Климат севера ЕТР и его изменения в настоящем и будущем
|
Введение 3
1. Физико-географическое и климатическое описание севера Европейской 5
территории России
1.1 Физико-географическое положение ЕТР 5
1.2 Выбранные пункты и продолжительность рядов 9
1.3 Пространственно-временные климатические особенности температуры 12
и осадков
2. Современные климатические изменения температуры воздуха на 21 севере ЕТР
2.1 Методика и результаты оценки качества информации 21
2.2 Определение расчетных климатических характеристик 30
2.3 Моделирование многолетних рядов 34
2.3.1 Методика моделирования 34
2.3.2 Полученные результаты по нестационарным моделям 37
3. Современные климатические изменения осадков на севере ЕТР 49
3.1 Оценка качества данных 49
3.2 Определение расчетных климатических характеристик 53
3.3 Результаты моделирования многолетних рядов 57
4. Оценка будущих изменений температуры воздуха на севере ЕТР 68
4.1 Методика оценки 68
4.2 Выбор эффективной модели 72
4.3 Полученные результаты 77
5. Оценка будущих изменений осадков на севере ЕТР 84
5.1 Выбор эффективной модели 84
5.2 Результаты оценки будущих изменений 87
Заключение 92
Список используемых источников 94
1. Физико-географическое и климатическое описание севера Европейской 5
территории России
1.1 Физико-географическое положение ЕТР 5
1.2 Выбранные пункты и продолжительность рядов 9
1.3 Пространственно-временные климатические особенности температуры 12
и осадков
2. Современные климатические изменения температуры воздуха на 21 севере ЕТР
2.1 Методика и результаты оценки качества информации 21
2.2 Определение расчетных климатических характеристик 30
2.3 Моделирование многолетних рядов 34
2.3.1 Методика моделирования 34
2.3.2 Полученные результаты по нестационарным моделям 37
3. Современные климатические изменения осадков на севере ЕТР 49
3.1 Оценка качества данных 49
3.2 Определение расчетных климатических характеристик 53
3.3 Результаты моделирования многолетних рядов 57
4. Оценка будущих изменений температуры воздуха на севере ЕТР 68
4.1 Методика оценки 68
4.2 Выбор эффективной модели 72
4.3 Полученные результаты 77
5. Оценка будущих изменений осадков на севере ЕТР 84
5.1 Выбор эффективной модели 84
5.2 Результаты оценки будущих изменений 87
Заключение 92
Список используемых источников 94
В современный период по всему миру изменяется климат, поэтому необходимо изучать и проводить оценку климатического состояния, не только всей климатической системы, но и различных регионов по отдельности. Изучение индивидуально взятых территорий, помогает детальнее рассмотреть особенности происходящих изменений и соединить полученную информацию воедино. Всё большее влияние на климат, с развитием техники и технологий, оказывает человек (антропогенное воздействие). Например, увеличение выбросов в атмосферу большого количества парниковых газов приводит к потеплению всей планеты, т.е. к нарушению баланса климатической системы: состава атмосферы, океана и циркуляции в целом. Данные вопросы об изменении климата остаются важнейшей проблемой, рассматриваемой во всем мире. Поэтому необходимо рассматривать сценарии будущего развития этих изменений [17,24].
Данная работа посвящена оценке влияния современного климата на климатические характеристики (температура воздуха и осадки) севера Европейской территории Российской Федерации (ЕТР) в настоящем и будущем.
Объектом исследования является территория севера ЕТР и ряды многолетних наблюдений за температурой воздуха и осадками на метеорологических станциях.
Предмет исследования — влияние современных и будущих изменений климата на динамику многолетних колебаний среднемесячных температур воздуха и сумм осадков за средние месяцы каждого сезона - январь, апрель, июль, октябрь.
Целью исследования является оценка современных и будущих изменений температур воздуха и осадков на территории севера ЕТР.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Сформировать региональные базы данных по температуре воздуха и осадкам. Выполнить оценку качества рядов данных на однородность и стационарность, восстановить пропуски наблюдений и привести непродолжительные ряды к многолетнему периоду с целью получения непрерывных многолетних рядов и качественных данных.
2. Получить значения расчетных климатических характеристик редкой повторяемости для практических целей, таких как проектирование и строительство. Выполнить их пространственное обобщение и установить закономерности.
3. Рассчитать показатели нестационарности для оценки проявления современных изменений климата. Выполнить пространственное обобщение показателей нестационарности по территории и установить их закономерности. Дать количественную оценку современных климатических изменений как путем сравнения с естественной климатической изменчивостью (с СКО - средним квадратическим отклонением), так и на основе сравнения двух средних значений по критерию Стьюдента.
4. Оценить будущие климатические изменения температуры воздуха и осадков на основе выбора наиболее подходящих для ЕТР физико-математических моделей климата и откорректированных будущих значений сценариев...
Данная работа посвящена оценке влияния современного климата на климатические характеристики (температура воздуха и осадки) севера Европейской территории Российской Федерации (ЕТР) в настоящем и будущем.
Объектом исследования является территория севера ЕТР и ряды многолетних наблюдений за температурой воздуха и осадками на метеорологических станциях.
Предмет исследования — влияние современных и будущих изменений климата на динамику многолетних колебаний среднемесячных температур воздуха и сумм осадков за средние месяцы каждого сезона - январь, апрель, июль, октябрь.
Целью исследования является оценка современных и будущих изменений температур воздуха и осадков на территории севера ЕТР.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Сформировать региональные базы данных по температуре воздуха и осадкам. Выполнить оценку качества рядов данных на однородность и стационарность, восстановить пропуски наблюдений и привести непродолжительные ряды к многолетнему периоду с целью получения непрерывных многолетних рядов и качественных данных.
2. Получить значения расчетных климатических характеристик редкой повторяемости для практических целей, таких как проектирование и строительство. Выполнить их пространственное обобщение и установить закономерности.
3. Рассчитать показатели нестационарности для оценки проявления современных изменений климата. Выполнить пространственное обобщение показателей нестационарности по территории и установить их закономерности. Дать количественную оценку современных климатических изменений как путем сравнения с естественной климатической изменчивостью (с СКО - средним квадратическим отклонением), так и на основе сравнения двух средних значений по критерию Стьюдента.
4. Оценить будущие климатические изменения температуры воздуха и осадков на основе выбора наиболее подходящих для ЕТР физико-математических моделей климата и откорректированных будущих значений сценариев...
Таким образом, проведен анализ и оценка современных и будущих климатических изменений температуры воздуха и осадков на территории европейского севера Российской Федерации. Ниже представлены краткие выводы, сделанные в результате данного изучения.
1) Созданы региональные базы многолетних рядов наблюдений за температурой воздуха по 19 метеостанциям с периодом наблюдений с конца XIX века по 2023 г., и за осадками по 38 метеостанциям с периодом наблюдений с середины XX века по 2022г. Метеостанции расположены по территории достаточно равномерно, что позволяет осуществлять надежную пространственную интерполяцию результатов.
2) Получены пространственные закономерности средних многолетних температур воздуха и сумм осадков в разные сезоны года в виде карт и аналитических зависимостей от координат метеостанций. Закономерные изменения температуры воздуха по широте имеют место весной и летом, а по долготе осенью и зимой. Полученная закономерность изменения осадков от широты имеет место только в январе, а в апреле и июле пространственные распределения осадков дополнительно зависят еще от долготы и высоты метеостанции.
3) На севере ЕТР имеет место внутригодовой ход температуры с максимумом в июле и минимумом в январе - феврале, а для осадков годовой максимум наблюдается в августе - сентябре, а минимум - в феврале - марте.
4) Проведен анализ однородности информации, и ряды наблюдений за температурой воздуха за счет более продолжительных рядов -аналогов увеличены в среднем на 30%, а ряды наблюдений за осадками увеличены в среднем на 8%.
5) Получены пространственные распределения расчетных температур воздуха и сумм осадков редкой повторяемостью 1 раз в 100 и 200 лет.
6) Установлено, что основные изменения средних значений многолетних рядов температур воздуха произошли в конце 20-го века, и в январе имеет место зональное повышение температур от 1ОС на севере-востоке до 3,9ОС на юго-западе. В апреле наоборот наибольший рост температуры (до 4°С) имеет место на северо-востоке и наименьший (1,2°) на юго-западе. В июле температура увеличилась от 0,6ОС на востоке до 1,7° на западе. В октябре наибольший рост температуры на северо-востоке (до 2,7°). Эти изменения средних приближаются и превышают СКО весной и осенью и составляют 0,88СКО зимой и летом.
7) Установлено, что основные изменения средних значений многолетних рядов осадков произошли в начале 21-го века. Для января на большей части территории имеет место увеличение количества осадков с максимумами в районах побережья Белого моря (станции Колежма (68,2%, 17мм), Онега (36,9%, 13мм)), за исключением северной и восточной части региона, где отмечается падение с максимумом -14 мм (-20...-30%). В апреле имеет место зональное изменение сумм осадков, наибольший рост отмечен на севере (+12 мм, 50-60%), а наибольшее понижение на юге (-15 мм, около -30%). На севере ЕТР имеет место меридиональное изменение июльского количества осадков с запада (рост до 30 мм, на 50-58%), на восток (понижение на 20 мм, на 20-30%). В октябре имеет место рост количества осадков с максимумом до 20 мм (до 43%) на побережье Белого моря и в крайней северо-восточной части района. Уменьшение осадков до 20% отмечается на юго-востоке территории. Эти изменения средних приближаются и превышают СКО во все сезоны, кроме осени, когда составляют 0,8СКО.
8) Наиболее подходящими моделями для температуры воздуха на севере ЕТР оказались австралийская модель CSIRO для января и апреля и японская модель MIROC6 для октября и июля из проекта CMIP6 и немецкая модель MPI из проекта CMIP5 для всех месяцев года. По среднему сценарию RCP4,5 увеличение температуры по сравнению с современным периодом (1991-2020 гг.) составит от 2 до 4° по наиболее благоприятному сценарию RCP2,6 увеличение температуры составит 1 -2С и по наиболее неблагоприятному RCP8,5 увеличение температуры будет составлять 5-8 °C.
9) Установлено, что наиболее подходящими моделями для осадков на севере ЕТР являются японская модель MIROC6 проекта CMIP6 для января, июля и октября и канадская модель CanESM проекта CMIP5 для апреля. Для апреля по среднему сценарию RCP4,5 к концу 21 столетия отмечается уменьшение осадков, по сравнению к современным значениям, на западе на -30-40% (до 15 мм) и на юге, в среднем, на -15% (на 5-8 мм), а рост имеет место в центральной и северо-восточной частях на +25% (на 6-10 мм). Для июля по среднему сценарию RCP4,5 к концу 21 века в восточной части отмечается увеличение июльских осадков по сравнению с современными значениями (1991-2020гг.) на +20-50%, что составляет 10-30 мм, в восточной части севера ЕТР и на +20% (до 10 мм) на северо-западе Кольского полуострова. На юге имеет место уменьшение количества осадков в среднем на -25% (10-20 мм).
1) Созданы региональные базы многолетних рядов наблюдений за температурой воздуха по 19 метеостанциям с периодом наблюдений с конца XIX века по 2023 г., и за осадками по 38 метеостанциям с периодом наблюдений с середины XX века по 2022г. Метеостанции расположены по территории достаточно равномерно, что позволяет осуществлять надежную пространственную интерполяцию результатов.
2) Получены пространственные закономерности средних многолетних температур воздуха и сумм осадков в разные сезоны года в виде карт и аналитических зависимостей от координат метеостанций. Закономерные изменения температуры воздуха по широте имеют место весной и летом, а по долготе осенью и зимой. Полученная закономерность изменения осадков от широты имеет место только в январе, а в апреле и июле пространственные распределения осадков дополнительно зависят еще от долготы и высоты метеостанции.
3) На севере ЕТР имеет место внутригодовой ход температуры с максимумом в июле и минимумом в январе - феврале, а для осадков годовой максимум наблюдается в августе - сентябре, а минимум - в феврале - марте.
4) Проведен анализ однородности информации, и ряды наблюдений за температурой воздуха за счет более продолжительных рядов -аналогов увеличены в среднем на 30%, а ряды наблюдений за осадками увеличены в среднем на 8%.
5) Получены пространственные распределения расчетных температур воздуха и сумм осадков редкой повторяемостью 1 раз в 100 и 200 лет.
6) Установлено, что основные изменения средних значений многолетних рядов температур воздуха произошли в конце 20-го века, и в январе имеет место зональное повышение температур от 1ОС на севере-востоке до 3,9ОС на юго-западе. В апреле наоборот наибольший рост температуры (до 4°С) имеет место на северо-востоке и наименьший (1,2°) на юго-западе. В июле температура увеличилась от 0,6ОС на востоке до 1,7° на западе. В октябре наибольший рост температуры на северо-востоке (до 2,7°). Эти изменения средних приближаются и превышают СКО весной и осенью и составляют 0,88СКО зимой и летом.
7) Установлено, что основные изменения средних значений многолетних рядов осадков произошли в начале 21-го века. Для января на большей части территории имеет место увеличение количества осадков с максимумами в районах побережья Белого моря (станции Колежма (68,2%, 17мм), Онега (36,9%, 13мм)), за исключением северной и восточной части региона, где отмечается падение с максимумом -14 мм (-20...-30%). В апреле имеет место зональное изменение сумм осадков, наибольший рост отмечен на севере (+12 мм, 50-60%), а наибольшее понижение на юге (-15 мм, около -30%). На севере ЕТР имеет место меридиональное изменение июльского количества осадков с запада (рост до 30 мм, на 50-58%), на восток (понижение на 20 мм, на 20-30%). В октябре имеет место рост количества осадков с максимумом до 20 мм (до 43%) на побережье Белого моря и в крайней северо-восточной части района. Уменьшение осадков до 20% отмечается на юго-востоке территории. Эти изменения средних приближаются и превышают СКО во все сезоны, кроме осени, когда составляют 0,8СКО.
8) Наиболее подходящими моделями для температуры воздуха на севере ЕТР оказались австралийская модель CSIRO для января и апреля и японская модель MIROC6 для октября и июля из проекта CMIP6 и немецкая модель MPI из проекта CMIP5 для всех месяцев года. По среднему сценарию RCP4,5 увеличение температуры по сравнению с современным периодом (1991-2020 гг.) составит от 2 до 4° по наиболее благоприятному сценарию RCP2,6 увеличение температуры составит 1 -2С и по наиболее неблагоприятному RCP8,5 увеличение температуры будет составлять 5-8 °C.
9) Установлено, что наиболее подходящими моделями для осадков на севере ЕТР являются японская модель MIROC6 проекта CMIP6 для января, июля и октября и канадская модель CanESM проекта CMIP5 для апреля. Для апреля по среднему сценарию RCP4,5 к концу 21 столетия отмечается уменьшение осадков, по сравнению к современным значениям, на западе на -30-40% (до 15 мм) и на юге, в среднем, на -15% (на 5-8 мм), а рост имеет место в центральной и северо-восточной частях на +25% (на 6-10 мм). Для июля по среднему сценарию RCP4,5 к концу 21 века в восточной части отмечается увеличение июльских осадков по сравнению с современными значениями (1991-2020гг.) на +20-50%, что составляет 10-30 мм, в восточной части севера ЕТР и на +20% (до 10 мм) на северо-западе Кольского полуострова. На юге имеет место уменьшение количества осадков в среднем на -25% (10-20 мм).