEP, 2001.

58. Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the IPCC. Summary for Policymakers and Technical Summary. WMO/UNEP, 2001.

59. Easterling, D.R., 2002: Recent changes in frost days and the frost-free season in the United States. Bull. Amer. Meteor. Soc., 83,1327-1332.

60. Frich, P., L.V. Alexander, P. Della-Marta, B. Gleason, M. Haylock, Klein Tank, T. Peterson, 2002. Observed coherent changes in climatic extremes during the second half of the twentieth century. Climate Research, 19,193-212. старый номер 4

61. Gruza G., Rankova E., Razuvaev V., and Bulygina O., 1999. Indicators of climate change for the Russian Federation. Climate Change, v.42, 219-242.

62. Haylock, M.R. and C.M. Goodess, 2004: Interannual variability of extreme European winter rainfall and links with mean large-scale circulation. Int. J. Climatol., 24, 759-776.

63. Haylock, M.R., et al. 2006: Trends in Total and Extreme South American Rainfall in 1960-2000 and Links with Sea Surface Temperature, J. Climate, 19,1490-1512.

64. Hundecha, Y. and Bardossy, A., 2005. Trends in daily precipitation and temperature extremes across western Germany in the second half of the 20th century. Int. J. Climatol., 25, 1189-1202

65. IPCC Climate Change: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Forth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. UK and New York, USA: Cambridge University Press, Cambridge. 2007.

66. IPCC, 2002. Workshop on Changes in Extreme Weather and Climate Events. Beijing, China, 11-13 June, 2002, Workshop report, 107 pp.

67. Jones, P.D., E.B. Horton, C.K. Folland, M. Hulme, D.E. Parker, and T.A. Basnett, 1999. The use of indices to identify changes in climatic extremes. Climatic Change, 42, 131149

68. Karl, T.R. and K.E. Trenberth, 2003. Modern Global Climate Change. Science, 302, 1719-1723.

69. Kiktev D., David M. H. Sexton, Lisa Alexander, and Chris K. Folland, 2003. Comparison of Modeled and Observed Trends in Indices of Daily Climate Extremes. Journal of Climate, v. 16, 3560-3571.

70. Klein Tank, A., 2004. Changing Temperature and Precipitation Extremes in Europe's Climate of the 20th Century. ISBN 90-369-2254-2

71. Klein Tank, A. M. G., et al. 2006. Changes in daily temperature and precipitation extremes in central and south Asia, J. Geophys. Res., Ill, D16105, doi:10.1029/2005JD006316.

72. Klein Tank, A.M.G. and G.P. Konnen, 2003: Trends in indices of daily temperature and precipitation extremes in Europe, 1946-1999. J. Climate, 16, 3665-3680.

73. Kurihara K. and M. Kawahara, 1986: Extremes of East Asian Weather during the Post ENSO Years of 1983/84 Severe Cold Winter and hot Dry Summer. J. Meteor. Soc. Japan, v. 64, No. 4, 493-503.

74. New, M.B., et al., 2006. Evidence of trends in daily climate extremes over southern and west Africa, J. Geophys. Res., Ill, D14102, doi:10.1029/2005JD006289.

75. Peterson, T.C., et al., 2002, Recent changes in climate extremes in the Caribbean region. J. Geophys. Res., 107, 4601, doi:10.1029/2002JD002251.

76. Plummer N, Lin Z, Torok S., 1995. Trends in the diurnal temperature range over Australia since 1951. J. Atmos Res 37: 79-86

77. Romanovsky V.E., Sazonova T.S., Balobaev V.T., Shender N.I., Sergueev D.O. Past and recent changes in air and permafrost temperatures in eastern Siberia, Global and Planetary Change, 2007, 56, 399-413

78. Schmidli, J., and C. Frei 2005 Trends of Heavy Precipitation and Wet and Dry Spells in Switzerland during the 20th Century. Int. J. of Climatology, 25, 753-771.

79. Torok SJ, Nicholls N., 1996. A historical annual temperature dataset for Australia. Aust Meteorol. Mag. 45:251-260

80. Vincent, L.A., et al., 2005: Observed trends in indices of daily temperature extremes in South America 1960-2000. J. Climate, 18, 5011-5023.

81. WCDMP-54 Report of the CC1/CLIVAR Expert Team on Climate Change Detection, Monitoring and Indices (ETCCDMI) (Norwich, UK, 24-26 November 2003) (WMO-TD No. 1205)

82. Zhang, X., et al., 2005. Trends in Middle East climate extremes indices during 19302003. J. Geophys. Res., 110, D22104, doi:10.1029/2005JD006181.