УДК 551.583

DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1045-1051

ОЦЕНКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИЗЕМНОГО ВОЗДУХА НА ТЕРРИТОРИИ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

ASSESSMENT OF SPATIAL TEMPORAL CHANGES IN SURFACE AIR TEMPERATURE IN THE ORENBURG REGION

Попова О.Б.

Popova O.B.

Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия

Orenburg State University, Orenburg, Russia

Аннотация. Представлены результаты анализа пространственно-временных изменений температуры приземного воздуха по метеорологическим станциям Оренбургской области. Методами статистического анализа выявлены основные тенденции многолетних изменений среднемесячных значений и среднегодовых температуры воздуха. Среднегодовые значения температуры воздуха в среднем для региона выше нормы 1991-2020 гг., снижаются с запада на юго-восток. Самые высокие значения среднегодовой температуры воздуха характерны для центральных и юго-западных районов. Показана динамика хода средних многолетних месячных значений температуры воздуха в сравнении с климатическими нормами, рекомендованными ВМО. Показатели основного периода превышают значения базового периода в зимний сезон, летний и осенний. Построены линейные тренды внутригодового хода температуры воздуха. Аппроксимация в максимальном значении составила 0,222 для зимнего периода восточных станций региона. Наибольшая неопределенность оценок трендов температуры воздуха наблюдается в летний период. Выявлены изменения приращения ТВ для теплого и холодного сезонов года. Скорость роста среднегодовой температуры воздуха, согласно рассчитанному коэффициенту наклона линейного тренда, составляет 0,04ºС. Во внутригодовом распределении роста среднемесячной температуры воздуха доминирует зимний сезон. Приращение температуры воздуха территориально происходит с запада на восток. Проанализированы причины наблюдаемых особенностей изменения зимней температуры на территории Оренбургской области.

Ключевые слова: изменения температуры приземного воздуха, среднегодовая температура, среднемесячная температура, современное потепление климата, Оренбургская область.

Abstract. The results of the analysis of spatial and temporal changes in surface air temperature at meteorological stations in the Orenburg region are presented. Statistical analysis methods have revealed the main trends of long-term changes in monthly averages and average annual air temperatures. The average annual air temperature values for the region are above the norm from 1991 to 2020, decreasing from west to southeast. The highest values of the average annual air temperature are typical for the central and southwestern regions. The dynamics of the course of the average long-term monthly air temperature values in comparison with the climatic norms recommended by the WMO is shown. The indicators of the main period exceed the values of the base period in the winter, summer and autumn seasons. Linear trends of the intra-annual course of air temperature are constructed. The approximation in the maximum value was 0.222 for the winter period of the eastern stations of the region. The greatest uncertainty in estimates of air temperature trends is observed in the summer period. The changes in the TV increment for the warm and cold seasons of the year are revealed. The rate of increase in the average annual air temperature, according to the calculated slope coefficient of the linear trend, is 0.04ºС. The winter season dominates the intra-annual distribution of the increase in the average monthly air temperature. The increase in air temperature geographically occurs from west to east. The reasons for the observed features of changes in winter temperature in the Orenburg region are analyzed.

Key words: changes in surface air temperature, average annual temperature, average monthly temperature, modern climate warming, Orenburg region.

Оренбургская область расположена в умеренном климатическом поясе на границе нескольких природных стран – юго-востока Русской равнины, юга Уральской горной страны и северо-запада Тургайской столовой равнины. Смена ландшафтных стран, благодаря специфике административных границ Оренбургской области, происходит в субширотном направлении. На формирование климата региона оказывает влияние ряд факторов: западный перенос умеренных широт, удаленность от мирового океана с возрастающей континентальностью с запада на восток по умеренному типу, расположение на оси Воейкова и влияние зимнего Монгольского максимума.

Материалы и методы исследования. В целях оценки современного изменения климата были выбраны метеорологические станции, расположенные по территории региона с запада на восток (рисунок 1). Сведения по срочным, суточным, месячным показателям температуры приземного воздуха (ТВ) были отобраны за срок наблюдения 2006-2022 гг. Источником данных стали справочные издания и открытые данные сетевых метеостанций Росгидромета, в доступе на портале ВНИГМИИ МЦД [1, 2].

Рисунок 1. Карта Оренбургской области с расположением метеостанций (Сорочинск, Оренбург, Акбулак, Орск, Домбаровский).

Средняя годовая температура воздуха (СГТВ) за период 2006-2022 гг. по метеостанциям Сорочинск, Оренбург, Акбулак, Орск, Домбаровский составила 5,8°С. При этом закономерно уменьшение значения СГТВ с запада на восток региона: в Сорочинске, Оренбурге и Акбулаке превышает 6,0°С, в Орске 5,5°С, в Домбаровском 4,9°С – самое низкое значение СГТВ (рисунок 2).

Рассчитывались средние многолетние месячные значения в основной период (2006- 2022 гг.) и проводилось сравнение с базовым периодом, рекомендованном Всемирной метеорологической организацией (1991-2020 гг.). Сравнение климатических норм показывает, что значение всех среднемесячных показателей увеличивается (рисунок 3). Наибольшее превышение значений для Предуралья (больше 2°С) отмечается для января, февраля, августа и октября.

Для выбранных метрологических станций построены совмещенные графики распределения ТВ в январе и июле. В Предуралье средняя многолетняя январская температура изменяется в пределах от -11,8°С до -12,5°С. Амплитуда январской температуры за период исследования здесь составляет 15°С (рисунки 4, 5).

На фоне положительного линейного тренда июльской многолетней температуры воздуха, указывающего на повышение температуры воздуха со скоростью 0,35ºС/10лет просматривается восходящая ветка синусоиды. Достоверность линейного тренда оценивалась величиной коэффициента квадрата корреляции (R²) и составила 0,0056. На фоне незначительного повышения летней температуры происходили частые межгодовые колебания. Кривая, аппроксимированная полиномом шестой степени, показывает наличие двух волн в рассматриваемый период с разной амплитудой. С точностью R²=0,1779 можно говорить о присутствии во временном ряду гармонических колебаний (рисунок 4).

Рисунок 2. Средняя годовая температура воздуха по метеостанциям Оренбургской области (2006-2022 гг.).

Рисунок 3. Динамика хода средних многолетних месячных значений температуры воздуха для г. Сорочинск (2006-2022 гг.).

Рисунок 4. График изменения среднемесячных значений ТВ для г. Сорочинск (2006- 2022 гг.).

Рисунок 5. График изменения среднемесячных значений ТВ для г. Акбулак (2006-2022 гг.).

Для территории Зауралья средняя многолетняя январская ТВ изменяется в пределах – 13°С-14,9°С. Межгодовые амплитудные изменения составляют 14°С (рисунки 6, 7). Наиболее низкие значения ТВ территориально изменяются в сторону увеличения морозности с запада на восток, а не с юга на север, что объясняется влиянием восточной антициклонической формы циркуляции атмосферы.

При анализе распределения средней июльской ТВ становится очевидным проявление широтной зональности, так как увеличение значений происходит с севера на юг от 22,0ºС до 23,7ºС. Высокими средними значениями хода ТВ в июле характеризуются метеорологические станции, расположенные на юге Оренбургской области от 24,5ºС (Домбаровский) до 26,6ºС (Акбулак). Амплитуда июльских средних многолетних значений невысока, составляет около 6ºС для Предуралья.

Главная тенденция современных климатических изменений на территории Оренбургской области – рост ТВ, выявленный в январе и июле. Однонаправленная тенденция изменения динамики хода среднемесячных значений января и июля определена при помощи линейного тренда [3]  (1)

где: T(t) – значение среднегодовой температуры воздуха;

t – наблюдаемый порядковый номер;

a0,a1 – регрессионные коэффициенты.

Динамика среднеянварской и среднеиюльской ТВ (2006-2022 гг.) и их линейные тренды приведены на рисунках 4, 5, 6, 7.

Рисунок 6. График изменения среднемесячных значений ТВ для г. Орск (2006- 2022 гг.).

Для Предуралья характерны значительные межгодовые колебания теплого периода, что дает низкую возможность прогнозирования (R2=0,0056). Максимальная точность аппроксимации для значений холодного периода составила 0,222 (г. Орск), что значит на 22% адекватное исходным данным. Таким образом, степень разброса, угол, отрезок и удаленность данных от прямой говорит о том, что прогноз не может быть точным.

Изменение среднемноголетнего значения годовой температуры воздуха найдено при помощи уравнения линейного тренда по формуле 2:

(2)

где Tr(t1) – величина тренда, вычисленная по уравнению линейного тренда в момент

времени t1;

Tr(tn) – величина тренда, вычисленная по уравнению линейного тренда в момент времени

tn.

ΔTr (июль, Сорочинск) = 21,8-21,3= 0,5ºC

ΔTr (январь, Сорочинск) = -10-(-13,8) = 3,8ºC

ΔTr (январь, Домбаровский) = -12,8-(-17,3)= 4,5ºC

Рисунок 7. График изменения среднемесячных значений ТВ для пос. Домбаровский (2006-2022 гг.).

Изменение среднемесячного значения июльской ТВ для Сорочинска за исследуемый период составляет 0,5 °C, для Домбаровского 1,6°С. Январская ТВ в Сорочинске повысилась на 3,8°С, а в Домбаровском на 4,5°С за 16 лет.

Угловой коэффициент наклона линии тренда (КНЛТ), характеризующий скорость изменения ТВ, был рассчитан для СГТВ и по месяцам. КНЛТ для Оренбургской области составляет 0,04º/10 лет (рисунок 8).

Наибольшие значения КНЛТ СМТВ выявлены для зимнего (январь 0,42ºС/10 лет, февраль 0,33ºС/10 лет) и летнего сезонов (июль 0,17ºС/10 лет, август 0,07ºС/10 лет). Отрицательные значения характерны для марта, апреля и октября, ноября (-0,11-0,08 ºС/10 лет) (рисунок 8). Таким образом, тенденция роста СГТВ, в основном, происходит за счет зимних месяцев.

Обсуждение результатов. Климатообразование для территории Оренбургского Предуралья формируется под влиянием западного переноса. Климат Зауралья в большей степени зависим от возрастающей континентальности и воздействия евразийского антициклона в холодный период. Сложность прогнозирования Предуралья – в его физико-географическом положении и особенности атмосферной циркуляции. Оренбургское Предуралье, находясь во власти влажного и прохладного западного переноса, летом может испытывать вторжения раскаленных южных полупустынных суховеев, что также влияет на внезапное повышение и внутригодовые колебания ТВ. Этим же объясняется величина амплитуды СМТВ летнего Предуралья. КНЛТ по всем построенным трендам линейной аппроксимации теплого и холодного сезонов имеет положительное значение коэффициента и указывает на рост температуры (потепление климата). Амплитуда ТВ Зауралья в январе имеет меньшее значение, чем в Предуралье, что обусловливается антициклоническими формами циркуляции атмосферы, доминирующими на востоке региона, поддерживающими в течение сезона низкие ТВ. При этом январские значения ТВ Зауралья склонны к постепенному многолетнему повышению (КНЛТ 0,33-0,423ºС/10 лет). Весна и осень для Оренбургского региона представляет собой обратную тенденцию снижения роста КНЛТ и указывает на похолодание.