ВЛИЯНИЕ ДОЛГОПЕРИОДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ НА УВЛАЖНЕНИЕ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
THE INFLUENCE OF MULTIDECADAL VARIABILITY IN NORTH ATLANTIC ON THE HUMIDIFICATION OF EUROPEAN RUSSIA STEPPE
Е.А. Черенкова
E.A. Cherenkova
Институт географии РАН (Россия, 119017, Москва, Старомонетный пер., 29)
Institute of Geography, Russian Academy of Sciences (Russia, 119017, Moscow, Staromonetny pereulok, 29)
e-mail: cherenkova@igras.ru
Исследовано изменение увлажнения на юго-востоке Европейской территории России в периоды более теплой и более холодной Северной Атлантики в XX-ом – начале XXI-го веке. Показано, что в эти периоды в степных ландшафтах наблюдались существенные различия в распределении аномалий сезонных осадков, связанные с изменениями крупномасштабной атмосферной циркуляции и преобладанием противоположных фаз Североатлантического колебания, а также колебаний центров действия атмосферы над Скандинавией, над востоком Северной Атлантики и ЕТР.
The change of humidification in the southeast of European Russia during the warmer and cooler periods of the North Atlantic in the 20th and early 21st centuries was studied. It was shown the significant difference in the spatial distribution of seasonal precipitation anomalies in the steppe landscapes during these periods which were linked with changes in large-scale atmospheric circulation and the predominance of the opposite phases of the North Atlantic Oscillation, as well as the fluctuation of the centers of action of the atmosphere over Scandinavia, over the east of the North Atlantic and European Russia.
Увлажнение (влагообеспеченность) территории, характеризуемая соотношением между приходной и расходной компонентами водного баланса (количеством выпадающих атмосферных осадков и испаряемостью), формируется под влиянием, как естественной изменчивости климатической системы, так и антропогенных изменений климата. Исследование увлажнения на юге Европейской территории России (ЕТР) во второй половине ХХ в. – первой трети XXI в. показало увеличение годового увлажнения территории в последние десятилетия ХХ в. [1], cмена тенденции увлажнения наметилась в начале XXI в. [2], и эта тенденция может стать устойчивой к середине XXI-го века согласно проекциям модельного климата [6]. Результаты недавних исследований свидетельствуют о том, что долгопериодные изменения температуры поверхности северной части Атлантического океана играют важную роль в формировании сезонных аномалий климата в европейском секторе на десятилетнем и междесятилетнем временном масштабе (например, [8, 11, 13]).
Цель работы состоит в том, чтобы изучить влияние долгопериодных изменений Северной Атлантики на сезонное увлажнение степных ландшафтов Европейской территории России в XX – начале XXI века в условиях изменения крупномасштабной атмосферной циркуляции в Атлантико-Европейском секторе.
Годовое увлажнение территории количественно выражается с помощью показателей увлажнения, которые в общем случае рассчитываются как отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости, сравнение показателей увлажнения на ЕТР выполнено в [5]. Испаряемость характеризует максимально возможное (потенциально возможное, не ограниченное запасами воды) испарение в данной местности при существующих атмосферных условиях [8], сравнение различных подходов к ее оценке на Европейской территории России проведено в работе [4]. Наряду с испарением, играющим важную роль в формировании увлажнения, очевидным является тот факт, что увлажнение территории зависит прежде всего от количества выпадающих осадков. Об этом свидетельствует теснота связи временных рядов показателей увлажнения и осадков. Так, например, коэффициент корреляции между временными рядами годового коэффициента увлажнения Пенмана [12] и годовыми осадками на территории Восточно-Европейской равнины в период 1901-2015 гг. изменялся в диапазоне 0,82-0,99 (по данным архива CRU-TS v.4.00 Университета Восточной Англии).
В качестве характеристики долгопериодной изменчивости Северной Атлантики (СА) была рассмотрена среднемесячная температура ее поверхности (ТПО). На основе анализа знака аномалий ТПО северной части Атлантического океана по методике, описанной в [7], к относительно более холодному периоду СА были отнесен период 1963-1994 гг., а к более теплым периодам СА – периоды 1926-1962 гг. и с 1995-2012 гг. Изменчивость атмосферной циркуляции в Атлантико-Европейском секторе характеризуется, главным образом, тремя основными модами: североатлантическим колебанием (North Atlantic Oscillation, NAO), колебанием регионального центра действия (область максимальной изменчивости) над Скандинавией (Scandinavia), а также колебанием центров действия атмосферы «Восточная Атлантика/Западная Россия» (East Atlantic/Western Russia). Количественно изменчивость описанных центров действия отражается с помощью временных рядов индексов NAO, SCAND и EAWR. Данные индексы крупномасштабной атмосферной циркуляции Северного полушария соответствуют ведущим модам изменчивости барических полей, полученным в работе [10] как результат разложения на естественные ортогональные функции поля высоты геопотенциала 500 гПа.
В предыдущем исследовании автором установлено, что весной периоды более теплой Северной Атлантики ассоциировались с бóльшим количеством осадков в целом на Восточно-Европейской равнине, чем в более холодный ее период [7]. Напротив, летом в аналогичные теплые периоды СА на большей части Восточно-Европейской равнины наблюдались более засушливые условия. Осенью в теплые периоды СА по сравнению с ее более холодным периодом на Восточно-Европейской равнине преобладал дефицит осадков, однако изменения между периодами были статистически незначимыми практически на всей территории равнины. Анализ пространственного распределения изменений сезонных осадков на Восточно-Европейской равнине в периоды устойчивых аномалий ТПО СА противоположного знака показал, что наиболее чувствительной к влиянию термического состояния океана является территория степных ландшафтов ЕТР, на которой выявленные различия осадков весной и летом были наибольшими и статистически значимыми.
Сезонные различия осадков как юго-востоке ЕТР, так и на Восточно-Европейской равнине в периоды устойчивых аномалий противоположного знака ТПО СА формировались в условиях изменения крупномасштабной атмосферной циркуляции. Влияние термического состояния океана на атмосферную циркуляцию проявляется в существенных сезонных различиях в активности центров действия атмосферы Атлантико-Европейского сектора. Так, например, весной, в периоды устойчивых положительных аномалий ТПО СА в 1950-1962 гг. и 1995-2012 гг. преобладали циркуляционные режимы, ассоциирующиеся с ослаблением Североатлантического колебания (САК) и одновременным ослаблением колебания, связанного с центрами действия над Фенноскандией, то есть с отрицательными значениями индексов NAO и SCAND, количественно характеризующих изменчивость указанных центров действия (рис. 1а). Необходимо отметить, что различия противоположных значений пар индексов NAO, SCAND в периоды противоположных аномалий ТПО СА были статистически значимыми (рис. 1б), в результате чего, над Восточно-Европейской равниной наблюдалась отрицательная аномалия высоты геопотенциала (рис. 2а), характерная для отрицательной фазы колебания центров действия атмосферы, связанных с Фенноскандией. Как следует из рисунка 2б, в этот период количество осадков в степных ландшафтах ЕТР было выше нормы.
Рисунок 1. Межгодовая изменчивость индексов NAO и SCAND в весенние месяцы (а) и связь аномалий ТПО СА в периоды её устойчивых противоположных аномалий с индексами NAO и SCAND в марте-мае в период 1950-2012 гг. (б).
Кругами серого цвета показаны аномалии ТПО СА в годы более холодной СА, черного цвета – в годы более теплой СА. Размеры кругов отражают интенсивность аномалий ТПО. Овалами с центрами в виде крестообразных маркеров отмечены области взвешенного среднеквадратического отклонения пар индексов NAO и SCAND. В качестве весовой функции использованы значения аномалии ТПО в марте-мае.
Напротив, в период более холодной СА в 1963-1994 гг. чаще наблюдались циркуляционные режимы, связанные с активизацией обозначенных центров действия, при которых значения индексов NAO и SCAND принимали положительные значения (рисунки 1 и 3 в [3]). В этот период, как показано на рисунке 2в, над Фенноскандией была выявлена область положительной аномалии высоты геопотенциала, ассоциирующаяся с антициклоническими режимами, а также осадки ниже климатической нормы на юго-востоке ЕТР (рис. 2г).
Рисунок 2. Аномалии осадков (мм) на юго-востоке ЕТР (а) и аномалии высоты геопотенциала (гПа) на уровне 500гПа в Атлантико-Европейском секторе (б) весной в годы отрицательных значений индексов NAO и SCAND в период устойчивых положительных аномалий ТПО СА в 1950-2012 гг. и в годы положительных значений индексов NAO и SCAND в период устойчивых отрицательных аномалий ТПО СА (в) и (г) соответственно.
Изолинии проведены для аномалий давления – 10 гПа, для аномалий осадков с шагом 10 мм. Отрицательные аномалии высоты геопотенциала показаны сплошными линиями, положительные - прерывистой линией. Положительные аномалии осадков показаны сплошными линиями, отрицательные - прерывистой линией.
Ранее в работе [3] было установлено, что положительные аномалии ТПО СА летом ассоциируются с отрицательными значениями индексов NAO и EAWR, а в период более холодной СА преобладали положительные значения индексов NAO и EAWR (рис. 3 в [3]), выявленные различия были статистически значимыми. Как можно увидеть на рисунке 3а, в среднем за годы отрицательных значений индексов NAO и EAWR в период более теплой СА над Восточно-Европейской равниной летом наблюдалась положительная аномалия высоты геопотенциала. При этом условия для образования осадков на юго-востоке ЕТР были менее благоприятными, чем в среднем за годы положительных значений индексов NAO и EAWR в период более холодной СА, когда над равниной отмечалась отрицательная аномалия давления (рис. 3в). Полученные результаты согласуются тем, что в первом случае на юго-востоке ЕТР наблюдался дефицит летних осадков (рис. 3б), а во втором случае их количество было избыточным по сравнению с климатической нормой (рис. 3г).
Рисунок 3. То же, что на рисунке 2, но для индексов NAO и EARW и ТПО СА летом.
Таким образом, несмотря на выявленные сезонные изменения атмосферной циркуляции в Атлантико-Европейском секторе и осадков на территории степных ландшафтов Европейской территории России в периоды устойчивых противоположных аномалий ТПО СА, нельзя ожидать сильного отклика увлажнения в годовом масштабе, поскольку наблюдаемые сезонные изменения осадков противоположного знака (прежде всего весной и летом) фактически компенсируют друг друга.
Исследование изменения увлажнения степных ландшафтов Европейской территории России в периоды устойчивых аномалий температуры поверхности Северной Атлантики выполнено в рамках научной темы 0148-2014-0015, анализ циркуляционных условий проведен при финансовой поддержке РГО и РФФИ (проект № 17-05-41085).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: