Temporal variability of climate, flooded and wet zonesin Western Siberia from data stations, atmospheric reanalysis and satellite altimetry
It is difficult to make anassessment of climate variability and hydrological characteristics using only in situ data, especially on such vast and remote territories asWestern Siberia where the network is sparse and has declined over the past decades. Therefore, atmospheric reanalysis and satellitealtimetry provide regular and reliable data for the territory and are an additional source of information to in situ data. The main objectiveof this study is to assess the variability of climate parameters in different landscape zones from different data sets. First, we analyzed airtemperature and precipitation of mid size watersheds of the Ob River system (the Poluy, Nadym, Pur, Taz, Nazym, Lyamin,Tromyugan, Vakh, Tym, Bol'shoy Yugan, Vasyugan, Severnaya Sosva, Konda, Tavda, Tura, Om Rivers, the inner watershed of the Ob-Irtysh interfluve area) from meteorological stations and ERA-40 reanalysis data (1958-2001). Data analysis revealed the increase of airtemperature in the northern, central and southern parts of Western Siberia. The most pronounced warming was found in the north (theNadym, Poluy, Pur, Taz Rivers). Increase of precipitation for the same period was observed mostly in the western part of the territory(the Severnaya Sosva, Konda, Tavda, Tura Rivers), central part (the Nazym and the Vakh) and northern part (the Taz). Variability offlooded and wet zones is difficult to estimate from in situ data. Moreover, the presence of wetlands in most of the Western Siberiasignificantly complicates its monitoring. Therefore, to estimate the variability of flooded and wet zones we applied satellite altimetrymethod for watersheds of the Ob River system. Although the primary mission of satellite altimetry was to measure the altitude of theobject above the fixed level, it also provides information about the surface of different natural objects (wetlands, lakes, rivers, etc.). Inthis work, we used radar altimetry data from TOPEX/Poseidon mission (T/P) covering the period from 1993 to 2001. To estimate theflooded areas we analyzed the backscatter coefficient which is the ratio between the power reflected from the surface and the incidentpower emitted by the onboard radar, expressed in decibels (dB). As calm water provides a much higher return signal than land, athreshold approach was used and validated with available in situ data and maps. Next we classified the watersheds into 4 groupsaccording to the difference in seasonal signal: 1) the central part of the Ob-Irtysh interfluve area and its inner watershed, 2) the westernpart of the territory and the northern part of the Ob-Irtysh interfluve area, 3) the Ob-Yenisey interfluve area, 4) Surgut swamp region andrivers in the north of Western Siberia territory. The proposed classification corresponds well to those proposed by Zemtsov (2003).Finally, a significant correlation between the flooded zones and summer precipitation from reanalysis data was found for severalwatersheds that validate good applicability of satellite altimetry data for estimation the variability of flooded and wet zones.
Keywords
Западня Сибирь,
изменчивость климата,
обводненность территорий,
модельный реанализ,
спутниковая альтиметрия,
Western Siberia,
climate change,
flooded zones,
reanalysis,
satellite altimetryAuthors
Kolmakova Maria V. | National Research Tomsk State University; Paul Sabatier University (Toulouse, France) | m_kolm@mail.ru |
Zakharova Yelena A. | Labouratoire d'Etudes en Geophysique et Oceanographie Spatiales (Toulouse, France) | zavocado@gmail.com |
Kouraev Aleksey V. | Labouratoire d'Etudes en Geophysique et Oceanographie Spatiales (Toulouse, France) | kouraev@legos.obs-mip.fr |
Zemtsov Valeriy A. | National Research Tomsk State University | zemtsov_v@mail.ru |
Kirpotin Sergey N. | National Research Tomsk State University | kirp@mail.tsu.ru |
Всего: 5
References
Жаков С.И. Общие закономерности режима тепла и увлажнения на территории СССР. Л. : Гидрометеоиздат, 1982. 227 с.
Козелкова Е.Н. Экологическое состояние водотоков бассейна реки Вах // Проблемы региональной экологии. 2008. № 5. C. 99-102.
Иванов К.Е. Основы гидрологии болот лесной зоны. Л. : Гидрометеоиздат, 1957. 500 с.
Швер Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР. Л. : Гидрометеоиздат, 1976. 302 с.
Кузин П.С., Бабкин В.И. Географические закономерности гидрологического режима рек. Л. : Гидрометеоиздат, 1979. 200 с.
Мохов И.И., Карпенко А.А., Стотт П.А. Наибольшие скорости регионального потепления климата в последние десятилетия с оценкой роли естественных и антропогенных причин // Доклады Академии наук. 2006. Т. 406, № 4. C. 1-6.
Cullather R.I., Bromwich D.H., Serreze M.C. The atmospheric hydrologic cycle over the Arctic Basin from reanalyses. Part I : Comparison with observations and previous studies // Journal of Climate. 2000. Vol. 13. P. 923-937.
Kalnay E. Atmospheric Modeling, Data Assimilation and Predictability. Cambridge, UK : Cambridge University Press, 2003. 341 p.
Serreze M.C., Barrett A., Lo F. Northern high latitude precipitation as depicted by atmospheric reanalyses and satellite retrievals // Monthly Weather Review. 2005. Vol. 133. P. 3407-3430.
Гидрология заболоченных территорий зоны многолетней мерзлоты Западной Сибири / С.М. Новиков. СПб. : ВВМ, 2009. 536 с.
Растительность Западно-Сибирской равнины. М 1:1500000. М. : Изд-во ГУГК, 1976. 4 л.
Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды. URL: http://www.ecmwf.int/research/era/Products/
Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Т. 15: Алтай и Западная Сибирь. Вып. 3: Нижний Иртыш и Нижняя Обь. 1971-1975. Л. : Гидрометеоиздат, 1978. 248 с.
Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных. URL: www.meteo.ru
Мезенцев В.С., Карнацевич И.В. Увлажненность Западно-Сибирской равнины. Л. : Гидрометеоиздат, 1969. 168 с.
Grippa M., Mognard N.M., Toan T.Le, Biancamaria S. Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34, L. 15403. doi:10.1029/2007GL030165.
Болота Западной Сибири, их строение и гидрологический режим / К.Е. Иванов, С.М. Новиков. Л. : Гидрометеоиздат, 1976. 448 с.
Земцов В.А. О многолетней изменчивости речного стока в Западной Сибири // Вестник Томского государственного университета. 2003. Вып. 4, № 3. С. 137-139.
Земцов В.А., Паромов В.В., Савичев О.Г. Изменения водного стока крупных рек юга Западной Сибири в ХХ столетии // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия : материалы Междунар. науч. конф. Томск, 2000. С. 321-324.
Кравцова В.И., Быстрова А.Г. Изменения размеров термокарстовых озер в различных районах России за последние 30 лет // Криосфера Земли. 2009. Т. 13, № 2. С. 16-26.
Smith L.C., Sheng Y., McDonald G.M., Hinzman L.D. Disappearing Arctic lakes // Science. 2005. Vol. 308, № 5727. P. 1429.
Кирпотин С.Н., Лапшина Е.Д., Миронычева-Токарева Н.П., Блейтен В. «Обвальный» термокарст в Западно-Сибирской субарктике и тенденции глобальных климатических изменений // Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. Томск : Томский государственный университет, 2004. С. 163-169.
Анисимов О.А., Нельсон Ф.Е. Влияние изменения климата на вечную мерзлоту в Северном полушарии // Метеорология и гидрология. 1997. № 5. С. 71-80.
Васильев A.A., Дроздов Д.С., Москаленко Н.Г. Динамика температуры многолетне-мерзлых пород Западной Сибири в связи с изменениями климата // Криосфера Земли. 2008. Т. 12, № 2. С. 10-18.
Булыгина О.Н., Коршунова H.H., Разуваев В.Н. Изменения характеристик снежного покрова на территории России в последние десятилетия // Труды ГУ «ВНИИГМИ МЦД». 2007. Вып. 173. С. 54-62.
Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Последствия изменений климата. М. : Росгидромет, 2008. Т. 2. 288 с.
Serreze M.C., Bromwich D.H., Clark M.C. et al. The large-scale hydroclimatology of the terrestrial Arctic drainage system // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, doi:10.1029/2001JD000919.
Кабанов М.В. Некоторые закономерности климатических и экосистемных изменений в Сибири // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2008. Т. 1, № 4. С. 312-322.
Ипполитов И.И., Кабанов М.В., Логинов С.В., Харюткина Е.В. Структура и динамика метеорологических полей на азиатской территории России в период интенсивного глобального потепления // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2008. Т. 1, № 4. С. 323-344.
Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Изменения климата. М. : Росгидромет, 2008. Т. 1. 228 с.
Региональный мониторинг атмосферы. Природно-климатические изменения. Томск : МГП «РАСКО», 2000. Ч. 4. 270 с.
Lugina K.M., Groisman P.Ya., Vinnikov K.Ya. et al. Monthly surface air temperature time series area-averaged over the 30-degree latitudinal belts of the globe, 1881-2004 // Trends: A Compendium of Data on Global Change, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, US DOE, Oak Ridge, Tennessee, USA. 2005. URL: http:// cdiac.esd.ornl.gov/trends/temp/lugina/lugina.html
Hansen J., Sato M., Ruedy R., Lo K. Global Temperature. 2005. GISS, NASA, NY. URL: http:// data. giss.nasa.gov
Brohan P., Kennedy J.J., Harris I. et al. Uncertainty estimates in regional and global observed temperature changes: A new dataset from 1850 // J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111, L. 12106, doi:10.1029/2005JD006548.