НЕБЛАГОПРИЯТНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ФОНЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
|
Аннотация 2
Введение 4
1 Изменение климата 6
1.1 Изменение температуры, атмосферных осадков, облачности на территории 8
России в период инструментальных наблюдений
1.2 Ущербы как результаты изменения климата 9
2 Материалы и методы исследования 14
2.1 Физико-географическое описание исследуемой территории 15
2.2 Спектральный анализ 17
2.3 Методика кластерного анализа 18
2.4 Метод EV-диаграмм 19
3 Временная структура и динамика проявления атмосферных явлений ливневый 21
снег/ливневый мокрый снег и дождь/ливневый дождь
4 Условия формирования сильных снегопадов в Западной Сибири 33
4.1 Вероятностная оценка 34
4.2 Оценка физического состояния атмосферы при формировании сильных 37
снегопадов с помощью спутникового зондирования
Заключение 45
Список использованных источников и литературы 48
Список работ, опубликованных по материалам диссертации 55
Приложение А Неблагоприятные метеорологические явления и их последствия на 56
территории Западной Сибири за период с 2006 по 2017 г.
Приложение Б Исходные данные (электронное приложение)
Приложение В Суммарная продолжительность и количество дней с явлением (электронное приложение)
Введение 4
1 Изменение климата 6
1.1 Изменение температуры, атмосферных осадков, облачности на территории 8
России в период инструментальных наблюдений
1.2 Ущербы как результаты изменения климата 9
2 Материалы и методы исследования 14
2.1 Физико-географическое описание исследуемой территории 15
2.2 Спектральный анализ 17
2.3 Методика кластерного анализа 18
2.4 Метод EV-диаграмм 19
3 Временная структура и динамика проявления атмосферных явлений ливневый 21
снег/ливневый мокрый снег и дождь/ливневый дождь
4 Условия формирования сильных снегопадов в Западной Сибири 33
4.1 Вероятностная оценка 34
4.2 Оценка физического состояния атмосферы при формировании сильных 37
снегопадов с помощью спутникового зондирования
Заключение 45
Список использованных источников и литературы 48
Список работ, опубликованных по материалам диссертации 55
Приложение А Неблагоприятные метеорологические явления и их последствия на 56
территории Западной Сибири за период с 2006 по 2017 г.
Приложение Б Исходные данные (электронное приложение)
Приложение В Суммарная продолжительность и количество дней с явлением (электронное приложение)
В конце XX - начале XI века отмечено глобальное изменение климата. Повсеместно растет число чрезвычайных ситуаций, связанных с погодой, увеличивается экономический ущерб от них. Поэтому особенно важно знание закономерностей и частоты возникновения опасных явлений, как в крупных населенных пунктах, так и в промышленных районах, либо на территориях с активной производственной деятельностью.
Многие исследователи климатических изменений отмечают в своих работах, что эти изменения в современную эпоху носят характер увеличения повторяемости экстремальных проявлений как в температурном поле и поле атмосферных осадков, так и в увеличении интенсивности атмосферных явлений.
Изменения характеристик климата произошли, в основном, в сторону его смягчения, прежде всего зимой - уменьшение повторяемости низких температур. Хотя в отдельных районах летом увеличилась повторяемость некоторых экстремальных явлений (интенсивных дождей, атмосферных засух), в целом, в большинстве регионов России, современное потепление сопровождается некоторым улучшением климатических условий с точки зрения человека, в том числе в отношении экстремальности климата.
Территория исследования охватывает всю Западную Сибирь, включая и районы Крайнего Севера, в условиях которого природные экосистемы проявляют низкую устойчивость к жесткому техногенному воздействию и вопрос изучения динамики опасных и экстремальных явлений погоды приобретает здесь особое значение.
Под угрозой, связанной с изменением климата, понимается «прямая или косвенная возможность нанесения ущерба», возникающая в результате климатических изменений. Поскольку негативные последствия климатических изменений часто запускают цепочки ответных реакций в экосистемах и экономике, эти угрозы можно разделить на первичные и опосредованные. К числу основных первичных климатических угроз относятся как долгосрочное повышение температуры, так и экстремальные погодные явления. Среди них сильные внезапные ливни, снегопады, бури, ураганы и туманы, весенние и зимние оттепели, бесснежные зимы, засухи и тепловые волны.
Одной из основных отраслей экономики, для которой изменение климатических и погодных условий может привести к серьезными экономическим потерям является сельское хозяйство.
Цель работы заключается в исследовании повторяемости атмосферных осадков конвективного характера на фоне изменения климата Западной Сибири.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
• рассчитать количество дней и часов в месяце и максимальную непрерывную продолжительность явления с учетом и без учёта интенсивности;
• рассчитать средние значения продолжительности и суммы количества дней за год для явлений:
- ливневый снег и ливневый мокрый снег;
- дождь и ливневый дождь;
• провести кластерный анализ для кажого исследуемого атмосферного явления;
• провестиспектральный анализ рядов центральных станций для каждого из полученных кластеров;
• провести анализ параметров распределения временного ряда методом EV-диаграмм;
• рассмотреть временной ход числа дней и сумм продолжительностей с исследуемыми атмосферными явлениями;
• выявить синоптические условия формирования сильных снегопадов и, в отдельных случях, физические характеристики атмосферы.
Научная новизна результатов работы заключается в том, что впервые для Западной Сибири:
• рассчитаны вероятности снегопадов продолжительностью более 4 часов;
• проведён анализ параметров распределения временного ряда числа дней с явлениями.
По теме диссертации подготовлены материалы для 2 конференций и 1 публикации.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и ряда приложений. Объем работы составляет 66 страниц и включает 18 иллюстраций, 3 таблицы и 3 приложения.
Многие исследователи климатических изменений отмечают в своих работах, что эти изменения в современную эпоху носят характер увеличения повторяемости экстремальных проявлений как в температурном поле и поле атмосферных осадков, так и в увеличении интенсивности атмосферных явлений.
Изменения характеристик климата произошли, в основном, в сторону его смягчения, прежде всего зимой - уменьшение повторяемости низких температур. Хотя в отдельных районах летом увеличилась повторяемость некоторых экстремальных явлений (интенсивных дождей, атмосферных засух), в целом, в большинстве регионов России, современное потепление сопровождается некоторым улучшением климатических условий с точки зрения человека, в том числе в отношении экстремальности климата.
Территория исследования охватывает всю Западную Сибирь, включая и районы Крайнего Севера, в условиях которого природные экосистемы проявляют низкую устойчивость к жесткому техногенному воздействию и вопрос изучения динамики опасных и экстремальных явлений погоды приобретает здесь особое значение.
Под угрозой, связанной с изменением климата, понимается «прямая или косвенная возможность нанесения ущерба», возникающая в результате климатических изменений. Поскольку негативные последствия климатических изменений часто запускают цепочки ответных реакций в экосистемах и экономике, эти угрозы можно разделить на первичные и опосредованные. К числу основных первичных климатических угроз относятся как долгосрочное повышение температуры, так и экстремальные погодные явления. Среди них сильные внезапные ливни, снегопады, бури, ураганы и туманы, весенние и зимние оттепели, бесснежные зимы, засухи и тепловые волны.
Одной из основных отраслей экономики, для которой изменение климатических и погодных условий может привести к серьезными экономическим потерям является сельское хозяйство.
Цель работы заключается в исследовании повторяемости атмосферных осадков конвективного характера на фоне изменения климата Западной Сибири.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
• рассчитать количество дней и часов в месяце и максимальную непрерывную продолжительность явления с учетом и без учёта интенсивности;
• рассчитать средние значения продолжительности и суммы количества дней за год для явлений:
- ливневый снег и ливневый мокрый снег;
- дождь и ливневый дождь;
• провести кластерный анализ для кажого исследуемого атмосферного явления;
• провестиспектральный анализ рядов центральных станций для каждого из полученных кластеров;
• провести анализ параметров распределения временного ряда методом EV-диаграмм;
• рассмотреть временной ход числа дней и сумм продолжительностей с исследуемыми атмосферными явлениями;
• выявить синоптические условия формирования сильных снегопадов и, в отдельных случях, физические характеристики атмосферы.
Научная новизна результатов работы заключается в том, что впервые для Западной Сибири:
• рассчитаны вероятности снегопадов продолжительностью более 4 часов;
• проведён анализ параметров распределения временного ряда числа дней с явлениями.
По теме диссертации подготовлены материалы для 2 конференций и 1 публикации.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и ряда приложений. Объем работы составляет 66 страниц и включает 18 иллюстраций, 3 таблицы и 3 приложения.
Проведенное исследование позволило получить основные выводы касательно выявленных закономерностей в пространственно-временной изменчивости атмосферных явлений:
В результате применения кластерного анализа для числа дней с явлениями дождь и ливневый снег было выделено идентичных 2 математических центра - Дудинка и Салехард. Для числа дней с явлением ливневый дождь - 3 центра (Марресаля , Игарка, Александровское) и 4 центра (Игарка, Салехард, Надым, Колпашево) - для числа дней с явлением ливневый мокрый снег. Станция Кемерово оказалась не репрезентативной по отношению к временному ряду с явлением дождь и была исключена из исследования.
В результате спектрального анализа было выявлено, что чаще всего наблюдается квазидвухлетняя цикличность или 2-летний цикл (4-летний цикл). Это есть цикл смены восточных и западных ветров. Этот факт подчеркивает солнечную природу двухлетнего цикла атмосферной циркуляции.
Циклы 3, 5, 6 или 8 лет не являются солнечно обусловленными, они появляются, по-видимому, лишь в результате взаимодействия межпланетарных магнитных полей с разными характеристиками и протонов высокой энергии.
Обнаруженный 5-6 летний цикл в деятельности Солнца (и ряда солнечно обусловленных геофизических явлений), является самым коротким циклом, который имеет солнечное происхождение, хотя и присутствует во временном ходе многих гидрометеорологических характеристиках.
Меньше всего проявляется цикл в 9-10 лет, этот цикл также связан с солнечной активностью.
В результате анализапараметров распределения временного ряда методом EV- диаграмм было получено, что, для числа дней с явлением «дождь» параметры распределения,преимещественно, не испытывают со временем никаких изменений, особенно в районах северных станций. Уменьшение параметра среднего арифметического происходит в центральной части территории. В основном среднее число дней с явлениями «ливневый дождь» и «ливневый снег» возрастает по всей территории. При этом, наиболее часто встречаются сочетаниятакого увеличения с уменьшением или отсутствием изменений параметра СКО. Среднее число дней с ливневым мокрым снегом преимущественно возрастает или не испытывает никаких транформаций.
В динамике хода среднего числа дней и суммы часов для явления «дождь» отмечаются некоторые особенности для разных групп станций. Так, для группы, где математическим центром является Салехард, прослеживаются периоды увеличения и уменьшения числа дней с явлением. Для группы станций, которые возглавляет Дудинка, прослеживается явное уменьшение числа дней с явлением до 10-12 дней в году. Эта группа станций включает в себя три северных и три южных станции Западной Сибири со средним количеством в году дней с дождем от 22 до 33.
В динамике хода среднего числа дней и суммы часов с явлением «ливневый дождь» для группы станций, которые возглавляет Александровское никаких колебаний не выявлено. Число дней с явлением для групп станций, центром которых является Игарка прослеживаются изменения. Сначала число дней увеличивается, потом уменьшается. Виден рост числа дней с явлением для группы станций, математическим центр которых станция Марресаля. Марресаля возглавляет северные станции (Салехард и Антипаюта), а для северных станций ливневый дождь явление редкое.
В случае с явлением «ливневый снег» виден рост числа дней для группы станций, которые математически возглавляет Салехард. Явно прослеживаются периоды увеличения числа дней с явлением для групп станций, центром которых является Дудинка, что не является нормой для северных станций.Положение кластера состоящего из станций Дудинка, Игарка, Александровское и Колпашево совпадает с наиболее частым положением изобар Сибирского антициклона. Для районов станций Берёзово, Надым, Салехард и Антипаюта, в последнее время, характерны выходы западных циклонов.Территориально этоткластер хорошо согласуется с распределением давления и траекториями перемещения зимних циклонов.
В динамике хода среднего числа дней и суммы часов с явлением «ливневый мокрый снег» виден период увеличения числа дней с явлением для групп станций, центрами которых являются Колпашевои Надым. Периоды увеличения и уменьшения прослеживаются для групп станций, которые возглавляют Игарка и Салехард.Положение этих кластеров в пространве также хорошо согласуются с распределением давления и траекторией перемещения зимних циклонов.Территория Западной Сибири практически закрыта от влияния Атлантических воздушных масс Уральскими Горами. Наилучший доступ обеспечен северным и северо-восточным ветрам, дующим с Северного Ледовитого океана и Восточной Сибири. Другое направление ветра - с юга и юго-запада, то есть с территории Узбекистана и Казахстана, преобладает в холодное время года и приносит сухой азиатский воздух, а вместе с ним ясную и морозную погоду.
Территория Западной Сибири неравномерно делится на районы, с разными формами статистического распределения рядов продолжительности сильных снегопадов. Наличие далеко отстоящих значений в распределении продолжительности снегопадов территориально совпадает с траекториями перемещения циклонов с южных и юго-западных направлений.
Изучение синоптического положения в дни с продолжительными сильными снегопадами на территории юга Западной Сибири обнаружило, что на теплый фронт приходятся 75 % случаев сильного снегопада и 25 % - на холодный, случаев их формирования на фронтах окклюзии не отмечалось. Снегопад в Алтайском крае также связан с прохождением теплого фронта.
Кроме условий прохождения атмосферного фронта для формирования сильного снегопада в Западной Сибири оказалось, что необходимо еще и условие блокирования западных переносов.
В результате применения кластерного анализа для числа дней с явлениями дождь и ливневый снег было выделено идентичных 2 математических центра - Дудинка и Салехард. Для числа дней с явлением ливневый дождь - 3 центра (Марресаля , Игарка, Александровское) и 4 центра (Игарка, Салехард, Надым, Колпашево) - для числа дней с явлением ливневый мокрый снег. Станция Кемерово оказалась не репрезентативной по отношению к временному ряду с явлением дождь и была исключена из исследования.
В результате спектрального анализа было выявлено, что чаще всего наблюдается квазидвухлетняя цикличность или 2-летний цикл (4-летний цикл). Это есть цикл смены восточных и западных ветров. Этот факт подчеркивает солнечную природу двухлетнего цикла атмосферной циркуляции.
Циклы 3, 5, 6 или 8 лет не являются солнечно обусловленными, они появляются, по-видимому, лишь в результате взаимодействия межпланетарных магнитных полей с разными характеристиками и протонов высокой энергии.
Обнаруженный 5-6 летний цикл в деятельности Солнца (и ряда солнечно обусловленных геофизических явлений), является самым коротким циклом, который имеет солнечное происхождение, хотя и присутствует во временном ходе многих гидрометеорологических характеристиках.
Меньше всего проявляется цикл в 9-10 лет, этот цикл также связан с солнечной активностью.
В результате анализапараметров распределения временного ряда методом EV- диаграмм было получено, что, для числа дней с явлением «дождь» параметры распределения,преимещественно, не испытывают со временем никаких изменений, особенно в районах северных станций. Уменьшение параметра среднего арифметического происходит в центральной части территории. В основном среднее число дней с явлениями «ливневый дождь» и «ливневый снег» возрастает по всей территории. При этом, наиболее часто встречаются сочетаниятакого увеличения с уменьшением или отсутствием изменений параметра СКО. Среднее число дней с ливневым мокрым снегом преимущественно возрастает или не испытывает никаких транформаций.
В динамике хода среднего числа дней и суммы часов для явления «дождь» отмечаются некоторые особенности для разных групп станций. Так, для группы, где математическим центром является Салехард, прослеживаются периоды увеличения и уменьшения числа дней с явлением. Для группы станций, которые возглавляет Дудинка, прослеживается явное уменьшение числа дней с явлением до 10-12 дней в году. Эта группа станций включает в себя три северных и три южных станции Западной Сибири со средним количеством в году дней с дождем от 22 до 33.
В динамике хода среднего числа дней и суммы часов с явлением «ливневый дождь» для группы станций, которые возглавляет Александровское никаких колебаний не выявлено. Число дней с явлением для групп станций, центром которых является Игарка прослеживаются изменения. Сначала число дней увеличивается, потом уменьшается. Виден рост числа дней с явлением для группы станций, математическим центр которых станция Марресаля. Марресаля возглавляет северные станции (Салехард и Антипаюта), а для северных станций ливневый дождь явление редкое.
В случае с явлением «ливневый снег» виден рост числа дней для группы станций, которые математически возглавляет Салехард. Явно прослеживаются периоды увеличения числа дней с явлением для групп станций, центром которых является Дудинка, что не является нормой для северных станций.Положение кластера состоящего из станций Дудинка, Игарка, Александровское и Колпашево совпадает с наиболее частым положением изобар Сибирского антициклона. Для районов станций Берёзово, Надым, Салехард и Антипаюта, в последнее время, характерны выходы западных циклонов.Территориально этоткластер хорошо согласуется с распределением давления и траекториями перемещения зимних циклонов.
В динамике хода среднего числа дней и суммы часов с явлением «ливневый мокрый снег» виден период увеличения числа дней с явлением для групп станций, центрами которых являются Колпашевои Надым. Периоды увеличения и уменьшения прослеживаются для групп станций, которые возглавляют Игарка и Салехард.Положение этих кластеров в пространве также хорошо согласуются с распределением давления и траекторией перемещения зимних циклонов.Территория Западной Сибири практически закрыта от влияния Атлантических воздушных масс Уральскими Горами. Наилучший доступ обеспечен северным и северо-восточным ветрам, дующим с Северного Ледовитого океана и Восточной Сибири. Другое направление ветра - с юга и юго-запада, то есть с территории Узбекистана и Казахстана, преобладает в холодное время года и приносит сухой азиатский воздух, а вместе с ним ясную и морозную погоду.
Территория Западной Сибири неравномерно делится на районы, с разными формами статистического распределения рядов продолжительности сильных снегопадов. Наличие далеко отстоящих значений в распределении продолжительности снегопадов территориально совпадает с траекториями перемещения циклонов с южных и юго-западных направлений.
Изучение синоптического положения в дни с продолжительными сильными снегопадами на территории юга Западной Сибири обнаружило, что на теплый фронт приходятся 75 % случаев сильного снегопада и 25 % - на холодный, случаев их формирования на фронтах окклюзии не отмечалось. Снегопад в Алтайском крае также связан с прохождением теплого фронта.
Кроме условий прохождения атмосферного фронта для формирования сильного снегопада в Западной Сибири оказалось, что необходимо еще и условие блокирования западных переносов.
Подобные работы
- ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗЗАМОРОЗКОВОГО ПЕРИОДА
ДЛЯ ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Бакалаврская работа, география. Язык работы: Русский. Цена: 4660 р. Год сдачи: 2017 - ВЛИЯНИЕ ЦИКЛОГЕНЕЗА ОБЬ-ИРТЫШСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ НА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Бакалаврская работа, география. Язык работы: Русский. Цена: 4400 р. Год сдачи: 2023 - Оценка характеристик кучево-дождевых облаков различного происхождения и структурной организации над Западной Сибирью по данным дистанционного зондирования и наземных наблюдений
Магистерская диссертация, география. Язык работы: Русский. Цена: 5870 р. Год сдачи: 2025 - ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Бакалаврская работа, география. Язык работы: Русский. Цена: 4325 р. Год сдачи: 2020 - ОПАСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ДЛЯ АВИАЦИИ В РАЙОНЕ АЭРОДРОМА ТОМСК
Бакалаврская работа, геология и минералогия. Язык работы: Русский. Цена: 4280 р. Год сдачи: 2016 - СОВМЕСТНЫЙ АНАЛИЗ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОБЫТИЙ В
ДИНАМИКЕ АТМОСФЕРНЫХ И ЛИТОСФЕРНЫХ
ПРОЦЕССОВ В ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Бакалаврская работа, география. Язык работы: Русский. Цена: 4500 р. Год сдачи: 2024 - ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ НАД ТЕРРИТОРИЕЙ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА
Бакалаврская работа, география. Язык работы: Русский. Цена: 4350 р. Год сдачи: 2024





