Recent changes in precipitation in the Altai Mountains.pdf Введение В последние десятилетия отмечены заметные климатические изменения во многих районах Земли, особенно в средних и высоких широтах Северного полушария [1-4]. При этом изменения климата в горных регионах (например, в Альпах) на различных высотах происходят с разной степенью интенсивности и порой имеют разнонаправленный характер [5]. Среди климатических параметров изменения осадков изучены значительно хуже, чем изменения приземной температуры воздуха, что связано в первую очередь со сложной физической природой самого явления, а также с наличием существенных различий в методике наблюдений в разных регионах земного шара и в разные исторические периоды. В результате накопленные данные инструментальных наблюдений за атмосферными осадками оказываются более неоднородными как в пространстве, так и во времени, чем для температуры воздуха. Несмотря на это, проведенные исследования показывают, что в целом для территории России и для ее регионов (кроме Приамурья и Приморья) отмечается некоторое увеличение средних годовых сумм осадков, что особенно заметно в западной и Центральной Сибири [6]. При этом тенденции современных изменений атмосферных осадков в горных территориях Сибири имеют ряд особенностей, обусловленных влиянием гипсометрического фактора, барьерного эффекта и ряда других показателей. Таким образом, детальное изучение современных изменений атмосферных осадков в пределах Горного Алтая, расположенного на юге Западной Сибири и на стыке трех климатов - западносибирского, монгольского и среднеазиатского [1], представляет несомненный интерес. Первые обобщения и характеристика особенностей климата Горного Алтая встречаются в работе М.В. Тронова [1], который указал на большую увлажненность периферических частей Алтая от северо-востока и до юго-запада, по сравнению с глубинными станциями Алтая. Однако по мере накопления фактических данных проводились более детальные исследования климатических параметров территории. Среди таких работ стоит отметить кандидатские диссертации В.И. Русанова [8] и Б.М. Кривоносова [9, 10]. Результаты изучений отдельных климатических характеристик территории были освещены в ряде публикаций в сборниках «Гляциология Алтая» и «Гляциология Сибири»: например, К.И. Поповой [11] было выделено три типа годового хода атмосферных осадков в Горном Алтае. В начале XXI в. вышла монография Т.Д. Модиной и М.Г. Суховой [12], в которой рассматриваются условия формирования климатов Алтая. Особая роль отводится влиянию рельефа на атмосферные процессы в макро- и мезоциркуляционных масштабах. Также представлена типизация местных климатов долин и котловин и выделены типы и подтипы местных климатов, произведена их оценка и дана характеристика для агропроизводственных целей. М.В. Сыромятиной [13] были выявлены пространственно-временные особенности современных изменений климата на Алтае на основе рядов среднемесячных значений температур воздуха и количества осадков по данным 14 метеостанций Алтая за период 1935 (40) - 2004 гг. Попытки вычленения циклической составляющей в изменении сезонных температур воздуха и количества осадков были осуществлены с применением спектрального анализа. Результаты исследований показали, что наиболее четко в изменении климатических показателей во все сезоны проявляются высокочастотные колебания с периодом 2-3,5 года, или квазидвухлетний цикл атмосферной циркуляции. Циклы продолжительностью 10-11,7 лет в той или иной степени проявляются во всех рядах, но наиболее четко выражены в изменении средней летней температуры. В ряде работ [14-16] были проанализированы данные метеостанций Алтая (с 1961 по 2005 г.), расположенных в различных физико-географических условиях. Анализ распределения атмосферных осадков за период с 1980 по 2005 г. показал, что в 1980-1995 гг. количество атмосферных осадков было ниже нормы, а в 1996-2001 г. сумма осадков возросла и превысила норму, но в 2001-2005 гг. разность между климатической нормой и годовой суммой осадков вновь стала отрицательной. В 2011 г. вышел оценочный доклад по изменению климата в российской части Алтае-Саянского экорегиона [6]. Для характеристики современного климата в данной работе принят период 1976-2005 гг., дана характеристика современного климата и его изменений. В целях уточнения современных тенденций изменений климата Алтае-Саянского экорегиона А.Б. Шмакиным и Н.Ф. Харламовой [17] были рассчитаны параметры трендов температуры воздуха и количества осадков для 22 гидрометеостанций (ГМС) за 1966-2009 гг. В работе показано, что зимние максимумы осадков выросли примерно на 20 мм. Летние суммы осадков за 1990- 2009 гг. существенно не изменились. Материалы и методики исследования для изучения современных изменений атмосферных осадков теплого и холодного периодов, а также года в пределах Горного Алтая были использованы ежедневные данные, полученные по материалам натурных наблюдений на ГМС Горного Алтая - Усть-Кокса, Кош-Агач и Кара-Тюрек (рис. 1, табл. 1), размещенные на официальном сайте ВНИИГМИ МЦД [10] за период с января 1940 г. по сентябрь 2012 г. Для продления рядов в 2012 г. (октябрь - декабрь) использовались данные по количеству осадков по срокам наблюдений с сайта оперативных метеорологических данных [19]. Суммы осадков для теплого (апрель - октябрь) и холодного (ноябрь - март) периодов года, а также годовые суммы осадков рассчитывались на основе суточных массивов за исследуемый период. Таблица 1. Основные характеристики метеорологических станций Метеорологическая станция Координаты Высота, м Расположение внутри региона особенности рельефа Временной охват, гг. Кол-во лет Усть-Кокса 50.3° с.ш., 85.6° в.д. 978 Центральный Алтай Широкая замкнутая котловина 1940-2012 72 Кош-Агач 50.0° с.ш., 88.4° в.д. 1760 Юго-Восточный Алтай Замкнутая котловина 1940-2012 72 Кара-Тюрек 50.0° с.ш., 86.4° в.д. 2600 Центральный Алтай Водораздел 1940-2012 72 Рис. 1. Орографическое положение метеостанций Центрального и Юго-Восточного Алтая Результаты исследования и обсуждение для оценки изменений количества атмосферных осадков по данным каждой метеостанции были рассчитаны среднегодовые и среднесезонные показатели для климатической нормы (1961-1990 гг.) и исследуемого периода (1940- 2012 гг.). Результаты расчетов представлены в табл. 2. Таблица 2. Средние значения за климатическую норму (1961-1990 гг.) и исследуемый период (1940-2012 гг.) Метеорологическая Среднее количество осадков за климатическую норму 1961-1990 гг., мм Среднее количество осадков за исследуемый период 1940-2012 гг., мм станция Теплый сезон Холодный сезон Год Теплый сезон Холодный сезон Год Усть-Кокса 378,4 72,3 450,8 385,6 76,2 462,0 Кош-Агач 105,7 17,2 122,9 99,8 16,4 116,2 Кара-Тюрек 476,3 104,3 580,5 467,8 93,5 561,3 При этом в теплый сезон года были включены месяцы с апреля по октябрь, а в холодный - с ноября по март. Среднее количество осадков для года и сезонов для Усть-Коксы больше за период 1940-2012 гг., чем за климатическую норму, в то время как для Кош-Агача и Кара-Тюрека - наоборот. Наличие отличий по станциям между двумя рассматриваемыми временными периодами подтолкнуло нас к выделению временных интервалов внутри самого продолжительного рассматриваемого периода, так как он включает в себя и климатическую норму. В качестве опорных временных интервалов были приняты: 1940-1979 гг., 1980- 1999 гг. и 2000-2012 гг., в течение которых отмечались существенные изменения климатических параметров (температуры воздуха) в Русском и Монгольском Алтае [20]. Тренды для всего исследуемого периода (как годовые, так и по сезонам) представлены в табл. 3. Максимальные темпы увеличения годовых осадков наблюдаются для метеостанции Кара-Тюрек (26,4 мм/10 лет), что происходит в основном за счет увеличений значений осадков в теплый сезон, в то время как на ст. Усть-Кокса и Кош-Агач темпы увеличения осадков практически на порядок меньше, а для холодного сезона наблюдаются снижения осадков (-0,9 мм/10 лет). Таблица 3. Годовые и сезонные линейные тренды для 1940-2012 гг., мм/10 лет Метеорологическая станция Теплый сезон Холодный сезон Год Усть-Кокса 1,8 -0,9 0,7 Кош-Агач 4,3 -0,9 3,4 Кара-Тюрек 18,5 7,9 26,4 При рассмотрении изменений для трех временных интервалов были получены следующие результаты (табл. 4). Максимальный рост годовых осадков (39,5 мм/10лет) наблюдался по данным станции Кара-Тюрек в 1940-1979 гг., при этом значения для теплого и холодного сезонов были практически равны. Менее значительное увеличение годового количества осадков наблюдалось для метеостанции Кош-Агач (4,2 мм/10 лет), при этом существенный вклад в рост осадков внес теплый сезон. Отрицательные значения линейных трендов для обоих сезонов и года были получены по данным метеостанции Усть-Кокса, имеющей незначительную (по сравнению с двумя другими станциями) высоту и расположенную практически на «борту» Уймонской котловины. Для второго временного интервала (1980-1999 гг.) по данным метеостанции Усть-Кокса были получены положительные тренды, так же как и для ст. Кара-Тюрек, в то время как по данным ГМС Кош-Агач для обоих сезонов и года были получены отрицательные значения трендов. для третьего периода (2000-2012 гг.) существенные отрицательные сезонные и годовой (-109,2 мм/10 лет) линейные тренды были получены для станции Усть-Кокса. Для станций Кош-Агач и Кара-Тюрек были получены положительные годовые тренды, обусловленные значительным вкладом трендов теплого сезона (37,4 и 63,9 мм/10 лет соответственно) на фоне отрицательных значений трендов холодного сезона. Таблица 4. Годовые и сезонные линейные тренды для 1940-1979 гг., 1980-1999 гг. и 2000-2012 гг., мм/10 лет Метеорологическая станция 1940 -1979 гг. 1980-1999 гг. 2000-2012 гг. Теплый сезон Холодный сезон Год Теплый сезон Холодный сезон Год Теплый сезон Холодный сезон Год Усть-Кокса -1,1 -3,7 -4,8 9,8 5,8 15,6 -88,5 -20,7 - -109,2 Кош-Агач 4,7 0,9 4,2 -15,7 -2,9 -18,6 37,4 -0,8 36,6 Кара-Тюрек 18,7 21,5 39,5 9,9 0,9 10,8 63,9 -37,0 26,8 Однонаправленные изменения в трендах осадков в первом и третьем временных интервалах на станциях Кош-Агач и Кара-Тюрек связаны с тем, что схожие синоптические процессы, относящиеся к группе «нарушение зональности» для первого интервала и «меридиональной северной» группе [21] для третьего интервала обусловливают выпадение осадков на данных станциях. Выпадение осадков в Усть-Коксе в эти же интервалы обусловлены синоптическими процессами, относящимися к «меридиональной северной» группе циркуляций для первого интервала и «меридиональной южной» группе для третьего интервала. Что касается однонаправленных изменений во втором интервале по данным станций Усть-Кокса и Кара-Тюрек, то они обусловлены синоптическими процессами, практически равнозначно относящимися как к «меридиональной северной» группе, так и к «меридиональной южной» группе. В Кош-Агаче выпадение осадков в этот же интервал было обусловлено преимущественно синоптическими процессами, относящимися к «меридиональной южной» группе циркуляций [22]. Для выявления периодичностей в изменениях осадков данные метеостанций для года в целом были проанализированы с применением вейвлет-анализа. В настоящей работе использован пакет программ по обработке рядов данных с применением вейвлет-анализа, разработанный А. Гринстедом для среды MATLAB. Базовой вейвлет-функцией служил вейвлет «Морле» при значении безразмерного параметра ю0 = 6. Результаты визуализируются в виде амплитудно-частотного спектра. Статистически значимые сигналы (уровень значимости 5% против «красного» шума) обведены на спектре жирными линиями; за достоверные принимались результаты, которые попадают внутрь «конуса доверия», учитывающего краевые эффекты и отмеченного на спектре. «Карта цветов» спектра соответствует значениям амплитуд. Применение вейвлет-анализа к годовым данным по количеству осадков на рассматриваемых станциях позволило выявить статистически значимые высокочастотные сигналы для ст. Кош-Агач в середине 1970-х и 1980-х гг. (с периодами от 2 до 3 лет) и для ст. Кара-Тюрек, также в середине 1970-х гг., и дополнительно в середине 1990-х гг. (с периодами от 3 до 6 лет). Для ст. Усть-Кокса были определены статистически значимые низкочастотные сигналы в 1995-2000 гг. (с периодами 6-8 лет) и в 1965-1975 гг. (с периодами от 10 до 14 лет) (рис. 2). Проявление высокочастотных колебаний в исследуемых рядах, по нашему мнению, связано с влиянием атмосферной циркуляции, которой также присущи периодические колебания. В частности, для Северо-Атлантического колебания (NAO) характерна периодичность 2-3 года [23, 24]. Влияние этой осцилляции на изменчивость климата Алтая была показана в работе [25], на климат Западной Сибири - в работах [26, 27]. Кроме того, Южная осцилляция (Эль-Ниньо), имеющая цикличность от 3 до 8 лет (наиболее часто повторяющийся 3,6-летний цикл), также может влиять на климат Центральной Азии [24]. Вариации с периодами 8-14 лет могут быть связаны как с NAO, которая имеет свою собственную периодичность продолжительностью в 8,3 года (например, [23, 24]), так и с циклом солнечной активности с периодом около 10,8 года [28, 29]. Следует отметить, что влияние солнечной активности на климатические изменения на Алтае было показано по реконструкциям ледникового керна Белуха [25]. 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Рис. 2. Вейвлет-спектр годовых осадков по данным метеостанции Усть-Кокса Заключение таким образом, проведенные исследования современных изменений осадков на Алтае показали следующее. Максимальные рост годовых осадков в 1940- 1979 гг. наблюдался по данным станции Кара-Тюрек, при этом менее значительное увеличение отмечалось для метеостанции ст. Кош-Агач, а для ст. Усть-Кокса были получены отрицательные значения линейных трендов. Для временного интервала 1980-1999 гг. по данным ст. Усть-Кокса и Кара-Тюрек были получены положительные тренды, в то время как по данным ст. Кош-Агач для обоих сезонов и года были получены отрицательные значения трендов. Для третьего интервала (2000-2012 гг.) существенные отрицательные сезонные и годовой линейные тренды были получены для ст. Усть-Кокса, в то время как для станций Кош-Агач и Кара-Тюрек были определены положительные годовые тренды, обусловленные значительным вкладом теплого сезона на фоне отрицательных значений трендов холодного сезона. С применением метода вейв-лет-анализа к годовым данным по количеству осадков были выявлены статистически значимые высокочастотные сигналы для рядов атмосферных осадков ст. Кош-Агач и Кара-Тюрек и низкочастотные - для ст. Усть-Кокса.

Скачать электронную версию публикации