Многолетние изменения климата крупных городов Среднего Поволжья

Салахова, Рауиле Халимуловна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Многолетние изменения климата крупных городов Среднего Поволжья
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Многолетние изменения климата крупных городов Среднего Поволжья"

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный университет имени В.И. Ульянова-Ленина»

УДК 551.582.1 (471.43-21)

На правах рукописи

С ал ахова Рауиле Халимуловна

МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА КРУПНЫХ ГОРОДОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ (НА ПРИМЕРЕ УЛЬЯНОВСКА И КАЗАНИ)

Специальность 25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Казань - 2006

Работа выполнена на кафедре метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского государственного университета

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Юрий Петрович Переведенцев

доктор географических наук, профессор Александр Александрович Васильев

Доктор физико-математических наук, профессор Антонина Николаевна Фахрутдинова

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный университет)

Защита диссертации состоится 16 февраля 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.081.20 по специальности 25.00.30 -метеорология, климатология, агрометеорология в Казанском государственном университете по адресу: 420018, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, корп. 2,15 этаж, аудитория 1512.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета

Автореферат разослан 16 января 2006 г.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент

Ю.Г. Хабутдинов

~7зб]С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучение региональных климатических изменений на фоне происходящего глобального потепления климата в современный период представляет большое научное и практическое значение. Особый интерес в связи с этим проявляется к истории инструментальных метеорологических наблюдений, служащих основой климатического мониторинга. В двух крупных городах Среднего Поволжья Казани и Симбирске (ныне Ульяновске) эта история насчитывает около двух столетий. Сопоставление данных многолетних наблюдений за погодой и климатом в этих городах с другими известными источниками позволяет выявить общие закономерности и индивидуальные специфические черты, обусловленные как природными, так и антропогенными факторами, роль которых становится все более заметной в последние десятилетия. Современный период характеризуется активными процессами урбанизации, в городах проживает каждый третий житель планеты. В них под влиянием деятельности человека формируется своя экосистема, изменяется состояние воздушного бассейна и климат по сравнению с сельской местностью и т.д. Это делает все более актуальными исследования динамики климата крупных промышленных центров. Тем более, что в отличии от многих крупных городов России, для которых опубликованы климатические описания, до сих пор нет книги «Климат Ульяновска».

Лель работы состоит в изучении многосторонней картины метеорологических исследований в Ульяновске (Симбирске), Казани и оценке изменений климата по данным инструментальных наблюдений, в выявлении региональных особенностей климатического режима.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• описание истории метеорологических и геофизических наблюдений и исследований в Ульяновске и Казани выполненных в Х1Х-ХХ столетиях;

• восстановление однородности ряда метеорологических наблюдений в Ульяновске за весь период наблюдений;

• оценка долгопериодных изменений климата городов Казани и Ульяновска Х1Х-ХХ столетиях;

• расчет прикладных климатических характеристик;

• выявление роли атмосферной циркуляции в изменениях температурного режима городов Ульяновска и Казани;

Научная новизна работы состоит в следующем:

• восстановлена объективная картина истории метеорологических наблюдений в Ульяновске;

• получены новые эмпирические оценки изменчивости климата в крупных промышленных центрах Среднего Поволжья - Ульяновске и Казани;

• показана роль атмосферной циркуляции и городского фактора в долгопериодных изменениях термического режима городов.

Практическая значимость работы:

• выводы, сделанные в диссертации, позволяют получить более полное представление о физических механизмах формирования изменений городского климата в условиях Среднего Поволжья;

• восстановленный ряд температуры для Ульяновска может быть использован при производстве различных практических расчетов;

• рассчитанные прикладные климатические характеристики имеют социально-экономическое значение для городского хозяйства;

Исторические сведения о метеорологических исследованиях в Ульяновске (Симбирске) использованы в экспозициях и работе единственного в России музея «Метеорологическая станция Симбирска», в вузовских и школьных курсах по краеведению.

Основные защищаемые положения

• Восстановленный однородный ряд многолетних наблюдений за температурой воздуха в Ульяновске - научная основа для объективной оценки долговременных изменений климата региона;

• Долгопериодные изменения температуры воздуха в Казани и Ульяновске имеют единую физическую природу;

• Атмосферная циркуляция играет важную роль в формировании термического режима в городах Среднего Поволжья;

• Современное глобальное потепление климата оказало значительное влияние на окружающую среду, отразилось на величине ряда важнейших для экономики прикладных климатических характеристик;

Апробаиия работы

Результаты работы были представлены на следующих конференциях:

1. Итоговой научной конференции Казанского государственного университета (2002-2006 гг.);

2. Первой научной конференции, посвященной ученому и краеведу С.Л. Сытину (Ульяновск, 2003);

3. Всероссийской научной конференции «Современные глобальные и региональные изменения геосистем» (Казань, 2004);

4. Международной научной конференции «Научные реконструкции в экспозиционной и образовательной деятельности музеев» (Москва, 2005);

5. Всероссийской научной конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования» (Казань, 2005);

6. Региональной научно-практической конференции «Географические исследования и образование в регионе» (Казань, 2005);

7. Научных чтениях, посвященных 70-летию проф. Ф.В. Аглиуллина: «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем в зоне хвойно-широколиственных лесов» (Казань, 2006).

Автором работы разработана научная методология по созданию единственного в России музея подобного профиля «Метеорологическая станция Симбирска», реализованная на практике. В фонде музея собраны уникальные материалы по истории метеорологических наблюдений в Симбирске, коллекция метеорологических приборов XIX-XX столетий. Музей ведет большую познавательную и воспитательную работу среди школьников и студентов Ульяновска.

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе в 1 монографии и 1 очерке.

Результаты работы неоднократно обсуждались на научных семинарах кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского университета в период 2002-2006 гг.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Основной текст изложен на 138 страницах. Работа содержит 18 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 91 наименования.

Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность научному руководителю д.г.н., профессору Ю.П. Переведенцеву, а также к.г.н., доценту K.M. Шанталинскому, к.г.н., доценту Э.П. Наумову и другим сотрудникам кафедры за оказанную помощь в работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формируются цель и задачи, определяется объект и предмет исследования, обосновывается научная новизна результатов исследования и их практическая значимость.

Первая глава посвящена истории развития метеорологических наблюдений и исследований в Ульяновске и Казани в ХСХ-ХХ столетиях. Отмечается актуальность изучения истоков зарождения гидрометеорологических наблюдений столь необходимых как для развития самой метеорологической науки, так и практического обслуживания различных отраслей экономики, социальной сферы. Отмечается важная организационно-методическая роль профессоров Казанского университета в становлении метеорологических наблюдений в Симбирске в первой половине XIX столетия. Заложил основы наблюдательной метеорологии в Симбирске выпускник Казанского университета учитель Симбирской гимназии Д.М. Перевощиков (будущий академик, ректор Московского университета) в

1812 г. Метеорологические наблюдения в 30-х годах XIX столетия производились по инструкции профессора Казанского университета Э.А. Кнорра «Наставление учителям Казанского учебного округа для делания метеорологических наблюдений». Материалы наблюдений пересылались в Казанский университет.

С середины XIX столетия большую методическую и организационную помощь в создании сети метеостанций на территории Симбирской губернии оказали сотрудники Главной физической обсерватории (С.-Петербург). Наблюдения стали проводиться по утвержденной в ГФО, ныне ГГО им. А.И. Воейкова, инструкции на стандартных метеорологических приборах и их результаты печатались в бюллетенях обсерватории. В работе приводятся соответствующие исторические сведения об этом периоде и более позднем этапе становления гидрометслужбы региона. Так как наблюдения в Симбирске (Ульяновске) не производились в одном месте (имели место переносы метеостанций, а также перерывы в наблюдениях), то необходимо было решить задачу по воссозданию однородного ряда многолетних наблюдений за температурой воздуха в Ульяновске с использованием методов разностей и корреляционного анализа по данным ряда близлежащих станций (включая ст. Казань, университет). В результате был восстановлен ряд для периода 1877-2000 гг.

В заключении главы дано краткое описание истории становления и развития метеорологических наблюдений и исследований в Казанском университете, сыгравшем важную роль в изучении климата Востока Европейской России в Х1Х-ХХ столетиях.

Во второй главе рассматриваются физико-географические и климатические условия городов Казани и Ульяновска. Дается краткая характеристика радиационного и циркуляционного режимов Среднего Поволжья, отмечается роль циклонической деятельности, обстоятельно изученной трудами казанских метеорологов (Н.В. Колобов и др.), в формировании погоды региона.

Физико-географическое описание городов способствует пониманию особенностей формирования в них климатического режима, различий в термическом и влажностном режимах.

В третьей главе рассматриваются изменения климата Казани и Ульяновска за период инструментальных наблюдений (1828-2000 гг.). Для выявления региональных особенностей распределения температуры воздуха рассчитывался ряд статистических параметров за различные периоды XX столетия: 1901-2000, 1961-2000, 1961-1990, 1991-2000 гт., что позволяет охарактеризовать его в целом и по частям, включая самое теплое десятилетие века. Поскольку ведется сравнение полученных результатов для Казани и Ульяновска, то привлекались к рассмотрению дополнительно еще два периода: 1877 - 1938 и 1939 -2000 гг. Естественно, что вначале расчеты

выполнялись для всего периода совместных наблюдений: 1877-2000 гг. (табл. 1). Климатические показатели выражают в компактном виде наиболее важные свойства распределений, облегчают анализ и сравнение между собой метеорологических рядов. В работе рассчитывались следующие статистические характеристики - климатическая норма, среднее квадратическое отклонение (СКО), мода, медиана, коэффициенты асимметрии и эксцесса и др.

Таблица 1

Основные статистические характеристики температуры воздуха

городов Казани и Ульяновска за период 1877 - 2000 гг.

Характеристика Месяцы Год

I | П |Ш|1У|У|У1|УП|УШ|К|Х|Х1|ХП

Казань

Среднее -12,51 -11,51 -5,38 4,54 13,18 18,04 20,08 17,75 11,59 4,09 -3,55 -9,55 3,90

Медиана -12,20 -11,20 -5,40 4,60 13,10 17,90 20,05 17,45 11,50 4,05 -ЗД0 -9,30 3,93

Мода -10,60 -14,40 -8,20 3,80 12,90 17,60 21,30 17,30 11,10 3,10 -2,40 -8,40 4,12

СКО 3,70 3,51 2,68 2,74 2,30 1,99 1,83 1,68 1,90 2,21 2,76 3,47 1,05

Дисперсия 13,71 12,31 7,17 7,51 5,30 3,95 3,34 2,83 3,62 4,90 7,64 12,03 1,09

Эксцесс -0,37 -0,27 -0,50 -0,14 0,04 -0,17 -0,71 0,59 -0,02 -0,24 -0,01 -0,60 -0,07

Асимметрия -0,23 -0,07 -0,12 0,24 -0,06 0,24 0,07 0,61 0,14 -0,14 -0,52 -0,17 0,11

Размах 16,10 17,20 12,60 13,20 12,00 9,70 7,90 9,40 9,50 10,50 12,80 15,60 5,42

Минимум -21,20 -20,20 -12,30 -1,20 6,40 13,60 16,10 14,00 7,20 -1,80 -10,80 -18,50 1,39

Максимум -5,10 -3,00 0,30 12,00 18,40 23,30 24,00 23,40 16,70 8,70 2,00 -2,90 6,81

Ульяновск

Среднее -12,76 -12,19 -6,03 4,51 13,03 17,70 19,65 17,59 11,54 3,90 -3,70 -9,72 3,63

Медиана -12,25 -12,00 -6,20 4,50 12,90 17,50 19,55 17,30 11,45 3,80 -3,40 -9,75 3,63

Мода -12,00 -12,00 -6,40 3,80 12,50 18,00 18,60 16,60 9,60 3,50 -2,00 -13,70 3,15

СКО 3,83 3,85 2,78 2,66 2,34 1,87 1,79 1,67 1,87 2,17 2,81 3,43 1,02

Дисперсия 14,69 14,84 7,71 7,05 5,47 3,51 3,21 2,79 3,51 4,69 7,89 11,80 1,03

Эксцесс -0,28 0,02 -0,55 -0,10 0,18 -0,29 -0,25 0,28 0,22 0,05 0,10 -0,79 0,47

Асимметрия -0,34 -0,18 0,03 0,18 -0,14 0,24 0,27 0,63 0,26 -0,10 -0,55 -0,13 -0,09

Размах 16,80 19,63 12,60 12,94 13,00 9,00 9,00 9,00 9,40 11,70 12,89 14,00 5,61

Минимум -22,30 -23,00 -11,90 -1,20 5,80 13,50| 16,00 14,10 7,30 -2,50 -11,09 -17,20 0,88

Максимум -5,50 -3,37 0,70 11,74 18,80 22,50 25,00 23,10 16,70 9,20 1,80 -3,20 6,48

Ввиду того, что города Казань и Ульяновск находятся в умеренном поясе, отличающемся активной циркуляцией атмосферы, температурные условия характеризуются здесь большой изменчивостью от года к году, что проявляется не только в средних суточных значениях температуры воздуха, но и в средних месячных величинах. Как видно, зима в Ульяновске несколько суровее, чем в Казани.

Максимальное значение среднеиюльской температуры в Ульяновске выше, что объясняется его более южным расположением и предрасположенностью к весенне-летним засухам. Большие междумесячные

изменения температуры воздуха отмечаются в Казани и Ульяновске в переходные сезоны года, особенно весной, что видно из данных табл. 1. Все это свидетельствует о континентальном характере климата региона.

В теплый период изменчивость средних месячных температур воздуха в 1,5-2,5 раза меньше, чем в холодный, что свидетельствует о большей зависимости средних температур от особенностей и характера циркуляции в холодный период.

Сравнение статистических характеристик температуры двух городов за весь период 1877-2000 гг. указывает на их значительное сходство, что объясняется их географической близостью, однородностью физико-географических условий и общим циркуляционным фоном. Этот вывод относится и к распределению по месяцам года коэффициентов асимметрии и эксцесса.

Так, в Казани за исключением двух месяцев (август А=0,61, ноябрь А=-0,52) асимметрия достаточно мала. В Ульяновске в годовом плане отмечается та же картина (август А=0,63, ноябрь А=-0,55). Интересно отметить, что в период интенсивного потепления климата, начиная с 1976 г., в ноябре стали чаще отмечаться аномалии холода, что и привело к левосторонней скошенности. Коэффициент эксцесса среднемесячной температуры здесь также как и в Казани невелик: |£| < 0,5 для большинства месяцев (исключение составляют март (-0,55) и декабрь (-0,79). По годовым данным £=0,47. Для зимы эксцесс - 0,26. Таким образом, кривая распределения температуры для Ульяновска также достаточно близка к нормальному распределению.

В табл. 1 дано распределение минимальных и максимальных средних месячных значений температуры в 2-х городах Среднего Поволжья. Размах колебаний (¿пик - ¿тт) в Ульяновске наиболее велик и составляет 19,6° (февраль), минимум отмечается летом 9° в июле. Величина СКО меняется в пределах от 1,67° (август) до 3,85° (февраль). Заметим, что в феврале температурный режим менее устойчив, чем в январе. В Казани также величина размаха колебаний наиболее значительна в феврале 17,2°С, минимум перепада отмечается в августе (7,90°С), когда о-=1,68°, т.е. межгодовая изменчивость температуры минимальна.

Из данных таблицы 2 обнаруживается факт возрастания неустойчивости температурного режима в январе и феврале в период 1939 - 2000 гг. по сравнению с 1877 - 1938 гг. как в Казани, так и в Ульяновске, о чем свидетельствует возрастание величин СКО. В то же время, в октябре и ноябре в обоих городах период 1877-1938 гг. был менее устойчивым (значения СКО в Казани достигали соответственно 2,42 и 2,97°, а в Ульяновске 2,38; 2,97е), чем более поздний период.

Следует также отметить, что среднегодовые температуры воздуха, как в Казани, так и в Ульяновске в период 1939-2000 гг. повысились по отношению

к периоду 1877-1938 гг.: в Казани на 0,75, а в Ульяновске на 0,33°С. Возросло также значение СКО среднегодовых температур соответственно на 0,19 и 0,27°.

Из табл. 2 видны особенности годового хода температуры рассчитанные для 20 столетия в целом для сравниваемых городов, отмечены годы с максимальными и минимальными значениями среднемесячных . температур, представлен годовой ход СКО для различных периодов.

Как и следовало ожидать, для Ульяновска самым теплым является десятилетие 1991-2000 гг. Разность между среднемесячными значениями, рассчитанными по этому десятилетию и климатической нормой (1961-1990 гг.) особенно велика в январе (3,01°), в июне 1,36°. Однако, в мае, августе, ноябре температуры были заметно ниже нормы, и эти разности составили соответственно: -0,58° (май); -0,47° (август); -1,70° (ноябрь).

Интересно отметить, что в Казани аналогичные разности составили в январе 2,57°, в июне 1,6°, в мае (-0,45°), в августе (-0,49°), ноябре (-1,45°). Практически все совпадает по знаку и величине.

Таблица 2

Распределение среднемесячных температур воздуха и СКО по периодам

Период Месяцы Год

i | п | ш | iv | v I VI | vn | vm | ix I х | xi | хп

Казань

1901-2000(1) -12,04 -11,39 -5,12 4,96 13,14 18,30(20,09 17,84 11,75 4,13 -3,38 -9,29 4,08

1961-2000(2) -11,61 -10,34 -3,99 5,71 13,70 18,3020,20 17,63 11,85 4,54 -3,04 -8,29 4,55

1961-1990(3) -12,25 -10,64 -4,19 5,42 13,81 17,90(20,16 17,75 11,82 4,17 -2,68 -8,34 4,41

1991-2000(4) -9,68 -9,44 -3,40 6,55 13,36 19,5020,32 17,26 11,93 5,63 -4,13 -8,11 4,98

1877-1938 -13,02 -12,05 -6,04 3,87 12,95 17,6320,09 17,70 11,35 3,93 -3,65 -10,49 3,52

1939-2000 -12,00 -10.98 -4,72 5,21 13,41 18,45|20,06 17,81 11,83 4,25 -3,46 -8,60 4,27

СКО

1901-2000 3,62 3,71 2,55 2,65 2,38 2,03 1,88 1,74 1,90 2,14 2,71 3,33 1,04

1991-2000 2,72 3,79 1,74 3,10 2,53 1,87 1,81 0,68 2,12 1,53 3,39 2,22 0,94

1877-1938 3,11 3,34 2,65 2,62 2,28 1,79 1,84 1,69 1,89 2,42 2,97 3,33 0,88

1939-2000 4,18 3,61 2,56 2,71 2,32 2,10 1,83 1,69 1,90 1,99 2,56 3,37 1,07

Максимумы

1901-2000 -5,1 -3,0 0,3 12,0 18,4 23,3 24,0 23,4 16,7 8,7 2,0 -2,9 6,8

Год 1983 1995 1990 1975 1995 1906 1921 1948 1931 1972 1909 1905 1923 1960 1995

Минимумы

1901-2000 -20,8 -20,2 -12,0 -1,2 6,4 13,6 16,1 14,0 7,8 -1,8 -10,6 -18,5 1,4

Год 1942 1956 1963 1923 1918 1930 1926 1980 1956 1973 1993 1976 1993 1955 1941

Продолжение таблицы 2

Период Месяцы Год

I | П | Ш | IV 1 V 1 VI | УП |УШ| IX | X | XI |хп

Ульяновск

1901-2000(1) -12,41 -12,22 -5,96 4,89 12,95 17,88 19,58 17,59 11,65 3,90 гЗ,57 -9,56 3,73

1961-2000(2) -11,88 -11,38 -5,16 5,59 13,40 17,76 19,31 17,27 11,68 4,15 -3,18 -8,67 4,07

1961-1990(3) -12,63 -11,75 -5,33 5,38 13,54 17,42 19,26 17,39 11,66 3,82 -2,75 -8,67 3,95

1991-2000(4) -9,62 -10,29 -4,65 6,21 12,96 18,77 19,46 16,92 11,74 5,16 -4,45 -8,67 4,46

1877-1938 -13,02 -12,33 -6,26 3,85 12,95 17,49 19,99 17,74 11,44 3,87 -3,72 -10,49 3,46

1939-2000 -12,50 -12,04 -5,79 5,16 13,12 17,91 19,30 17,45 11,64| 3,92 -3,68 -8,95 3,79

СКО

1901-2000 3,83 4,11 2,75 2,57 2,42 1,94 1,80 1,74 1,87 2,12 2,79 3,29 1,06

1991-2000 2,80 4,40 2,37 2,91 2,69 1,91 1,84 0,90 1,98 1,44 3,62 2,40 1,03

1877-1938 3,15 3,48 2,78 2,56 2,38 1,75 1,84 1,68 1,93 2,38 2,97 3,39 0,86

1939-2000 4,42 4,21 2,78 2,60 2,31 1,98 1,68 1,67 1,82 1,95 2,67 3,33 1,13

Максимумы

1901-2000 -5,5 -3,4 0,7 11,7 18,8 22,5 25,0 23,1 16,7 9,2 1,8 -3,5 6,5

Год 1983 1995 1990 1975 1995 1906 1921 1948 1931 1972 1909 1905 1923 1960 1995

Минимумы

1901-2000 -22,3 -23,0 -П,9 -1,2 5,8 13,5 16,0 14,1 V -2,5 -11,1 -17,2 0,9

Год 1942 1956 1963 1923 1918 1930 1926 1980 1956 1973 1993 1976 1993 1955 1941

Выявленные отрицательные отклонения температуры в мае и ноябре (похолодание) являются характерными для всего востока Европейской части России. Май - последний месяц весны, ноябрь - осени. Весенний возврат холодов обусловлен циркуляционным фактором - затоком арктического воздуха, что может вызывать заморозки и т.п.

При анализе векового хода температуры более естественно использовать гидрологический год (ноябрь-октябрь). В этом случае сохраняется непрерывность зимнего процесса. Анализ динамики среднегодовых значений температур, начиная с 1877 г., в Ульяновске, показывает на их систематический рост (положительный тренд). Скорость прироста составляет 0,89°С/100 лет (коэффициент детерминации порядка 7%).

Для выявления долгопериодной динамики в климатических изменениях температурные ряды подвергались сглаживанию с помощью низкочастотного фильтра Потгера. Пропускающая способность фильтра Потгера регулировалась таким образом, что при этом полностью подавлялись лишь те циклические колебания температуры, длина периодов которых не достигала 30 лет.

При этом важно отметить, что сравнение сглаженных долгопериодных компонент средней за гидрологический год температуры показывает, что приблизительно до 1901 г. в Ульяновске было теплее на 0,2°, затем кривые пересеклись, расстояние между ними стало увеличиваться и, начиная с 1965 г., кривые идут параллельно, т.е. процесс стабилизировался (рис. 1).

Таким образом, в XIX столетии естественный фактор в формировании городского климата (Ульяновск расположен южнее г. Казани примерно на 200 км) играл первостепенную роль из-за сравнительной малости этих городов. Более южный Волжский город имел более теплый климат, но в XX столетии из-за интенсивного развития г. Казани на первое место вышел антропогенный фактор, и разность средних температур между городами стала положительной (до 0,5°С).

Рис. 1. Долгопериодная компонента (более 30 лет) средней за гидрологический год температуры воздуха на станциях Казань, университет и Ульяновск.

Долгопериодные компоненты (длины периодов более 30 лет) средней температуры холодного периода на ст. Казань, университет и в Ульяновске, вычисленные для января, декабря-февраля, ноября-марта ведут себя синфазно. Начиная с 1895 г., температура в Казани в холодную половину года выше, чем в Ульяновске. Значение разности между городами достигает максимума в 1942 г. Казань теплее Ульяновска в январе на 1,4°, зимой на 1°, в холодный период на 0,8° по сглаженным данным. Антропогенный фактор

однонаправленного действия способствует росту температуры в крупном городе, однако естественный фактор играет первостепенную роль в формировании долгопериодных колебаний климата. Действительно, начиная с 1945 г., отмечается быстрый подъем температуры рассматриваемых двух городов (восходящая ветвь), уменьшение разностей и проявление синфазных колебаний в ее изменениях, что свидетельствует об их общей физической природе. Вероятнее всего это проявление глобального потепления и влияние циркуляции. На графике для января обнаруживаются колебания с периодом 35 лет (рис. 2).

В теплый период складывается аналогичная ситуация. Между городами имеет место устойчивое температурное различие (Казань теплее Ульяновска). Эта разность достигает более 1°С в июле 1995 г., 0,65° в летний период и 0,5° в теплый период того же года, т.е. с увеличением временного периода осреднения происходит сглаживание контрастов между станциями. Долгопериодные колебания температуры происходят в обоих городах синфазно во всех случаях: в июле, июне-августе, апреле-октябре. При этом за весь теплый период различия проявляются в меньшей степени, чем в холодный период. Как и зимой, начиная с 1895 г. в Казани теплее; в летний период (июнь-август) температурные различия между городами, начиная с 1920 г., увеличиваются. В июле картина наиболее сложная - выделяются колебания с периодом ~ 35 лет. С течением времени разности температур между Казанью и Ульяновском в июле, июне-августе, апреле-октябре увеличиваются и достигают следующих значений: в июле до 1,7°; в июне-августе до 1,0°, в апреле-октябре 0,6°С. Долгопериодные составляющие температуры изменяются синхронно (период 30 - 35 лет).

В работе также рассмотрен ряд прикладных климатических характеристик, рассчитанных по данным ст. Казань, университет за 1944-2003 гг. Построены уравнения трендов дат перехода среднесуточной температуры воздуха через 0, 5, 10 и 15°С весной и осенью, согласно которым весной происходит их сдвиг к началу года, а осенью, наоборот, к более поздним датам. Рассмотрена динамика продолжительности теплого и холодного, вегетационного и отопительного периодов, рассчитаны их средние температуры, суммы активных температур, а также временной ход индекса биологической эффективности климата. Свидетельством формирования острова тепла в городе является обнаруженный факт внутринедельного нарастания температуры от понедельника к выходным в январе на 1,2° за счет тепловых выбросов.

Обращает также на себя внимание однотипный характер изменения долгопериодной компоненты средней температуры холодного периода выявленный при дополнительном рассмотрении пяти метеорологических

станций - Казани, Больших Кайбиц, Тетюш, Ульяновска и Сенгилея, протянувшихся с севера на юг.

температуры воздуха на станциях Казань, университет и в Ульяновске в январе (вверху) и в июле (внизу)

Разность между температурами Ульяновска и Сенгилея повсеместно отрицательная (для холодного периода), сказывается более южное географическое положение Сенгилея, а разность между температурами Казани и Б. Кайбиц уже положительная (роль крупного города сказывается более эффективно, чем географическое положение).

Долгопериодные компоненты (т > 30 лет) средней температуры теплого периода на всех станциях испытывают колебания (т ~ 35 лет). В июле в Казани теплее, причем колебания июльских температур двух городов (Казань, Ульяновск) синфазные, в июне - августе картина сложнее. В целом за теплый период (апрель - октябрь) обнаруживается заметное различие между Сенгилеем, Казанью и Ульяновском с одной стороны и пунктами Б. Кайбицы, Тетюши с другой, где температура заметно ниже.

В 4 главе рассматривается роль атмосферной циркуляции в изменчивости температурного режима региона. Как известно, циркуляционный фактор является одним из климатообразующих. Циркуляция подвержена пространственно-временным изменениям. Для характеристики ее интенсивности и направленности используются различные параметры. К наиболее известным критериям классификации атмосферной циркуляции относятся зональный и меридиональный индексы циркуляции Каца.

В работе были рассчитаны индексы зональной I, и меридиональной 1М циркуляции Каца по известной методике для Приказанского региона 50 - 60° с.ш. и 40 - 60° в.д. для периода 1873 - 2003 гт. по данным о давлении в узлах регулярной сетки 2,5 х 2,5°. Затем полученные значения /3 и 1М подверглись статистической обработке и анализу параллельно с температурой в г. Казани и Ульяновске. Индексы зональной и меридиональной циркуляции испытывают ярко выраженный годовой ход (рис.3).

Для научных и практических целей важно знать степень корреляционной зависимости температуры воздуха от изменений циркуляции. Расчеты коэффициентов линейной корреляции производились между температурой воздуха в Казани и значениями индексов /3 и 1М для различных месяцев по трем периодам (табл.3). Как видно из таблицы, связь между температурой и зональной циркуляцией наиболее тесная и положительная по знаку в зимний период и особенно в 1938-2003 гг., значение г достигает 0,71 (в более ранний период г<0,55). Это неслучайно, т.к. в этот заключительный отрезок времени наблюдалось усиление зональной циркуляции, что привело к росту зимних температур (потеплению). В теплое время года знак коэффициента корреляции отрицателен (летом в случае усиления зональной циркуляции температура понижается). Корреляционные связи температуры с индексами меридиональной циркуляции оказались значительно слабее по величине.

Рис. 3. Годовой ход параметров индексов циркуляции Каца в Приказанском регионе.

Причем в теплый период величина г > 0 и растет по сравнению с холодным периодом. Так, в июле г = 0,46. Это обусловлено усилением южной составляющей меридиональных потоков в летний период, что приводит к росту летних температур.

Однако, если температура воздуха имеет значительную тенденцию роста особенно в январе (3,1°С/100 лет), то индексы атмосферной циркуляции подвержены более слабым изменениям как в зимний, так и в летний период.

Дифференцированный анализ поведения линейных трендов и низкочастотных компонент 13 и 1М в январе, зимой и в холодный период показывает, что произошли существенные структурные изменения в режиме атмосферной циркуляции. Если до 1970-х годов индексы Каца менялись синфазно, то затем зональная компонента значительно возросла, а меридиональная стала понижаться. В январе прослеживается 50- летний цикл колебаний. Коэффициент наклона линейного тренда испытывает слабый рост наиболее заметный в зимний период.

Таблица 3

Коэффициенты линейной корреляции между температурой воздуха в Казани и значениями зонального и меридионального индексов циркуляции в приказанском регионе

Месяцы Период

1873-2003 1873-1937 1938-2003

г(Т_1г) [ 0,57 0,42 0,70

ХП-П 0,62 0,55 0,71

Х1-Ш 0,53 0,47 0,65

VII -0,50 -0,46 -0,55

У1-УШ -0,44 -0,44 -0,45

ГУ-Х -0,16 -0,10 -0,33

г(Т_1т) I 0,19 0,00 0,26

ХП-П 0,05 -0,15 0,10

хып 0,11 -0,02 0,17

УП 0,43 0,43 0,46

У1-УШ 0,31 0,32 0,36

[У-Х 0,31 0,39 0,33

С целью выявления динамики процесса были рассчитаны скользящие 31 -летние значения коэффициента линейной корреляции между температурой воздуха в Казани и индексами циркуляции в январе, декабре-феврале и ноябре-марте. В январе имеет место ярко выраженный положительный тренд коэффициента корреляции между температурой и зональным индексом (рис.4). Уравнение тренда у = 0,0039 г +0,4226 (Я2 = 0,7398). Начиная с 1888 г. по 1988 г., величина коэффициента корреляции возросла от 0 до 0,8 (с меридиональным индексом корреляция более слабая и произошел ее рост от 0 до 0,4). В зимний и холодный период в целом картина более сглаженная, но тенденция усиления отмеченной связи сохраняется.

Корреляционная связь между температурой и зональной циркуляцией в течение всего теплого периода имеет отрицательный знак и со временем происходит ее рост по абсолютной величине, с меридиональной же циркуляцией за исключением июля связь положительная и она несколько возрастает с 1888 до 1988 г.

Рис. 4. Скользящие 31-летние значения коэффициента линейной корреляции между температурой воздуха в Казани и индексами циркуляции 13 (вверху) и 1М (внизу) в январе

Таблица 4

Коэффициенты линейной корреляции между температурой воздуха в Казани и Ульяновске и значениями зонального и меридионального индексов

Месяц ы Пеоиоп

1877-2000 1877-1938 1939-2000

Казань Ульянове Казань Ульянове Казань Ульяновск

г{Т_1,) I 0.60 0.62 0.44 0.44 0.74 0.75

хп-п 0.63 0.64 0.53 0.55 0.73 0.71

Х1-Ш 0,53 0.56 0.42 0,46 0.68 0,66

VII -0.53 -0.49 -0.55 -0.50 -0.51 -0.52

-0.46 -0.44 -0.46 -0.45 -0.46 -0.46

Г/-Х -0.20 -021 -0.16 -0.16 -0,33 -0.29

г(Т_1т) I 021 0.17 0.02 -0.01 031 027

хп-п 0.04 0.04 -0.09 -0.09 0.06 0.07

хг-ш 0.14 0,12 0.04 0.05 0.15 0.15

VII 0.44 0.42 0.39 0.37 0.50 0.44

У1-УШ 0,32 0,30 0,28 0,20 0,42 0,38

ТУ-Х 0,32 0,36 0,38 0,41 0,35 0,35

В табл. 4 приводятся данные, характеризующие тесноту корреляционных связей между изменениями термического и циркуляционного режимов региона для трех временных периодов: 1877-2000, 1877-1938 и 1939-2000 гг. Выявилось, что в более поздний период (1939 - 2000 гг.) связь между

температурным и циркуляционным режимами стала более тесной (табл. 4). Так, для января, зимы и холодного периода в целом величины коэффициентов корреляции между температурой и зональным индексом заметно возросли. При этом различия в значениях коэффициентов корреляции, рассчитанных для Казани и Ульяновска несущественны ввиду их географической близости. Связь между температурой и зональным индексом в холодный период положительная. Западные потоки способствуют росту температуры. Однако в июле и в летний период значения коэффициентов корреляции заметно уменьшаются по величине и становятся отрицательными (как в течение всего теплого периода). В более ранний период (1877 - 1938 гг.) характер связей между температурой и циркуляцией сохраняется (в холодный период г > 0, в теплый г<0), однако нет существенных различий по величине г между зимним и летним периодами.

Меридиональная циркуляция оказывает существенно меньшее влияние на термический режим в холодный период по сравнению с зональной. Об этом свидетельствуют небольшие по величине значения коэффициентов корреляции, рассчитанные между температурой и индексом меридиональной циркуляции. В теплый период происходит существенный рост величин г особенно в 1939 - 2000 гг. При этом значения коэффициентов корреляции положительны, что свидетельствует о преобладающем влиянии южной меридиональной циркуляции на температурный режим.

Заключение

Основные выводы, полученные в результате проведенного исследования состоят в следующем:

1. Изучена история метеорологических инструментальных наблюдений и исследований в Симбирске-Ульяновске в течение Х1Х-ХХ столетий. Показано благотворное организационно-методическое влияние казанских ученых на первом этапе становления метеорологии в Симбирске (первая половина XIX века) и сотрудников Главной физической обсерватории (СПб), на втором этапе (середина и вторая половина ХГХ столетия).

2. Восстановлена однородность ряда температуры воздуха для Ульяновска в период 1877-2000 гг. Подсчитаны основные статистические характеристики температуры воздуха городов Казани и Ульяновска как в целом для периода 1877-2000 гг., так и для подпериодов: 1877-1938,1939-2000,1901-2000,19612000, 1961-1990, 1991-2000 гг., что позволило охарактеризовать различные этапы формирования климатических условий города, включая экстремальные отклонения. Дан анализ расхождений в основных климатических показателях Казани и Ульяновска, установлена близость эмпирических кривых распределения температуры в 2-х городах к нормальному закону. Выявилось, что в Ульяновске зима несколько суровее, чем в Казани, межгодовая

изменчивость температуры в Ульяновске также несколько превышает казанский уровень.

3. Выявлено, что до 1901 г. среднегодовая температура в Казани была на 0,2°С ниже, чем в Симбирске, к 1990 г. из-за более интенсивного развития Казани ее среднегодовая температура превысила на 0,54°С среднегодовую температуру Ульяновска.

В последние десятилетия XX века (1970-2000 гг.) зимнее потепление климата в Ульяновской области более значительное, чем в Татарстане, в летний период ,наоборот, отмечается, некоторое уменьшение температуры воздуха в Ульяновске и его окрестностях.

4. Показано, что в самое теплое десятилетие XX века (1991-2000 гг.) по сравнению с климатической нормой, вычисленной за 30-летний период (19611990 гг.), наибольший прирост температуры отмечается в зимний период (в январе в Казани положительная аномалия 2,57°, а в Ульяновске 3,01°С), однако в отдельные месяцы года - в мае, августе и ноябре в обоих городах отмечается похолодание (в ноябре аномалии составили соответственно -1,70 и-1,45°С).

5. Для выявления антропогенного фактора в формировании городского климата рассчитывались статистические характеристики температуры для 2-х подпериодов 1939-1969 и 1970-2000 для пяти станций - Казань, Большие Кайбицы, Тетюши, Ульяновск, Сенгилей. Выявилось, что зимний период более позднего подпериода повсеместно стал более теплым, чем более ранний. Изменения температуры в летний период менее однородны, а в Ульяновске и Сеншлее отмечается некоторое похолодание, что свидетельствует о снижении континентальности климата в конце XX столетия.

Выявлены долгопериодные колебания температуры на всех станциях региона примерно с периодом 35 лет. Построены линейные тренды температуры для всех станций по месяцам и сезонам.

6. Анализ прикладных характеристик, рассчитанных для Казани, показал, что наблюдается тенденция к сокращению продолжительности холодного периода со скоростью 19 дней/100 лет и отопительного (6 суток/100 лет) и соответственно увеличение продолжительности теплого и вегетационного периодов. Средняя температура холодного периода возрастает со скоростью 1,4°С/100 лет, средняя же температура теплого периода испытывает слабую тенденцию к уменьшению со скоростью -0,4°С/100 лет. В вегетационный период наблюдается тенденция увеличения числа дней с осадками (~ 2 дня/100 лет) и суммы осадков со скоростью 79мм/100 лет.

7. Вычислен многолетний годовой ход индексов зональной 13 и меридиональной 1„ циркуляции и величины СКО этих индексов в Приказанском регионе для периода 1873-2003 гг. по данным о приземном давлении в узлах регулярной сетки 2,5 х 2,5°. Индекс 13 достигает максимума

в ноябре-декабре (0,7 гПа / °экв.), минимума в июле (-0,05 гПа / °экв,). Величина 1„ меняется от 0,4 гПа / °экв в декабре до -1,5 гПа / °экв в июле. Величина СКО для индексов 13 меняется в пределах от 0,45 (январь-февраль) до 0,23 гПа / 0 экв в августе. Величина СКО для меридионального индекса циркуляции 1м изменяется от 0,4 (февраль) до 0,18 гПа / °экв (август).

Тренд - анализ и поведение низкочастотных компонент 13 и 1м (отфильтрованы колебания с периодом т< 30 лет) показали, что к 1970 г. произошли существенные структурные изменения атмосферной циркуляции: усиление роли зональной компоненты в холодный период.

8. Методами корреляционного анализа установлена статистически значимая зависимость изменений температурного режима региона от характера циркуляции для 2-х подпериодов: 1873-1937 и 1938-2003 гг. В холодный период коэффициенты корреляции (г) между зональным индексом циркуляции и температурной положительны и возрастают до 0,70 (январь, 1938-2003 гг.). Летом, наоборот, величина г<0 (в июле г= -0,55 в 1938-2003 гг.) Меридиональная циркуляция оказывает значительно меньшее влияние на термический режим холодного периода (г невелики) по сравнению с зональной. В теплый период (особенно в подпериод 1938-2000 гг.) коэффициенты корреляции между индексами меридиональной циркуляции и температурой положительны, что свидетельствует о преобладающем влиянии южной меридиональной циркуляции на термический режим (в июле г=0,46).

Анализ рассчитанных скользящих 31-летних значений коэффициента корреляции между температурой и индексами циркуляции показал, что в январе формируется ярко выраженный положительный тренд коэффициента корреляции между температурой и 13 (г достигает 0,8 к 1988 г.) С меридиональным индексом корреляции более слабая (г= 0,4 к концу периода).

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дом хорошей погоды. - «Мономах», 2004, № 3, с. 36-37

2. История развития метеорологических исследований в Симбирске -Ульяновске. - Материалы первой научной конференции, посвященной ученому и краеведу С.Л. Сытину. Ульяновск, 2004, с. 117-121

3. История развития метеорологических исследований в Симбирске-Ульяновске. Межвуз. сб. научн.трудов «Вопросы прогноза погоды, климата, циркуляции и охраны атмосферы». Пермь, Изд-во Пермск. ун-та, 2003, с. 101-105

4. Образовательная деятельность музея «Метеорологическая станция Симбирск». Материалы Всероссийской научной конференции

«Современные глобальные и региональные изменения геосистем». Казань, 2004, с. 658-659

5. О создании музея «Симбирская метеорологическая станция». Симбирский вестник. Историко-краеведческий сборник. Ульяновск, 1999, вып. 1, с. 177-189

6. Современные изменения климата в Среднем Поволжье (на примере Казани и Ульяновска). Казань, КГУ, 2005, 74 с. (соавторы: Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Тудрий В.Д., Шанталинский K.M.)

7. Первая метеорологическая станция Симбирска. - юбил. сб. науч. Трудов Ульяновск, 2001-2002, с. 7-13

8. Симбирск заповедный. Мир музея, 2004, №6, с.22-25

9. К истории метеорологических исследований в Симбирске-Ульяновске. Казань, КГУ, 2005,26 с.

Ю.Современные изменения климата городов Казани и Ульяновска. Материалы региональной научно-практической конференции «Географические исследования и образование в регионе». Казань, ТГГПУ, 2005, с. 50-54 (соавторы: Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Тудрий В .Д., Шанталинский K.M.)

П.Эколого-климагаческие характеристики г. Казани, Материалы Всероссийской конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования». Казань, КГУ, 2005, с.366-368 (соавторы: Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Тудрий В.Д., Шанталинский K.M.)

12.Многолетние изменения климата крупных городов Поволжья -Казани и Ульяновска. Материалы Научных чтений, посвященных 70-летию проф. Ф.В. Аглиуллина «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем», Чебоксары, «Новое время» 2005, с.419-425

13.Динамика агроклиматических показателей в районе Казани в XX веке. Материалы Научных чтений, посвященных 70-летию проф. Ф.В. Аглиуллина «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем», Чебоксары, «Новое время» 2005, с.393-398 (соавторы: Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Наумов Э.П., Шанталинский K.M.)

14.06 изменчивости температурного режима в Казани во второй половине XX века. Материалы Научных чтений, посвященных 70-летию проф. Ф.В. Аглиуллина «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем», Чебоксары, «Новое время» 2005, с.399-407 (соавторы: Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Шанталинский K.M.)

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательского центра Казанского государственного университета им.В.И.Ульянова-Ленина Тираж 125 экз. Заказ 1/9

420008, ул. Университетская, 17 тел.: 231-53-59,292-65-60

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Салахова, Рауиле Халимуловна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ В СИМБИРСКЕ -УЛЬЯНОВСКЕ И КАЗАНИ.

1.1 Метеорологические наблюдения и исследования в Симбирске-Ульяновске в Х1Х-ХХ столетиях.

1.2 Становление и развитие метеорологических исследований в Казани.

2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ГОРОДОВ КАЗАНИ

И УЛЬЯНОВСКА.

2.1 Основные факторы климата.

2.2 Физико-географическая характеристика г. Казани

2.3 Физико-географическая характеристика г. Ульяновска.

3. ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА В КАЗАНИ И УЛЬЯНОВСКЕ

ЗА ПЕРИОД ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ.

3.1 Основные статистические характеристики температуры воздуха за период 1877-2000 гг.

3.2 Оценки временных изменений климата Казани и Ульяновска.

3.3 Прикладные климатические характеристики.

• 4. РОЛЬ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ФАКТОРА В КЛИМАТИЧЕСКОЙ

ИЗМЕНЧИВОСТИ.

4.1 Основные сведения о параметрах атмосферной циркуляции.

4.2 Влияние циркуляции атмосферы на температурный режим

Казани и Ульяновска.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Многолетние изменения климата крупных городов Среднего Поволжья"

Актуальность темы. Изучение региональных климатических изменений на фоне происходящего глобального потепления климата в современный период представляет большое научное и практическое значение. Особый интерес в связи с этим проявляется к истории инструментальных метеорологических наблюдений, служащих основой климатического мониторинга. В двух крупных городах Среднего Поволжья - Казани и Симбирске (ныне Ульяновске) эта история насчитывает около двух столетий. Сопоставление 'данных многолетних наблюдений за погодой и климатом в этих городах с другими известными источниками позволяет выявить общие закономерности и индивидуальные специфические черты, обусловленные как природными, так и антропогенными факторами, роль которых становится все более заметной в последние десятилетия. Современный период характеризуется активными процессами урбанизации, в городах проживает каждый третий житель планеты. В них под влиянием деятельности человека формируется своя экосистема, изменяется состояние воздушного бассейна, и климат по сравнению с сельской местностью и т.д. Это делает все более актуальными исследования динамики климата крупных, промышленных центров.

Тем более, что в отличии от многих крупных городов России, для которых опубликованы климатические описания, до сих пор нет книги «Климат Ульяновска».

Цель работы состоит в изучении многосторонней картины метеорологических исследований в Ульяновске (Симбирске), Казани и оценке изменений климата по данным инструментальных наблюдений, в выявлении региональных особенностей климатического режима.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: • описание истории метеорологических и геофизических наблюдений и исследований в Ульяновске и Казани, выполненных в Х1Х-ХХ столетиях;

• восстановление однородности ряда метеорологических наблюдений в Ульяновске за весь период наблюдений;

• оценка долгопериодных изменений климата городов Казани и Ульяновска Х1Х-ХХ столетиях;

• расчет прикладных климатических характеристик;

• выявление роли атмосферной циркуляции в изменениях температурного режима городов Ульяновска и Казани;

Научная новизна работы состоит в следующем:

• восстановлена объективная картина истории метеорологических нао блюдений в Ульяновске;

Практическая значимость работы:

Основные положения, которые выносятся на защиту:

• многолетние метеорологические наблюдения и исследования в Среднем Поволжье в Х1Х-ХХ столетиях создали научную базу для объективной оценки изменений климата;

• Долгопериодные изменения температуры воздуха в Казани и Ульяновске имеют единую физическую природу;

Апробация работы и публикации Результаты работы были представлены на следующих конференциях:

1. Итоговой научной конференции Казанского государственного университета (2002-2006 гг.);

2. Первой научной конференции, посвященной ученому и краеведу С.Л. Сытину (Ульяновск, 2003);

7. Научные чтения, посвященные 70-летию проф. Ф.В. Аглиуллина: «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем в зоне хвойно-широколиственных лесов» (Казань, 2006)

Автором работы разработана научная методология по созданию единственного в России музея подобного профиля «Метеорологическая станция Симбирска», реализованная на практике. В фонде музея собраны уникальные материалы по истории метеорологических наблюдений в Симбирске, , коллекция метеорологических приборов Х1Х-ХХ столетий. Музей ведет большую познавательную и воспитательную работу среди школьников и студентов Ульяновска.

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе в 1 монографии и 1 очерке.

Результаты работы неоднократно обсуждались на научных "семинарах кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского университета, в период 2002-2006 гг.

Проблема глобальных и региональных изменений окружающей среды и климата становится в настоящее время как никогда актуальной в связи с усиливающимся влиянием антропогенных факторов, в том числе с продолжающимся ростом концентрации С02 и других парниковых газов в атмосфере. Согласно новейшим расчетам с использованием глобальных климатических моделей, к концу XXI в. средняя глобальная температура воздуха может повыситься на 1,5 - 5,8°С, если концентрация С02 удвоится (Израэль и др., 2001). Отметим, что наиболее яркой особенностью в изменении климата минувшего XX столетия является его глобальное потепление. По имеющимся оценкам (Груза, Ранькова, 2003) средняя годовая глобальная температура приземного слоя воздуха за последние 100 лет увеличилась на 0,6±0,2°С. Анализ ее временных рядов позволил выявить неоднородный характер отмеченного потепления (рис 1): в период 1910-1946 гг. происходило потепление, в 1947 - 1975 гг. - слабое похолодание и, начиная с 1976 г., отмечается фаза наиболее интенсивного потепления, которое продолжается и по настоящее время (2005 г.). Согласно климатическим прогнозам, темпы глобального потепления в XXI в., как минимум, удвоятся (Всемирная конференция по изменению климата, 2003).

1855 1865 1875 1885 1895 1905 1915 1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005

Годы

Рис. 1. Многолетний ход глобальной температуры воздуха и ее долгопериодной компоненты с периодом более 30 лет и линейный тренд у

Особенностью потепления последних десятилетий, зафиксированного мировой сетью инструментальных метеорологических наблюдений, согласно данным Межправительственной группы экспертов по изменениям климата (МГЭИК), является то, что оно охватывает также и тропическую зону. При этом в умеренных и высоких широтах Северного полушария оно выражено # главным образом в холодное время года, тогда как в период 1910-1940 гг. потепление происходило одновременно зимой и летом. Естественно, возникает вопрос - каковы же причины современного глобального потепления и что следует ожидать в будущем. Однозначного ответа на этот вопрос ныне не существует. В настоящее время широко обсуждаются в основном две версии объяснения происходящего потепления - антропогенная (рост температуры за счет быстрого повышения концентрации парниковых газов - парниковый эффект) и естественная.

Первой позиции придерживается МГЭИК, подготовившая доклад по этой проблеме (Изменения климата, 2001). Недавней ратификацией Киот-ского протокола Россия по существу признала эту версию официально.

Согласно другой (конкурирующей) версии глобальное потепление, наметившееся со времени завершения малой ледниковой эпохи, объясняется в основном действием факторов естественного происхождения. Сторонники указанной концепции (Даценко, Монин, Сонечкин и др., 2004) указывают, что период наиболее интенсивного роста глобальной температуры XX столетия (90-ые годы) приходится на восходящую ветвь 60-летнего колебания, выявленного ими в индексах, характеризующих термическое и циркуляционное состояние атмосферы. При этом высказывается предположение, что современные колебания климата являются следствием нелинейных реакций климатической системы (КС) на квазипериодические внешние воздействия (чандлеровские биения полюсов Земли, циклы лунно-солнечных приливов и солнечной активности, циклы обращения наиболее крупных планет солнечной системы вокруг общего центра и т.п.).

Такая неопределенность объясняется исключительной сложностью КС с ее многочисленными обратными связями между компонентами и многомасштабной нелинейной динамикой, дефицитом информации о ее состоянии.

Большое внимание в последние годы стало уделяться природным и социально-экономическим последствиям глобальных и региональных изменений климата. Четко прослеживается антропогенное воздействие на земную поверхность, океаны, побережья и атмосферный воздух, а также на биоразнообразие, круговорот воды и биогеохимические циклы, которые выходят за пределы природной изменчивости. По мнению (Осипов, 2001), изменение температуры воздуха вызывает развитие ряда процессов в геосферных оболочках Земли, способных оказать как положительное, так и отрицательное воздействие на природную среду. С последним связано снижение безопасности общества и рост ущербов от стихийных бедствий. Так, в 1995 - 1999 гг. ежегодных крупных стихийных бедствий по отношению к 1965 - 1969 гг. в среднем стало втрое больше. Только в Азиатско-Тихоокеанском регионе за последние 30 лет погибло почти 1,4 млн., пострадало же около 4 млрд. человек (Угрозы земных стихий, 2005). Огромный ущерб понесли США, Мексика, Куба и др. страны от тропических ураганов, разыгравшихся осенью 2005 г.

Современный период характеризуется активными процессами урбанизации. Стремительно растут города, в которых сегодня проживает каждый третий житель планеты. Воздействие современного города на окружающую природную среду велико и многообразно (Владимиров, 1999). В то же время в крупных городах (принято называть так города с населением 500 тыс. человек) под влиянием деятельности человека формируется своя экосистема, изменяется состояние воздушного бассейна (воздух загрязняется) и климата. Характерным для крупных городов является рост температуры в центре города на 1 - 2°С по сравнению с окрестностями, формирование «острова тепла», снижение скорости ветра, происходят заметные изменения в метеорологическом режиме. Изучению специфики формирования метеорологических и климатических условий в крупных городах посвящена обширная литература. В последние годы ряд интересных материалов по этой проблеме опубликован в Докладах РАН (Кондратьев, Матвеев, 1998, 2005). Этот интерес вполне закономерен, так как постоянно ухудшающаяся экологическая обстановка на планете особенно ярко проявляется на территориях, подвергшихся урбанизации (Романова и др., 2000). Не являются исключением и крупные города Среднего Поволжья - Казань и Ульяновск, где метеорологические наблюдения проводятся не одно десятилетие. В последующих главах рассматриваются вопросы, связанные с формированием системы мониторинга климатических изменений в физико-географических условиях Среднего Поволжья на примере двух крупных промышленных центров, результаты статистической обработки многолетних метеорологических наблюдений, позволивших вскрыть основные закономерности региональных климатических изменений в XIX-XX столетиях.

Работа вписывается в общий контекст научных исследований,выполняемых под эгидой Всемирной программы исследований климата (ВПИК), главными целями которой являются - оценка предсказуемости климата и степени антропогенного воздействия на климат, что неразрывно связано с описанием и пониманием физических процессов, отвечающих за изменчивость и предсказуемость климата в сезонных, межгодовых, десятилетних и столетних масштабах на основе использования имеющихся данных наблюдений и интерактивных моделей климатической системы (Кондратьев, 2005).

Автор выражает свою искреннюю благодарность и глубокую признательность научному руководителю д.г.н., профессору Ю.П. Переведенцеву, а также к.г.н., доценту K.M. Шанталинскому, к.г.н., доценту Э.П. Наумову, к.г.н., доценту A.A. Николаеву и другим сотрудникам кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского университета за оказанную помощь в работе. и

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Салахова, Рауиле Халимуловна

Основные выводы по работе имеют следующий вид.

2. Восстановлен однородный длиннопериодный ряд непрерывных измерений температуры для Ульяновска в период 1877-2000 гг. Подсчитаны основные статистические характеристики температуры воздуха городов Казани и Ульяновска как в целом для периода 1877-2000 гг., так и для подпериодов: 1877-1938, 1939-2000, 1901-2000, 1961-2000, 19611990, 1991-2000 гг., что позволило охарактеризовать различные этапы формирования климатических условий города, включая экстремальные отклонения. Дан анализ расхождений в основных климатических показателях Казани и Ульяновска, установлена близость эмпирических кривых распределения температуры в 2-х городах к нормальному закону. Выявилось, что в Ульяновске зима несколько суровее, чем в Казани, межгодовая изменчивость температуры в Ульяновске таюке несколько превышает казанский уровень.

4. Показано, что в самое теплое десятилетие XX века (1991-2000 гг.) по сравнению с климатической нормой, вычисленной за 30-летний период (1961-1990 гг.), рекомендуемой ВМО, наибольший прирост температуры отмечается в зимний период (в январе в Казани положительная аномалия 2,57°, а в Ульяновске 3,01°С, однако в отдельные месяцы года - в мае, августе и ноябре в обоих городах отмечается похолодание (в ноябре аномалии составили соответственно -1,70 и -1,45°С).

5. Для выявления антропогенного фактора в формировании городского климата рассчитывались статистические характеристики температуры для 2-х подпериодов 1939-1969 и 1970-2000 для пяти станций - Казань, Большие Кайбицы, Тетюши, Ульяновск, Сенгилей. Выявилось, что зимний период более позднего подпериода повсеместно стал более теплым, чем более ранний. Изменения температуры в летний период менее однородны, а в Ульяновске и Сенгилее отмечается некоторое похолодание, что свидетельствует о снижении континентальности климата в конце XX столетия.

6. Анализ прикладных характеристик, рассчитанных для Казани, показал, что наблюдается тенденция к сокращению продолжительности холодного периода со скоростью 19 дней/100 лет и отопительного (6 суток/100 лет) и соответственно увеличение продолжительности теплого и вегетационного периодов. Средняя температура холодного периода возрастает со скоростью 1,4°С/100 лет, средняя же температура теплого периода испытывает слабую тенденцию к уменьшению со скоростью -0,4°С/100 лет. В вегетационный период наблюдается тенденция увеличения числа дней с осадками 2 дня/100 лет) и суммы осадков со скоростью 79мм/100 лет.

7. Вычислен многолетний годовой ход индексов зональной 1з и меридиональной 1м циркуляции и величины СКО этих индексов в Приказан-ском регионе для периода 1873-2003 гг. по данным о приземном давлении в узлах регулярной сетки 2,5 х 2,5°. Индекс 13 достигает максимума в ноябре-декабре (0,7 гПа/° экв.), минимума в июле (-0,05). Величина 1м меняется от 0,4 гПа/°экв в декабре до -1,5 гПа/°экв в июле. Величина СКО для индексов 1з меняется в пределах от 0,45 (январь-февраль) до 0,23 г Па/° экв в августе. Величина СКО для меридионального индекса циркуляции 1м изменяется от 0,4 (февраль) до 0,18 гПа/° экв (август).Тренд -анализ и поведение низкочастотных компонент 13 и 1М (отфильтрованы колебания с периодом т< 30 лет) показали, что к 1970 г. произошли существенные структурные изменения атмосферной циркуляции: усиление роли зональной компоненты в холодный период.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Салахова, Рауиле Халимуловна, Казань

1. Адаменко В.Н. Климат больших городов (обзор). Обнинск, ВНИ-ИГМИ-МЦД, 1975,70 с.

2. Багров H.A., Кондратович К.В., Педь Д.А., Угрюмов А.И. Долгосрочные метеорологические прогнозы. JL, Гидрометеоиздат, 1985, 248 с.

3. Батршина С.Ф., Переведенцев Ю.П Динамика снежного покрова на территории Татарстана во второй половине XX столетия. Казань, КГУ, 2005, 100 с.

4. Бедрицкий А.И., Борисенков Е.П., Коровченко A.C., Песецкий В.М. Очерки по истории гидрометеорологической службы России, т. 1. СПб, Гидрометеоиздат, 1997, 343 е.; т.2, 1999, 263 с.

5. Бедрицкий А.И., Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. Гидрометеорологическая служба России: история и современность. СПб, Гидрометеоиздат, 2002, 126 с.

6. Белов П.Н., Переведенцев Ю.П. Теория общей циркуляции атмосферы. Казань. Изд-во Казан, ун-та, 1987, 108 с.

7. Верещагин М.А., Переведенцев Ю.П., Шанталинский K.M. О многолетних колебаниях средней годовой температуры воздуха в Казани. Изв. РГО, 1999, т. 131, вып.1, с.55-59

8. Верещагин М.А., Переведенцев Ю.П., Шанталинский K.M., Тудрий В.Д. Факторный анализ многолетней динамики глобального термического режима приземного слоя воздуха. Изв. РАН, сер.геогр., 2004, №5, с. 34-41

9. Верхунов В.М. Метеорологические исследования в Казани в XIX в. Метеорология и гидрология, 1959, №10, с.40-44

10. Ю.Винников К.Я. Чувствительность климата. JL, Гидрометеоиздат, 1986, 224 с.

11. П.Владимиров A.M., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 423 с.

12. Владимиров B.B. Урбоэкология. М.: Изд-во МНЭПУ, 1999. - 203 с.

13. Воздушный бассейн Ижевска. Москва-Ижевск: Ин-т компьютерных исследований. - 2002, 95 с.

14. М.Всемирная конференция по изменению климата. Москва, 29 сентября -3 октября 2003 г. Труды, Москва, 2004, 624 с.

15. Григорова Е.С. О мезоклимате московского мегаполиса. Метеорология и гидрология, 2004, №10, с.36-45

16. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Колебания и изменения климата на территории России //Изв. РАН, ФАО. 2003. - Т. 39. - №2. - С. 166-185.

17. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивости и экстремальности климата. Всемирная конференция по изменению климат. Мсква, 2004, с. 101-110

18. Даценко Н.М., Монин A.C., Сонечкин Д.М. О колебаниях глобального климата за последние 150 лет // ДАН. 2004. - Т. 399. - № 2. - С. 253256.

19. Дроздов O.A., Васильев В.А., Кобышева Н.В. и др. Климатология. Л., Гидрометеоиздат, 1989, 568 с.

20. Израэль Ю.А., Груза Г.В., Катцов В.М., Мелешко В.П. Изменения глобального климата. Роль антропогенных воздействий // Метеорология и гидрология. 2001. - №5. - С. 5-21.

21. Исаев A.A. Экологическая климатология. М., Изд-во «Научный мир», 2001,456 с.

22. Кац A.A. Сезонные изменения общей циркуляции атмосферы и долгосрочные прогнозы. Д., Гидрометеоиздат, 1960, 270 с.

23. Каштанов С.Г. Гидрохимическая характеристика р. Казанки // Ученые записки Казан, ун-та, 1957, т. 117. Кн.9, с. 282-290

24. Кислов A.B. Возможные механизмы крупных колебаний климата в плейстоцене и голоцене // Изв. РАН. Сер. геогр. 2005. - №2. - С. 38 -44.

25. Кислов A.B. Климат в прошлом, настоящем и будущем М., МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001, 351 с.

26. Климат города Казани / Под ред. Н.В. Колобова. Казань, Изд-во Казан, ун-та, 1976,210 с.31 .Климат и загрязнение атмосферы в Татарстане /Под ред. Ю. П. Пере-веденцева. -Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1995.-155 с.

27. Климат Казани / Под ред. Н.В. Колобова, Э.П. Наумова, Ц.А. Швер. -Д.: Гидрометеоиздат, 1990. 187 с.

28. Климат России / Под ред. Н.В. Кобышевой. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001.-655 с.

29. Климатологический справочник СССР. Вып 12. 4.1. Температура воздуха. Д., Гидрометеоиздат, 1959, 431 с.

30. Кобышева Н.В., Гольберг М.А. Методические указания по статистической обработке метеорологических рядов. Д.: Гидрометеоиздат, 1990.-84 с.

31. Кобышева Н.В., Клюева М.В., Александрова A.A., Булыгина О.Н. Климатические характеристики отопительного периода в субъектах

32. Российской Федерации в настоящем и будущем // Метеорология и гидрология. 2004. - №8. - С. 46 - 52.

33. Кобышева Н.В., Наровлянский Г.Я. Климатологическая обработка метеорологической информации. Л.: Гидрометеоиздат, 1978, 295 с.

34. Колобов Н.В. Климат Среднего Поволжья. Казань: Изд-во Казан, унта, 1968.-253 с.

35. Колобов Н.В. Работы Казанского университета по синоптической метеорологии в прошлом веке. Ученые записки Казан, ун-та, 1956, т. 116, кн.5, с. 223-227

36. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф. Глобальная динамика климата: перспективы разработок. 1. Стратегия развития Всемирной программы исследований климата. Изв. РГО, 2005, вып. 3, с.1-16

37. Кондратьев К .Я., Матвеев Л.Т. О роли основных примесей в формировании и колебаниях климата Земли // ДАН. 2005. - Т. 401. - № 3. - С. 399-402.

38. Кондратьев К.Я., Матвеев Л.Т. Основные факторы формирования острова тепла в большом городе // ДАН. 1998. - Т. 367. - № 2. - С. 253256.

39. Константинова Т.С., Коробов P.M., Николаенко A.B. Картографическое моделирование биологической эффективности климата Молдавии // Изв. РАН. Сер. геогр. 1999. - №3. - С. 86 - 92.

40. Марков М.В. Растительность Татарии. Казань, Татгосиздат, 1948, 128 с.

41. Матвеев Л.Т. Особенности метеорологического режима большого города. Метеорология и гидрология. 1979, №5, с.22-27

42. Матвеев Л.Т., Матвеев Ю.Л. Формирование и особенности острова тепла в большом городе // ДАН. 2000. - Т. 370. - №2. - С. 249-252.

43. Мелешко В.П. и др. Изучение возможных изменений климата с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана. В сб.: Изменения климата и их последствия. СПб., Наука, 2002, с. 13-35

44. Монин A.C. Введение в теорию климата. JL, Гидрометеоиздат, 1982, 246 с.

45. Монин A.C., Берестов A.A. Новое о климате // Вестник РАН. 2005. -Т. 75.-№2.-С. 126- 138.

46. Научный анализ результатов «Всемирной конференции по изменению климата», М., Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, 2004, 264 с.

47. Осипов В.И. Природные катастрофы на рубеже XXI века // Вестник РАН.-2001.-Т. 71. -№4. С.291-302.

48. Очерки по географии Татарии/ Под ред А.И. Воробьева, В.Н. Семен-товского. Казань, 1957, 157 с.

49. Переведенцев Ю.П. Метеорология в Казанском университете: становление, развитие, основные достижения. Казань, Изд-во Казан, ун-та,О2001,128 с.

50. Переведенцев Ю.П. Теория климата. Казань: Изд-во Казан, ун-та, 2004. - 320 с.

51. Переведенцев Ю.П. Факультет географии и геоэкологии: становление и развитие. Казань, Изд-во Казан, ун-та, 2004, 36 с.

52. Переведенцев Ю.П., Верещагин М.А., Шанталинский K.M. и др. Современные глобальные и региональные изменения окружающей среды и климата. Казань: УНИПРЕСС, 1999. - 96 с.

53. Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Салахова Р.Х., Тудрий В.Д., Шанталинский K.M. Современные изменения климата в Среднем Поволжье (на примере Казани и Ульяновска). Казань, Издание КГУ, 2005, 74 с.

54. Переведенцев Ю.П., Исмагилов Н.В., Шанталинский K.M., Салахова Р.Х. Эколого-климатические характеристики г. Казани. Материалы всеросс. науч. Конф. «Современные аспекты экологии и экологического образования», Казань, КГУ, 2005, с. 366-368

55. Переведенцев Ю.П., Наумов Э.П. К 190-летию метеорологической обсерватории Казанского университета // Метеорология и гидрология. -2002,-№5.-С. 117-120.

56. Переведенцев Ю.П., Наумов Э.П., Галимова А.Н. Климатические ресурсы тепла и влаги в Среднем Поволжье. Вестник ТО РЭА, 2005, №2, с. 18-22

57. Переведенцев Ю.П., Шанталинский K.M., Исмагилов Н.В. Некоторые особенности атмосферной циркуляции Северного полушария и взаимосвязь между слоями. Казань, Магариф, 1999, 63 с.

58. Природные условия Ульяновской области/ Под ред. А.П. Дедкова. Казань. Изд-во Казан, ун-та, 1978

59. Потапов В.В. Гидрометеослужба Курского края. Курск, 2003, 217 с.

60. Почвы Татарии / под ред. М.А. Винокурова, Казань, Изд-во Казан, унта, 1962, 419 с.

61. Рамонд Ф. Основы прикладной экологии. JL: Гидрометеоиздат, 1987, 540 с.

62. Романова E.H., Гобарова Е.О., Жильцова E.JL, Методы использования систематизированной климатической и микроклиматической информации при развитии и совершенствовании градостроительных концепций. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. - 159 с.

63. Рубинштейн Е.С. Структура колебаний температуры воздуха на Северном полушарии, JL, Гидрометеоиздат, 1973, 34 с.

64. Салахова Р.Х. К истории метеорологических исследований в Симбирске-Ульяновске. Казань: КГУ, 2005. - 26 с.

65. Сементовский В.Н. Воробьев Н.И. Физико-географические экскурсии в окрестностях г. Казани. Казань: Татгосиздат, 1940, 176 с.

66. Сидоренков Н.С. Физика нестабильностей вращения Земли. М., Наука, 2002,384 с.

67. Смоляков П.Т. К 125-летию Метеорологической обсерватории Казанского государственного университета им. В.И. Ульянова-Ленина. Уч. Записки Казанского ун-та, 1936, т.96, кн.1, с.3-14

68. Справочник эколого-климатических характеристик г. Москвы. М.: Изд-во МГУ, 2003. - Т. 1. - 302 с.78150 лет Метеорологической обсерватории Казанского университета. Доклады научлсонф. Казань, Изд-во Казан, ун-та, 1963, 170 с.

69. Угрозы земных стихий // Наука в России. 2005. - №1. - С. 5-9.

70. Фолланд К., Паркер Д. Мониторинг глобального климата и оценивание изменений климата. Всемирная конференция по изменению климата. Труды. Москва, 2004, с. 76-90

71. Френкель М.О. Из истории гидрометеорологических наблюдений в Вятской губернии. Метеорология и гидрология, 2002, №5, с. 120-121

72. Френкель М.О. Межрегиональный экомониторинг Волжского бассейна. Киров, 1997, 179 с."

73. Хригиан А.Х. Очерки развития метеорологии. Л., Гидрометеоиздат. 1948,351 с.

74. Швер Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР. Л., ГидромеОтеоиздат, 1976.-302 с.

75. Шиловцева О.А., Романенко Ф.А. Многолетние изменения температуры воздуха на Северо-Западном Таймыре и Нижнем Енисее в XX веке // Метеорология и гидрология. 2005. - №3. - С. 53-68.

76. Manabe S., Bruan K. Climate calculations with a combined ocean atmosphere model. J.Atm. Sci. 1996, Vol. 26, №4 p. 786-789

77. Wallace J.M. Interpretation of interdecadal trends in Norther Hemisphere surface air temperature. J. Climate, 1996. Vol. 9, №2, p. 249-259

Информация о работе

Салахова, Рауиле Халимуловна
кандидата географических наук
Казань, 2006
ВАК 25.00.30

Диссертация

Многолетние изменения климата крупных городов Среднего Поволжья - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы