Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Климатические показатели термического режима теплого периода года и их современные тенденции для юга Западной Сибири

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Климатические показатели термического режима теплого периода года и их современные тенденции для юга Западной Сибири"

005045346

На правах рукописи

Носырсва Ольга Владимировна

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ТЕПЛОГО ПЕРИОДА-РОДА-И ИХ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ДЛЯ ^ ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

-7 над жг

Пермь-2012

005045346

Работа выполнена на кафедре метеорологии и климатологии ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Задде Геннадий Освальдович

Официальные оппоненты: Земцов Валерий Алексеевич,

доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», заведующий кафедрой гидрологии, (г. Томск) Шкляев Владимир Александрович, кандидат географических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», доцент кафедры метеорологии и охраны атмосферы, (г. Пермь)

Ведущая организация: ФГБУ науки «Институт Мониторинга

климатических и экологических систем» СО РАН (г. Томск)

Защита состоится «22» июня 2012 г. в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 212.189.10 на базе ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, корп. 8, ауд. 215; e-mail: seg@psu.ru, факс (342) 239-63-54.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научной библиотеки ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», автореферат размещен на сайте ПГНИУ www.psu.ru и на официальном сайте ВАК.

Автореферат разослан «21» мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.г.н., доцент

Т.А. Балина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Мониторинг термического режима в условиях меняющегося климата находится в поле зрения отечественных и зарубежных климатологов. Значительная часть территории России находится в области максимального как наблюдаемого, так и прогнозируемого потепления. Большинство авторов (например, Ю.А. Израэль, Г.В. Груза, Н.В. Кобьппева) рассматривают изменения температуры воздуха, осредненной за год или за длительные отрезки годового цикла (полугодие, сезон, месяц) в целом для Северного полушария или для крупных географических областей и экономических районов. Оценки изменения сроков перехода температуры через заданные пределы, такие как 0, 5, 8, 10, 15 °С, являющихся границами так называемых, теплого, вегетационного и отопительного периодов, а также длительность переходов и продолжительность периодов с указанными температурами, по территории Западной Сибири до настоящего времени детально не рассматривались. Для выделенного региона с его развитым топливно-энергетическим и аграрным сектором, продолжительным отопительным периодом данная проблема особенно актуальна.

Для предвидения возможных климатических изменений необходимо, как один из важных этапов, изучение истории климата, выяснение роли различных физических механизмов в его формировании. Особый интерес представляет выявление факторов, вызывающих его естественные колебания, одним из которых остается атмосферная циркуляция.

Погодообразующие процессы, определяющие климат конкретного района, представляют сложную систему, формирующуюся под влиянием циркуляции нижней и верхней атмосферы, подстилающей поверхности. Множество обуславливающих факторов делают невозможным подобрать две абсолютно идентичные синоптические ситуации. В то же время, макросиноптические процессы обладают определенной общностью, и наблюдаются в течение продолжительных периодов времени то в одном, то в другом районе и обуславливают, в результате, длительные и хорошо выраженные аномалии температурного режима. Такая аномальность погоды определяется, в первую очередь, интенсивностью и географической локализацией южных и северных потоков воздуха в тропосфере в конкретный период времени, т.е. характером проявления меридиональных и зональных процессов.

Долгосрочная и качественная оценка метеорологических явлений, влияющих, на народно-хозяйственный комплекс и жизнедеятельность человека, зависит от уровня количественных зависимостей, установленных для конкретной территории в определенном временном масштабе. В результате появляется возможность эффективного реагирования на заранее предвиденные погодные изменения и использования их для собственной пользы.

Климатическая составляющая сельскохозяйственного производства во многом определяется метеорологическими условиями начала вегетационного периода, основными характеристиками которого являются даты устойчивого

перехода температуры воздуха через 0, 5, 10, 15 °С, а также продолжительность периодов установления этих температур.

Статистический анализ этих характеристик и сопутствующих циркуляционных условий является необходимым этапом для поиска зависимостей для их прогноза.

Цель и задачи работы. Целью работы являлся анализ климатических характеристик термического режима теплого периода года и сопутствующих им циркуляционных условий, а также оценка роли погодного фактора вегетационного периода в урожайности зерновых культур. Для достижения поставленных целей решались следующие основные задачи:

1. Исследовать динамику основных климатических характеристик теплого периода года и его подпериодов на юге Западной Сибири;

2. Оценить циркуляционные процессы в период установления устойчивых среднесуточных 5 °С температур в исследуемом регионе;

3. Исследовать зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от погодообразующих процессов.

Объект исследования: базовые климатические характеристики теплого периода года для юга Западной Сибири.

Предмет исследования: современные тенденции климатических характеристик теплого периода года.

Материалы и методика исследования. Исходными данными для расчетов в работе послужили значения среднесуточной температуры воздуха, сумм осадков для 14 гидрометеорологических станций Томской, Новосибирской, Кемеровской областей и Алтайского края за период с 1961 по 2005 гг. Для исследования циркуляционных условий переходных сезонов привлекались характеристики планетарной высотной фронтальной зоны (ПВФЗ), информация об элементарно-циркуляционных механизмах (ЭЦМ) по типизации Б.Л. Дзердзеевского, данные по урожайности зерновых культур Алтайского края и Томской области за период с 1970 по 2005 гг.

Для автоматического и объективного определения дат переходов температуры через заданные пределы был реализован алгоритм на базе языка программирования Fox Pro, с помощью которого также были найдены суммы температур и осадков за устойчивые периоды. Кроме того, использовались пакеты программ (Excel, Statistica, Surfer), включающие в себя стандартные методы обработки рядов наблюдешш на основе математической статистики, с использованием корреляционно-регрессионного, гармонического, кластерного анализов, графических методов. Значимость полученных оценок проверялась путем расчета стандартных критериев.

Научная новизна.

1. Разработан и практически реализован алгоритм расчёта по методике Д. А. Педя дат перехода температуры через заданные пороговые значения, с помощью которого также рассчитаны суммы температур и осадков за выделенные периоды.

2. Впервые за период с 1936 по 2005 гг. были получены базовые

климатические характеристики (даты перехода температуры через 0, 5, 10, 15 и 20 °С, продолжительность периодов и длительность перехода через 0 и 5 °С, суммы температур и осадков за периоды перехода температуры через 0, 5, 10, 15 и 20 °С) и характеристики динамики временных показателей термического режима (средние по пятилетним периодам, отклонения от средних многолетних значений и интегрально-разностные кривые продолжительности, сумм температур и осадков за периоды перехода температуры через указанные пределы) для юга Западной Сибири.

3. Выявлены эпохи положительной направленности смещения отклонений от среднего по интегрально-разностным кривым для продолжительности, сумм-температур и осадков за периоды перехода температуры через заданные пределы, начиная с 1980-1990 гг.

4. Проведена классификация дат переходов температуры через 0 и 5 °С с привлечением в признаковое поле данных о состоянии ПВФЗ и типах ЭЦМ по типизации Б. JI. Дзердзеевского для выявления роли циркуляционных процессов в режиме длительности перехода температуры через заданные пределы.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов обеспечивалась применением для анализа метеорологической информации больших массивов исходных данных (1961-2005 гг.), применением современных методов статистической обработки, а также соответствием полученных выводов данным, аналогичным результатам, опубликованным в отечественной и зарубежной литературе.

Практическая значимость работы.

Результаты данного исследования позволяют глубже и детальнее понять динамику и структурные особенности начала безморозного периода, который имеет множество прикладных аспектов (начало сезона повышенной пожароопасности, вегетационного сезона, окончание активного отопительного сезона и др.) на юге Западной Сибири. Кроме того, выявленные крупномасштабные циркуляционные процессы, формирующие различные режимы переходных периодов, могут быть использованы для уточнения долгосрочных прогнозов режимов для данной территории. Отдельные разделы работы могут быть использованы в теоретических и практических курсах «Агрометеорология» и «Агроклиматология».

Апробация работы и публикации.

Результаты исследований докладывались на Всероссийских конференциях и симпозиумах: в 2007 г. - Всероссийская научная конференция «Современные проблемы гидрологии» в ТГУ, в 2009 г. - Всероссийская конференция «Современные проблемы климатологии», посвященная O.A. Дроздову в Санкт-Петербургском государственном университете, Всероссийская конференция «VIII Сибирское совещание по климатоэкологическому мониторингу» в Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск), в 2010 г. - VII Всероссийский симпозиум «Контроль окружающей среды и климата» в Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск), в 2010 г. - Всероссийская молодёжная научная конференция

«Актуальные вопросы географии и геологию) (ТГУ).

По результатам научных исследований опубликовано 13 научных статей, две работы находятся в печати. Две статьи опубликованы в журналах, входящих в список ВАК: «Вестник Томского государственного университета», «Оптика атмосферы и океана».

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и ряда приложений. Объем диссертации составляет 180 страниц, включая 71 рисунок, 20 таблиц, 5 приложений. Список литературы насчитывает 108 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность научному руководителю д.ф.-м.н. Г.О. Задде, к.г.н. И.В. Кужевской, к.г.н. Н.К. Барашковой и всем сотрудникам кафедры метеорологии и климатологии ТГУ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫНОСИМУЮ НА ЗАЩИТУ

1. Установлено, что в последние десятилетия в теплый период года на юге Западной Сибири отмечается положительная динамика сумм температур, сумм осадков и продолжительности периодов перехода температуры через 0,5,10,15 °С.

Для исследования теплового режима атмосферы необходимо рассчитать даты перехода температуры через 0, 5, 10, 15, 20 °С. Важным критическим элементом проведения климатологических исследований подобного рода является выбор метода определения даты устойчивого перехода температуры через заданное пороговое значение. Наибольшее распространение получил метод Д.А. Педя. На его основе для автоматического и объективного определения дат был создан и реализован алгоритм, с помощью которого были найдены даты устойчивого перехода температуры через 0, 5, 10, 15, 20 °С весной и осенью для гидрометеорологических станций Томск, Колпашево, Рубцовск, Барнаул за 70-летний период. По датам была рассчитана продолжительность периодов перехода. Средние значения этих характеристик для теплого периода приведены далее в таблице 1. Далее была проведена их климатическая обработка.

В агрометеорологии кроме дат перехода и продолжительности периода для исследования переходных сезонов привлекают данные о суммах среднесуточных температур и осадков. Поскольку средние величины являются значениями стационарными, то на графиках временного хода сложно выделить видимые колебания. Поэтому для анализа динамики исследуемых величин были построены графики отклонений их от средних многолетних значений.

При анализе графиков отклонений величин от среднего использовалось понятие «норма», которое определялось как где а _ среднее

квадратическое отклонение. Такая формулировка часто используется в долгосрочных прогнозах погоды.

Таблица 1

Средние значения характеристик за период перехода температуры __через О °С __

Станция Характеристики Дата перехода весной Дата перехода осенью Продолжительность периода, дни

Томск Среднее наименьшее значение 30 мар 9 окт 177

Среднее значение 12 апр 20 окт 192

Среднее наибольшее значение 26 апр 31 окт 208

Колпашево Среднее наименьшее значение 5 апр б окт 165

Среднее значение 18 апр 17 окт 183

Среднее наибольшее значение 4 май 27 окт 200

Рубцовск Среднее наименьшее значение 24 мар 21 окт 199

Среднее значение 3 апр 31 окт 212

Среднее наибольшее значение 14 апр 9 ноя 226

Барнаул Среднее наименьшее значение 24 мар 18 окт 192

Среднее значение 5 апр 28 окт 207

Среднее наибольшее значение 14 апр 5 ноя 224

В отклонениях продолжительности, сумм температур и осадков теплого периода от среднего наблюдается четкая периодичность знака (положительное или отрицательное отклонение) с разными временными интервалами. За отрицательным отклонением компенсационно следует положительное отклонение. В целом, значения величин находятся в пределах нормы, однако в отдельные годы наблюдаются значительные отклонения от нее. Так, в период перехода температуры через О °С (рис. 1) отклонения составляют до 171-202 % для сумм температур, до 217-238% для сумм осадков и до 214-250% для продолжительности периода.

ЛИ.'С 400.0 3МО

гоол 1000 0,0 -1000 -2МВ -300.0 -400.0

В» ЯІ-

Alt/C

600.0

-20С.0

-4000 •600р

Рисунок 1 - Отклонение сумм температур за теплый период от среднего (линиями показано положение ±о)

В период перехода температуры через 5 °С наблюдается дисперсия рядов исследуемых величин, больше, чем для аналогичных рядов теплого периода, и отклонения от нормы встречаются чаще (до 189-223 % для сумм температур, до 225-276 % для сумм осадков, до 214-250 % для продолжительности периода).

Дисперсия ряда исследуемых величин меньше в период 10 °С, чем в период 5 °С. Однако в отдельные годы отклонения от нормы могут достигать достаточно больших значений (до 166-193 % для сумм температур, до 182-218 % для сумм осадков, до 321-346% для продолжительности периода) (рис. 2). Дисперсия ряда периода 15 °С исследуемых величин возрастает, так же, как и в период 10 °С. В отдельные годы отклонения от нормы достигают значений: до 121-159 % для сумм температур, до 204-239 % для сумм осадков, до 118-143 % для продолжительности периода.

(линиями показано положение ±<т)

Необходимо отметить так же продолжительный период положительного отклонения величин от среднего, наблюдающийся с 1979 г. для сумм температур, с 1982-1986 гг. для сумм осадков и с 1986-1993 гг. для продолжительности периода 0 °С. Для периода 5 °С положительная тенденция величин наблюдается в период с 1989 г., причем это наиболее выражено для станций Алтайского края. Для сумм осадков такая тенденция характерна только для Алтайского края и только в период с 1990-1991 гг. Для периода 10 °С: с конца 1980 - начала 1990 гг., для периода 15 °С: с конца 1990 - с начала 2000 гг.

Это говорит о тенденции роста исследуемых характеристик в последние десятилетия, что также подтверждается результатами их исследования по пятилетиям (табл. 2).

Для детального анализа динамики величин исследуемый временной ряд был разделен на 5-летние периоды, для каждого из которых были рассчитаны средние характеристики сумм температур и осадков, продолжительность периода.

Таблица 2

Средние значения характеристик по пятилетиям за период перехода температуры через О °С

я M № Период Сумма осадков, Сумма температур Дата перехода Дата перехода Продолжительность периода, дни Длительность перехода

и мм воздуха, °С весной осенью весной.

дни

1 1936-1940 330,4 2119,0 15 апр 14 окт 183 24

2 1941-1945 392,6 2278,3 10 апр 20 окт 194 12

3 1946-1950 415,6 2133,1 11 апр 22 окт 194 35

4 1951-1955 300,8 2329,7 14 апр 23 окт 193 22

5 1956-1960 331,9 2127,1 ' 20 апр 23 окт 187 19

6 1961-1965 296,8 2300,1 14 апр 18 окт 188 24

Ï 7 1966-1970 338,8 2150,4 15 апр 17 окт 185 25

f- 8 1971-1975 365,6 2122,5 5 апр 18 окт 197 16

9 1976-1980 320,5 2239,5 14 апр 18 окт 188 23

10 1981-1985 309,0 2192,2 15 апр 16 окт 185 24

11 1986-1990 352,1 2237.5 6 ало 21 окт 198 23

12 1991-1995 363,5 2328,2 6 апр 27 окт 205 22

13 1996-2000 338,7 2290,0 10 апр 17 окт 191 25

14 2001-2005 390,7 2401,0 7 апр 26 окт 203 34

1 1936-1940 270,0 2701,7 7 апр 30 окт 207 31

2 1941-1945 239,2 2877,8 4 апр 1 НОЯ 212 12

3 1946-1950 277,6 2719,0 2 апр 28 окт 210 17

4 1951-1955 202,9 2914,1 5 апр 30 окт 209 14

5 1956-1960 239,9 2583,7 7 апр 28 окт 205 7

X S 1961-1965 195,1 2818,3 5 апр 31 окт 210 15

О 7 1966-1970 235,9 2714,0 6 апр 28 окт 206 25 ^

ю S 1971-1975 234,5 2709,9 31 мар 30 окт 214 33

ÎT 9 1976-1980 273,4 2783,8 7 апр 31 окт 208 14

10 1981-1985 243,8 2845,6 1 апр 4 ноя 218 22

11 1986-1990 244,6 2833,3 2 апр 31 окт 213 18

12 1991-1995 284,6 2828,6 2 апр 5 воя 218 12

13 1996-2000 223,1 2978,8 31 мар 31 окт 215 15

14 2001-2005 247,2 2973,0 2 апр 7 ноя 219 36

По результатам исследования характеристик по пятилетиям можно сказать, что наблюдается положительная динамика продолжительности и сумм температур теплого периода, начиная с 1980-1990 годов (рис. 3).

•с Томск

Рисунок 3 - Суммы температур и осадков по 5-летиям за теплый период

для ст. Томск

Средние величины являются значениями стационарными и на графиках

9

временного хода сложно выделить видимые колебания. Поэтому для анализа тенденций термического и влажностного режима были построены интегрально-разностные кривые, на основании которых устанавливается продолжительность циклов (эпох). Расстояние между экстремумами определяет длительность эпохи. Метод широко используется в метеорологии для выявления, в частности, циркуляционных эпох.

Построенные интегрально-разностные кривые показывают наличие эпох в динамике рассматриваемых величин. Для продолжительности, сумм температур и осадков периода О °С (рис. 4) имеют место эпохи роста и убывания накопленных отклонений от среднего этих величин.

—Сушыэ температур аоадуя. 'С ——С)*«« осад to«.«-*

Томск

500.0 Л - 600,0 • 500.0

ill йч11 1 1 1 ? 1 ? f 300.0 ?00.0

W_ / 100.0

^ Дуд •100.0 •гоол

•2000,0 • кг -3000 -«мл -500.0

I-Сумм темпе рл где *оэдрэ. 'С ——Сум»» о<дд«о«. на [

а) б)

Рисунок 4 - Накопленные суммы отклонений от среднего а) сумм среднесуточных температур и осадков, б) продолжительности теплого

периода

На графиках завершенной эпохой является только эпоха убывания, которая в среднем для характеристик теплого периода составляет 20-50 лет (с 1950 до 1980 гг.). Это означает, что в данный период времени на исследуемой территории наблюдалось больше отрицательных отклонений от среднего сумм температур, осадков и продолжительности теплого периода, чем положительных отклонений. Эпоха роста, предшествующая эпохе убывания, не видна полностью на наших графиках. Сказывается недостаточная длина рядов данных. Однако

можно предположить, что она составляет в среднем 30 лет. Таким образом, имеет место квази-60-летний цикл, характерный для циркуляционных циклов. После эпохи убывания наблюдается новая эпоха роста, что еще раз подтверждает вывод о положительной динамике исследуемых величин в последние десятилетия.

Графики интегрально-разностных кривых сумм температур, осадков и продолжительности периода 5 °С показывают наличие эпох, как и для теплого периода. Эпоха убывания составляет в среднем по станциям 30 лет и приходится на начало 1950 - конец 1980 годов. С начала 1990 гг., соответственно, начинается новая эпоха роста. ■

Для периода перехода температуры через 10 °С полностью завершенную эпоху убывания имеют только суммы температур. Эта эпоха составляет в среднем по станциям 20-40 лет. Интегрально-разностные кривые исследуемых величин для периода 15 °С (рис. 5) имеют наиболее сложную амплитуду выраженности эпох, что вполне закономерно, особенно для северных станций (Колпашево, Томск), поскольку вариабельность погодных условий для этого периода очень велика.

Рисунок 5 - Накопленные суммы отклонений сумм среднесуточных температур и осадков за период 15 °С от среднего

Данные выводы хорошо согласуются с результатами работ по данной тематике, проводимых по территории России и мира, а так же по территории Западной Сибири. В частности, В.М. Мирвис и И.П. Гусева выявили, что на юге исследуемого в данной работе региона, в большей степени, чем в других, сохраняется относительно устойчивая тенденция увеличения продолжительности теплого периода. Вместе с тем, О.Д. Сиротенко и И.Г. Грингоф, оценивая влияние ожидаемых изменений климата на сельское хозяйство Российской Федерации, в Западно-Сибирском экономическом регионе не выявили масштабных проявлений засушливости климата. Это говорит о благоприятных последствиях влияния современных изменений климата на агропромышленный комплекс юга Западной Сибири.

2. Определена принципиальная возможность классификации дат и длительности устойчивых переходов температуры через 0 и 5°С на юге Западной Сибири по данным о пространственно-временном положении ПВФЗ в указанном регионе.

Исследование изменений климата и их воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность человека - одна го важнейших задач современной науки. Для предвидения возможных климатических изменений необходимо, как один из важных этапов, изучение истории климата, выяснение роли различных физических механизмов в его формировании. Особый интерес представляет выявление факторов, вызывающих его естественные колебания, одним из которых остается атмосферная циркуляция.

Для настоящего исследования были использованы данные о среднесуточных температурах станций Томск, Колпашево и Барнаул за период с 1961 по 2005 гг. Для выявления роли циркуляционных процессов в режиме переходов температуры через 0 и 5 °С были привлечены данные о состоянии ПВФЗ и типы ЭЦМ по типизации Дзердеевского Б.Л.

С помощью методов объективного статистического анализа была проведена предварительная классификация дат и периодов, методически приближенная к

применяемой в долгосрочных прогнозах погоды (норма (Х±0,5а) - н,

аномально (X ±ст) ранняя/поздняя - арД/апД, экстремально {Х±\,25о) ранняя/поздняя - эрД/эпД, аномально быстрый/долгий - абП/адП, экстремально быстрый/долгий - эбП/эдП), т.е. аномальность определяется как ±0,5а, а экстремальность как ± 1,25а.

Принятое признаковое множество, в которое входили данные о Д0, П0, Д5, П5 и положению ПВФЗ на меридианах с 60 по 90° в.д. за март и апрель (12 признаков), разделилось на 6 оптимальных устойчивых групп (рис.6).

Это позволило описать классы ПВФЗ по таким признакам как:

1 - пространственное расположение её относительно рассматриваемых станций;

2 - временная изменчивость;

3 - степень извилистости (зональный или меридиональный тип конфигурации).

По первому признаку выявлено, что в 1, 2, 3 классах ПВФЗ расположена южнее территории исследования; 4, 5, 6 класс характеризует ситуацию расположения ПВФЗ непосредственно над территорий исследования.

По второму признаку - в 1, 5, 6 классах ПВФЗ от марта к апрелю продолжала смещаться на юг (задержка зимних процессов); 2, 3, 4 классы характеризуются противоположным направлением смещения ПВФЗ, а именно от марта к апрелю отмечалось её перемещение на север, т.е. активное наступление весны. Классы 3 и 5 характеризуются противоположной динамикой от марта к апрелю.

апрель 50

Kiijra?rjrmj

апрс®. « Том*.*

норм« ГШФЗ апрел. * - ^

норма ПВФЗ март Eafway.i

уг март

90 60

—ПВФЗ я карт

-ГОФЗв апрель

.. . . норма ПВФЗ — -вормПЕФЗ

Рисунок 6 - Географическое положение ПВФЗ, осредненное внутри классов

По третьему признаку - в 4 и 6 классах отмечается преобладание зональных процессов над югом Западной Сибири; 2 класс характеризуется наличием гребня, ориентированного с юга на север (ярко выраженная меридиональность процессов). Классы 1, 3, 5 включают случаи с преимущественно меридиональным типом ПВФЗ.

Таким образом, подтверждена принципиальная возможность классификации ПВФЗ для целей данного исследования.

В то же время привлечение ПВФЗ не позволило полностью избавиться от неопределенности отнесения отдельных весен к конкретному классу. Очевидно, необходимо расширение признакового пространства классификации за счет дополнительных циркуляционных характеристик периода установления устойчивых положительных температур.

Такой характеристикой нами выбраны элементарно-циркуляционные механизмы (ЭЦМ по типизации Дзердеевского).

Весь массив данных о датах и длительности перехода температуры через 5 °С был условно разделен на 3 группы, в том числе с использованием параметров ПВФЗ. Разделение на группы было выполнено по анализу скорости осуществления переходов П5: быстро, норма, медленно.

На рисунке 7 представлено положение ПВФЗ по выделенным трём группам.

—группа 1 группа 2 —группа 3

Рисунок 7 - Положение ПВФЗ по группам

Видно, что как и в марте, так и в апреле ПВФЗ расположена южнее Томска (на юге Западной Сибири и в предгорьях Алтая). От марта к апрелю отмечается её перемещение в северном направлении на расстояние примерно 2° долготы. Причем, для выделенных 3 групп в положении ПВФЗ удается выявить некоторые различия.

Так, ПВФЗ занимает наиболее северное положение в группе "медленного перехода". Томская область находится под влиянием процессов активной циклонической деятельности с затоками холодных воздушных масс в тыловых частях циклонов, с прохождением фронтальных разделов. Такие условия погоды не способствуют активному прогреванию подстилающей поверхности и, соответственно, приземного слоя воздуха. При "быстром переходе" (группа 1), наоборот, наблюдается максимально южное положение ПВФЗ. В этой ситуации прогрев приземного слоя связан с особенностями преобладающих над рассматриваемой территорией антициклональных процессов.

Для уточнения природы выделенных групп была подсчитана повторяемость каждого из 13 элементарных циркуляционных механизмов по группам (табл. 3).

Повторяемость (%) типов ЭЦМ по группам

Таблица 3

Группа перехода Тип ЭЦМ

1 2 5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

быстро 0 8 4 6 0 0 15 11 15 2 2 23 15

норма 3 4 3 7 3 4 7 15 10 9 5 17 11

медленно 5 5 0 7 2 2 12 10 10 10 10 14 14

Группа "норма" характеризуется наибольшей повторяемостью 8-го и 12-го ЭЦМ, которые относятся к меридиональной северной группе и характеризуются

14

вторжением на Азию арктических воздушных масс, через полуостров Таймыр на бассейн Оби и Урал, либо от Новой Земли на бассейн Енисея. Нередко создается блокировка западного переноса смыканием Арктического антициклона с гребнем Сибирского. Наименьшую повторяемость в этой группе имеют процессы с 1 по 7 ЭЦМ.

Группа "быстро" характеризуется полным отсутствием 1, 5 и 6 ЭЦМ, наибольшая повторяемость с 7 по 13 ЭЦМ (причем, выделяется 12 ЭЦМ - 2з' %). По сравнению с классами 2 и 3 значительно ослаблены процессы 10 и 11 ЭЦМ.

Группа "медленно" имеет равномерную повторяемость с 7 по 13 ЭЦМ, но, по сравнению с группой "быстро", усиливаются 10 и 11 ЭЦМ и значительно уменьшается повторяемость 12 ЭЦМ.

При осуществлении 10 ЭЦМ рассматриваемая территория находится в области пониженного давления, в то время как блокирующий гребень располагается над Восточной Европой, что согласуется с выявленным выше положением ПВФЗ для медленного перехода (когда ПВФЗ занимает наиболее северное положение).

3. В границах выделенных классов для дат и длительности устойчивых переходов температуры через 0 и 5 °С выявлена зависимость урожайности зерновых культур Алтайского края и Томской области от режимов формирования погодных условий в весенний период.

Проведенное исследование установления конкретных погодных условий весной в границах выделенных классов имеет и практический интерес.

Полученные в результате объективной классификации с привлечением параметров ПВФЗ классы дат перехода были сопоставлены с данными об урожайности (рис. 8).

В результате было получено, что между классами и урожайностью нет идеального сочетания. Однако, в данном сопоставлении отражено формирование весенних погодных условий.

Рисунок 8 - Классы и урожайность зерновых культур

В таблице 4 приводятся средние характеристики классов и урожайность зерновых культур по классам для станций Барнаул и Томск.

Таблица 4

Средние характеристики классов и средняя урожайность зерновых культур _(в ц/га) по классам для станций Барнаул и Томск_

Барнаул

Томск

Класс Средние характеристики класса Средни урожайность Класс Средние характеристики класса Средняя урожайность

До 29.3 рано До 9.4 норма

1 По 17 норма 12,6 1 П0 22 норма 13,5

Дз 15.4 рано Л 2.5 норма

п5 17 норма П5 23 норма

До 9.4 поздно До 27.4 поздно

2 По 6 быстро 10,2 По 24 норма 13,5

Дз 25.4 норма Дз 1.5 норма

п5 16 норма п5 4 быстро

До 9.4 поздно До 11.4 норма

з П0 16 норма 11,1 П0 22 норма 15,4

Дз 14.4 рано Дз 19.4 рано

п5 4 быстро П5 8 быстро

До 27.3 рано До 24.4 поздно

4 По 3 быстро 11,1 П0 49 долго 15,2

Л 30.4 поздно Дз 3.5 норма

п5 34 долго п5 9 быстро

До 25.3 рано До 15.4 норма

5 По 3 быстро 10,4 П0 16 норма 11,8

Д5 9.4 рано Дз 17.5 поздно

п5 16 норма п5 31 долго

До 11.4 поздно До 30.3 рано

6 По 33 долго 11,5 По 2 быстро 15,3

Дз 24.4 норма Дз 29.4 норма

п5 13 норма Пз 30 долго

Высокий уровень урожайности в отмечается в 1 и б классах (12,6 и 11, 5 ц/га соответственно). I класс характеризуется ранними датами установления 0 и 5 °С и длительностью этих переходов в пределах нормы. В этом случае наблюдается стремительное установление благоприятных условий по термическому режиму. 2 класс отличается долгим и поздним переходом к О °С и нормальным установлением вегетационного периода. Низкая урожайность

наблюдается во 2 и 5 классах (10,2 и 10, 4 ц/га соответственно). Для 2 класса характерно позднее и быстрое установление 0 °С и нормальный переход к 5 °С, для 5 класса - раннее и быстрое установление 0 °С и раннее по дате, но нормальное по длительности перехода установление вегетационного периода.

В Томске высокая урожайность наблюдается в 3, 4 и 6 классах (15,4, 15,2 и 15, 3 ц/га соответственно). В 3 классе погодные условия весеннего перехода соответствуют нормальному установлению 0 °С и раннему и быстрому установлению 5 °С. 4 класс характеризуется поздним и долгим переходом к положительным температурам, нормальным по дате перехода, но быстрым по длительности этого перехода установлением-вегетационного периода. В б классе отмечается раннее и быстрое установление 0°С и нормальным по дате, но долгим по длительности перехода установлением 5 °С. В этом случае наблюдаются благоприятные условия по сохранению зимних влагозапасов в почве. Устойчивый переход к положительным температурам в пределах нормы и позднее и долгое установление вегетационного периода соответствует 5 классу, который характеризуется низкой урожайностью зерновых культур (11,8 н/га).

Климатообусловленное повышение урожайности яровых зерновых культур в Западной Сибири за последние десятилетия составило 6 % за 10 лет, что свидетельствует о возможном значительном росте продуктивности зернового хозяйства региона за счет более эффективного использования почвенно-климатических ресурсов.

На основании оценок биоклиматического потенциала по регионам России, ожидаемая урожайность зерновых культур при интенсификации земледелия в Западно-Сибирском регионе может достигать 55 ц/га при современном климате.

Таким образом, своевременная оценка режимов формирования погодных условий в весенний период может быть использована в качестве корректировки в процессе принятия решений потребителем метеорологической информации, в частности, для выработки агрономической политики на полевой сезон.

В заключении можно сказать, что при исследовании климатических показателей термического режима теплого периода года и их современных тенденций впервые были получены средние характеристики и характеристики динамики временных показателей термического режима для юга Западной Сибири.

Выявленные крупномасштабные циркуляционные процессы, формирующие различные режимы на юге Западной Сибири, могут быть использованы для уточнения долгосрочных прогнозов на вегетационный сезон для данной территории, которые даются Гидрометцентром Россш!.

Публикации по теме диссертации:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Барашкова Н.К. Переход температуры воздуха через 0 и 5 "С на юге Западной Сибири: режим, статистические характеристики и сопутствующие циркуляционные условия / Н.К. Барашкова, И.В. Кужевская, О.В. Носырева // Вестник Томского государственного университета. - 2009. - № 325. - С. 191-195.-0,6/0,2 п.л.

2. Барашкова Н.К. Состояние и климатические тенденции временных показателей теплого периода года на юге Западной Сибири / Н.К. Барашкова, И.В. Кужевская, О.В. Носырева // Оптика атмосферы и океана. - 2011. - Т. 24. -№2.-С. 119-123.-0,6/0,2 п.л.

Публикации в других научных изданиях:

3. Носырева О.В. Динамика вегетационного режима для территории Томской и Кемеровской областей / О.В. Носырева, И.В. Кужевская // Известия Бийского отделения Русского географического общества. - Бийск : БПГУ им. В.М. Шукшина, 2006. - Вып. 26. - С. 144-147. - 0,5 / 0,3 п.л.

4. Носырева О.В. Применение статистических методов анализа для агрометеорологического районирования территории (на примере Томской и Кемеровской областей) / О.В. Носырева, И.В. Кужевская // Геосистемы: факторы развития, рациональное использование, методы управления : Международная научная конференция. 29 сен.- 4 окт. 2008 г. : [материалы]. -Туапсе : Стерх, 2008. - С. 203-206. - 0,3 / 0,2 п.л.

5. Носырева О.В. Оценка вегетационного периода территории Томской и Кемеровской областей / О.В. Носырева // Наука и образование : XII Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. 20-24 апр. 2009г. : [материалы]. - В 6 т. Т. 1. Естественные и точные науки. 4.2. География, информатика и информационные технологии, химия, биология, экспериментальная и клиническая медицина. - Томск : Изд-во ТГПУ, 2009. - С. 42-47. - 0,4 п.л.

6. Барашкова Н.К. Роль погодного фактора начала вегетационного периода в урожайности зерновых культур / Н.К. Барашкова, И.В. Кужевская, О.В. Носырева // VIII Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу : Российская конференция. 8-10 окт. 2009 г.: [материалы] / под ред. М.В. Кабанова. - Томск: Аграф-Пресс, 2009. - С. 86-88. - 0,2 / 0,07 п.л.

7. Кужевская И.В. Оценка агроклиматических ресурсов территории Томской и Кемеровской области / И.В. Кужевская, О.В. Носырева // Вопросы географии Сибири: сборник статей. - Томск : ТГУ, 2009. - Вып. 27. - С. 188-190. - 0,4 / 0,2 п.л.

8. Барашкова Н.К. Циркуляционные процессы в период установления устойчивых среднесуточных 5° С температур в Томске / Н.К. Барашкова, И.В. Кужевская, О.В. Носырева // Контроль окружающей среды и климата : VI Всероссийский симпозиум. 5-7 июл. 2010 г. : [материалы] / под общ. ред. М.В. Кабанова, A.A. Тихомирова. - Томск : Аграф-Пресс, 2010. - С. 235-237. -0,4 / 0,13 пл.

9. Барашкова H.K. Оценка роли погодного фактора вегетационного периода в урожайности зерновых культур / Н.К. Барашкова, И.В. Кужевская, О.В. Носырева // Наша новая школа : Всероссийская научно-практическая конференция. 22 апреля 2010 г.: [материалы]. - Красноярск, 2010. - Вып. 5. - С. 78-85.-0,5/0,2 п.л.

10. Носырева О.В. Оценка климатических условий безморозного г. Томска / О.В. Носырева // Труды / Томский гос. ун-т. - Томск, 2010. - Сер. Геолого-географическая : Т. 277 : Актуальные вопросы географии и геологии. - С. 188-190.-0,4 п.л.

11. Носырева О.В. Анализ тенденций метеорологических условий территории Западной Сибири / О.В. Носырева // Географическое изучение территориальных систем : V Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. 18-21 апр. 2011 г. : [материалы]. - Пермь : Пермский государственный университет, 2011. - С. 146-149.-0,3 п.л.

12. Носырева О.В. Влияние метеорологических условий на развитие и распространение вредителей сельскохозяйственных культур / О.В. Носырева, P.P. Донгурак // Труды / Томский гос. ун-т. - Томск, 2011. Сер. Геолого-географическая : Т. 280 : Современные проблемы географии и геологии. - С. 157-160.-0,5/0,25 п.л.

13. Носырева О.В. Весенний период установления устойчивых среднесуточных 5 °С температур на юге Западной Сибири и сопутствующие циркуляционные процессы / О.В. Носырева // Геосистемы: факторы развития, рациональное природопользование, методы управления : II Международная научно-практическая конференция. 4-8 октября 2011 года : [материалы]. -Краснодар, 2011. - С. 180-182. - 0,4 п.л.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

1 Основные особенности климата

1.1 Исследование изменения климата России

1.2 Климатические условия Западной Сибири

1.3 Климатология теплого периода года

2 Методика исследования

2.1 Исходные данные

2.2 Метод определения даты устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через заданное пороговое значение

2.3 Методы, используемые в статистической обработке данных

3 Исследование термического режима теплого периода года территории юга Западной Сибири

3.1 Термический режим периода перехода температуры через О °С (теплый период)

3.2 Термический режим периода перехода температуры через 5 °С (вегетационный период)

3.3 Термический режим периода перехода температуры через 10 °С (период 10 °С)

3.4 Термический режим периода перехода температуры через 15 °С (период 15 °С)

3.4 Период устойчивого перехода температуры через 20 °С

3.5 Анализ взаимосвязей представленных характеристик

4 Исследование дат перехода температуры через 0 и 5 °С и сопутствующих циркуляционных условий

4.1 Классификация дат перехода методами математической статистики

4.2 Результаты классификация периодов перехода с привлечением циркуляционных условий в атмосфере

4.3 Сопоставление классов дат и ПВФЗ с урожайностью некоторых сельскохозяйственных культур

Заключение

Список использованных источников и литературы Приложения

Подписано в печать 19/05.2012 г. Формат А4/2. Ризография Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 08/05-12. Отпечатано в ООО «Позитив-НБ» 634050 г. Томск, пр. Ленина 34а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Носырева, Ольга Владимировна, Томск

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТГУ)

На правах рукописи

Носырева Ольга Владимировна

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ТЕПЛОГО ПЕРИОДА ГОДА И ИХ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ДЛЯ

ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 25.00.30 — Метеорология, климатология, агрометеорология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

00

С) Научный руководитель

СО д-р физ.-мат.наук, профессор Г.О. Задде СМ

со °

О) О

СМ 2

Томск 2012

Оглавление

Введение 4

1 Основные особенности климата 10

1.1 Исследование изменения климата России 11

1.2 Климатические условия Западной Сибири 16

1.3 Климатология теплого периода года 24 2 Методика исследования 31

2.1 Исходные данные 31

2.2 Метод определения даты устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через заданное пороговое значение 32

2.3 Методы, используемые в статистической обработке данных 35

3 Исследование термического режима теплого периода года территории

юга Западной Сибири 41

3.1 Термический режим периода перехода температуры через 0 °С (теплый период) 43

3.2 Термический режим периода перехода температуры через 5 °С (вегетационный период) 62

3.3 Термический режим периода перехода температуры через 10 °С (период 10 °С) 71

3.4 Термический режим периода перехода температуры через 15 °С (период 15 °С) 80

3.4 Период устойчивого перехода температуры через 20 °С 87

3.5 Анализ взаимосвязей представленных характеристик 89

4 Исследование дат перехода температуры через 0 и 5 °С и сопутствующих циркуляционных условий 95

4.1 Классификация дат перехода методами математической

96

статистики

4.2 Результаты классификация периодов перехода с привлечением циркуляционных условий в атмосфере 107

4.3 Сопоставление классов дат и ПВФЗ с урожайностью некоторых

сельскохозяйственных культур 120

Заключение 125

Список использованных источников и литературы 127

Приложение 1 Средние значения дат переходов и продолжительности периодов 138

Приложение 2 Графики основных характеристик периодов перехода температуры через 5, 10, 15 °С 142

Приложение 3 Карты-схемы пространственного распределения характеристик периодов перехода температуры через 5,10, 15 °С 155

Приложение 4 Сводные таблицы средних значений характеристик по пятилетиям периодов перехода температуры через 0, 5, 10, 15 °С 164

Приложение 5 Алгоритм программы для определения дат перехода

І

через заданные пределы 173

Введение

Актуальность работы. Мониторинг термического режима в условиях меняющегося климата находится в поле зрения отечественных и зарубежных климатологов. Значительная часть территории России находится в области максимального как наблюдаемого, так и прогнозируемого потепления. В большинстве работ, посвященных этой теме [4, 10, 16, 20-28 и др.], рассматриваются изменения температуры воздуха, осредненной за год или за длительные отрезки годового цикла (полугодие, сезон, месяц) в целом для Северного полушария или для крупных географических областей и экономических районов. Оценки изменения сроков перехода температуры через заданные пределы, такие как 0, 5, 8, 10, 15 °С, являющихся границами так называемых, теплого, вегетационного и отопительного периодов, а также длительность переходов и продолжительность периодов с указанными температурами, по территории Западной Сибири до настоящего времени детально не рассматривались. Для выделенного региона с его развитым топливно-энергетическим и аграрным сектором, продолжительным отопительным периодом данная проблема особенно актуальна.

Для предвидения возможных климатических изменений необходимо, как один из важных этапов, изучение истории климата, выяснение роли различных физических механизмов в его формировании. Особый интерес представляет выявление факторов, вызывающих его естественные колебания, одним из которых остается атмосферная циркуляция [5].

Погодообразующие процессы, определяющие климат конкретного района, представляют сложную систему, формирующуюся под влиянием циркуляции нижней и верхней атмосферы, подстилающей поверхности. Множество обуславливающих факторов делаю,т невозможным подобрать две абсолютно идентичные синоптические ситуации. В то же время, макросиноптические процессы обладают определенной общностью, и наблюдаются в течение продолжительных периодов времени то в одном, то в

другом районе и обуславливают, в результате, длительные и хорошо выраженные аномалии температурного режима. Такая аномальность погоды определяется, в первую очередь, интенсивностью и географической локализацией южных и северных потоков воздуха в тропосфере в конкретный период времени, т.е. характером проявления меридиональных и зональных процессов.

Долгосрочная и качественная оценка метеорологических явлений, влияющих, на народно-хозяйственный комплекс и жизнедеятельность человека, зависит от уровня количественных зависимостей, установленных для конкретной территории в определенном временном масштабе. В результате появляется возможность эффективного реагирования на заранее предвиденные погодные изменения и использования их для собственной пользы. ,

Климатическая составляющая сельскохозяйственного производства во многом определяется метеорологическими условиями начала вегетационного периода, основными характеристиками которого являются даты устойчивого перехода температуры воздуха через 0, 5, 10, 15 °С, а также продолжительность периодов установления этих температур.

Статистический анализ этих характеристик и сопутствующих циркуляционных условий является необходимым этапом для поиска зависимостей для их прогноза.

Цель и задачи работы. Целью работы являлось исследование климатических характеристик термического режима теплого периода года и сопутствующих им циркуляционных условий, а так же оценка роли погодного фактора вегетационного периода в урожайности зерновых культур. Для достижения поставленных целей решались следующие основные задачи:

1. Исследовать динамику основных климатических характеристик теплого периода года и его подпериодов на юге Западной Сибири;

{

2. Оценить циркуляционные процессы в период установления устойчивых среднесуточных 5 °С температур в исследуемом регионе;

3. Исследовать зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от погодообразующих процессов.

Материалы и методика исследования. Исходными данными для расчетов в работе послужили значения среднесуточной температуры воздуха, сумм осадков для 14 гидрометеорологических станций Томской, Новосибирской, Кемеровской областей и Алтайского края за период с 1961 по 2005 гг. Для исследования циркуляционных условий переходных сезонов привлекались характеристики планетарной высотной фронтальной зоны (ПВФЗ), информация об элементарно-циркуляционных механизмах (ЭЦМ) по типизации Б.Л. Дзердзеевского, данные по урожайности зерновых культур Алтайского края и Томской области за период с 1970 по 2005 гг.

Для автоматического и объективного определения дат переходов температуры через заданные пределы был реализован алгоритм на базе Fox Pro (Приложение 5), с помощью которого также были найдены суммы температур и осадков за устойчивые периоды. Кроме того, использовались пакеты программ (Excel, Statistica, Surfer), включающие в себя стандартные методы обработки рядов наблюдений на основе математической статистики, с использованием корреляционно-регрессионного, гармонического, кластерного анализов, графических методов. Значимость полученных оценок проверялась путем расчета стандартных критериев.

Научная новизна.

1. Разработан и практически реализован алгоритм расчёта по методике Д. А. Педя дат перехода температуры через заданные пороговые значения, с помощью которого также рассчитаны суммы температур и осадков за выделенные периоды.

2. Впервые за период с 1936 по 2005 гг. были получены базовые агроклиматические характеристики (даты перехода температуры через 0, 5, 10, 15 и 20 °С, продолжительность периодов и длительность перехода через 0

и 5 °С, суммы температур и осадков за периоды перехода температуры через О, 5, 10, 15 и 20 °С) и характеристики динамики временных показателей термического режима (средние по пятилетним периодам, отклонения от средних многолетних значений и интегрально-разностные кривые продолжительности, сумм температур и осадков за периоды перехода температуры через указанные пределы) для юга Западной Сибири.

3. Выявлены эпохи положительной направленности смещения отклонений от среднего по интегрально-разностным кривым для продолжительности, сумм температур и осадков за периоды перехода температуры через заданные пределы, начиная с 1980-1990 гг.

4. Проведена классификация дат переходов температуры через 0 и 5 °С с привлечением в признаковое поле данных о состоянии ПВФЗ и типах ЭЦМ по типизации Б. Л. Дзердзеевского для выявления роли циркуляционных процессов в режиме длительности перехода • температуры через заданные пределы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Установлено, что в последние десятилетия в теплый период года на юге Западной Сибири отмечается положительная динамика сумм температур, сумм осадков и продолжительности периодов перехода температуры через 0, 5, 10,15 °С.

2. Определена принципиальная возможность классификации дат и длительности устойчивых переходов температуры через 0 и 5 °С на юге Западной Сибири по данным о пространственно-временном положении ПВФЗ в указанном регионе.

3. В границах выделенных классов для дат и длительности устойчивых переходов температуры через 0 и 5 °С на юге Западной Сибири выявлена зависимость урожайности зерновых культур Алтайского края и Томской области от режимов формирования погодных условий в весенний период.

Практическая значимость работы.

Результаты данного исследования позволяют глубже и детальнее понять динамику и структурные особенности начала безморозного периода, который имеет множество прикладных аспектов (начало сезона повышенной пожароопасности, вегетационного сезона, окончание активного отопительного сезона и др.) на юге Западной Сибири. Кроме того, выявленные крупномасштабные циркуляционные процессы, формирующие различные режимы переходных периодов, могут быть использованы для уточнения долгосрочных прогнозов режимов для данной территории. Оценка режимов формирования погодных условий в весенний период может применяться в качестве корректировки в процессе принятия решений потребителем метеорологической информации, в частности, для выработки агрономической политики на полевой сезон. Отдельные разделы работы могут быть использованы в теоретических и практических курсах «Агрометеорология» и «Агроклиматология».

Апробация работы и публикации.

Результаты исследований докладывались на Всероссийских конференциях и симпозиумах: в 2007 г.' - Всероссийская научная конференция «Современные проблемы гидрологии» в ТГУ, в 2009 г. -Всероссийская конференция «Современные проблемы климатологии», посвященная O.A. Дроздову в Санкт-Петербургском государственном университете, Всероссийская конференция «VIII Сибирское совещание по климатоэкологическому мониторингу» в Институте мониторинга

климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск), в 2010 г. - VII

i

Всероссийский симпозиум «Контроль окружающей среды и климата» в Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск), в 2010 г. - Всероссийская молодёжная научная конференция «Актуальные вопросы географии и геологии» (ТГУ).

По результатам научных исследований опубликовано 13 научных статей, две работы находятся в печати. Две статьи опубликованы в журналах,

входящих в список ВАК: «Вестник Томского государственного университета», «Оптика атмосферы и океана». Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и ряда приложений. Объем диссертации составляет 180 страниц, включая 71 рисунок, 20 таблиц, 5 приложений. Список литературы насчитывает 108 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю

признательность научному руководителю д.ф.-м.н. Г.О. Задде, к.г.н. И.В.

i

Кужевской, к.г.н. Н.К. Барашковой и всем сотрудникам кафедры метеорологии и климатологии ТГУ.

1. Основные особенности климата

I

а

Климатическая система Земли изменяется в результате сложных

«

нелинейных взаимодействий между отдельными компонентами, а также под влиянием внешних воздействий, таких как извержения вулканов, изменения

I

солнечной активности, хозяйственная деятельность (изменения химического состава атмосферы и землепользования).

Климат в узком, но широко распространенном смысле, есть обобщение (осреднение) состояний погоды и представляется набором условий погоды в заданной области пространства в заданный интервал времени [23]. Для характеристики климата используется статистическое описание в терминах средних, экстремумов, показателей изменчивости соответствующих величин и частот явлений за выбранный период времени. Все эти дескриптивные статистические характеристики называются климатическими переменными. В этом определении подчеркивается как географический (область пространства), так и исторический (период времени) характер климата. В качестве стандартного периода для оценивания климатических переменных, характеризующих текущий или современный климат, по рекомендации ВМО используется период в 3 десятилетия. В настоящее время — это период с 1961 по 1990 гг. Для различных целей выбираются и другие периоды, например, в 4-м отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата используются 20-летние периоды.

Формирование климата в принятом авторами [48, 74, 80] смысле происходит в результате особенностей энергетического взаимодействия в климатической системе и циркуляции в атмосфере и океане.

1.1 Исследование изменения климата России

Основная территория России располагается на севере Евразийского континента. Огромные размеры страны, неоднородность подстилающей поверхности и возникающее в этих условиях разнообразие циркуляционных процессов формируют климатический режим, отличающийся большим разнообразием. С одной стороны, почти на 67 % территории страны сохраняется сплошная или островная вечная мерзлота, половину года на большей части территории удерживается ( отрицательная температура воздуха, с другой, в южной части страны в летнее время часто возникают засухи, суховеи, пыльные бури и лесные пожары.

Изменения климата могут оцениваться как разности климатических переменных, характеризующих сравниваемые периоды времени, или как тенденции изменений климатических переменных внутри одного периода. Следует подчеркнуть, что климат характеризует состояние реальной климатической системы. Соответственно обнаруженные изменения климата реальны (соответствуют действительности), если их величина превосходит ошибку оценки изменений.

В качестве меры интенсивности климатических изменений за указанный интервал времени используется коэффициент линейного тренда, определенный по методу наименьших квадратов и характеризующий среднюю скорость изменений климатической переменной, соответствующую тренду. В качестве меры существенности тренда приводится доля дисперсии климатической переменной, объясняемая трендом, выраженная в процентах от полной дисперсии климатической переменной за рассматриваемый интервал времени. Для оценки статистической значимости тренда используется 1 % или 5 % уровень значимости или указывается критический уровень значимости (наименьший уровень значимости, при котором отвергается гипотеза об отсутствии тренда).

Наблюдаемое в настоящее время изменение климата характеризуется как "продолжающееся глобальное потепление". Реальность глобального потепления подтверждается многими фактами. Так, обнаруженное по данным наблюдений повышение глобальной1 температуры у поверхности земли сопровождается повышением среднего уровня океана и уменьшением площади снежного покрова на суше Северного полушария [28]. Глобальная приповерхностная температура вычисляется как средняя из температуры приземного воздуха над континентами (на высоте 2 м над поверхностью, как правило, в метеорологической будке) и температур воды поверхности морей и океанов. Для пространственного осреднения используются не сами значения температуры, а их аномалии, т. е. отклонения от средних значений за выбранный базовый период.

Известно, что глобальное потепление Земли в XX и начале XXI веков было не вполне однородным (рис. 1.1). Выделяются три интервала: потепление 1910-1945 гг., слабое похолодание 1946-1975 гг. и наиболее интенсивное потепление после 1976 г. Эти изменения были обнаружены и в России [81, 10, 20,21,22].

С семидесятых годов XX века увеличилось количеств�