Статья: Многолетний режим атмосферных осадков в г. Иркутске

В теплый период года (апрель - сентябрь) выпадает в среднем до 80 % годовой суммы, причем более 58 % из них приходится на летние календарные месяцы. Если говорить о размахе многолетних месячных данных, то эти величины между собой несравнимы, так как распределение осадков по месяцам весьма неравномерно.

Наиболее показательно сравнить размах, приходящийся на единицу соответствующего среднего (см. табл. 2), показывающего, что наибольшая неустойчивость в выпадении осадков свойственна июню и октябрю.

По поведению моды (по отношению к среднему и медиане) можно сказать, что в архивных записях данных для марта и сентября кроются небольшие ошибки, которые проявляются и в общегодовой информации. Сравнение характеристик положения (среднее, медиана, мода), а также коэффициент асимметрии указывают на правую асимметрию, что и стоило ожидать в связи с увеличением осадков.

Таблица 2 Статистические характеристики многолетнего распределения осадков

Рис. 1. Годовое распределение средних, максимальных и минимальных значений месячных сумм атмосферных осадков в г. Иркутске в 1887-2016 гг.

Наибольшее значение годовой суммы осадков за период 1887-2016 гг. отмечалось в 1938 г. и составило 797 мм, а наименьшее (227 мм) - в 1888 г. (рис. 2, а, см. табл. 2). Обращает внимание, что в эти годы наиболее существенные различия месячных сумм осадков, по сравнению с соответствующими средними значениями, наблюдались в летние месяцы: так, в июне 1938 г. месячное количество осадков (303 мм) было больше в 4 раза, а в июне 1888 г. (11 мм) - в 6 раз меньше среднего многолетнего значения (68 мм); аналогично в июле при норме 99 мм в 1938 г. было 131 мм, а в 1888 г. - только 26 мм. Хотя коэффициенты линейного тренда во все месяцы положительны (рис. 2, в), но статистически они незначимы. По данным спектрального анализа (рис. 2, б) выделяются периоды 2-4 года, 10, 32 и 65 лет преобладания в межгодовой изменчивости осадков. Квазидвухлетние колебания хорошо известны в метеорологии; 10-летний цикл близок по продолжительности к циклу солнечной активности, а близкие к 30- и 60-летним колебаниям периоды свойственны изменениям крупномасштабных форм атмосферной циркуляции [Jaagus, 2017].

Для исследования вклада синоптических факторов в изменчивость атмосферных осадков в г. Иркутске были рассчитаны аномалии приземного давления и высот геопотенциальной поверхности АТ-500 ГПа для двух лет июля: 1994 г. (наиболее влажный - среднегодовая сумма осадков существенно больше нормы и составляет 739 мм) и 2013 г. (наиболее сухой - среднегодовая сумма осадков меньше нормы и составляет 330 мм). Существенная разница в количестве осадков отмечается и в июле этих годов (соответственно 161 и 60 мм). Во влажный 1994 г. (рис. 3, а, в) хорошо выражено падение давления над обширной зоной Евразии за счет активизации циклонической деятельности в период углубления исландской депрессии. В Иркутске отрицательные аномалии среднего месячного давления достигали 6 ГПа, в поле геопотенциала - 40 дкм. В засушливый период 2013 г. синоптические условия были противоположными (рис. 3, б, г). Происходило усиление субтропической зоны повышенного давления. Длительное время блокирующие процессы наблюдались на северо-западе Евразии, препятствуя смещению атлантических циклонов вглубь материка. Кроме того, в течение продолжительного периода наблюдались блокирующие антициклоны и над территорией Иркутской области, в результате чего южные циклоны с районов Монголии смещались преимущественно на Забайкалье и Дальний Восток.

Рис. 2. Изменение годовых сумм атмосферных осадков (а), периодограмма годовых сумм (б) и коэффициенты линейного тренда месячных сумм осадков в г. Иркутске в 1887-2016 гг.

Рис.3. Аномалии приземного давления (ГПа) и АТ-500 ГПа (дкм) для июля 1994 г. (а, в) и июля 2013 г. (б, г), рассчитанные по отношению к периоду 1948-2016 гг.

Для исследования вклада крупномасштабных циркуляционных факторов в изменчивость атмосферных осадков проводился анализ корреляционной связи между изменениями месячных сумм осадков в г. Иркутске и индексами атмосферной циркуляции: NAO (North Atlantic Oscillation) - североатлантическое колебание, PDO (Pacific Decadal Oscillation) - тихоокеанское декадное колебание и SOI (South Oscillation Index) - индекс южного колебания. Эти индексы являются общепризнанным для анализа климатических изменений, так как отражают планетарные колебания системы «атмосфера - океан». Рассматривались периоды 2000-2017 и 1948-1999 гг. Установлено, что в последние десятилетия на территории Иркутской области существенно возрос уровень корреляционной связи между количеством атмосферных осадков в июле и климатическими индексами. Индекс NAO увеличился от 0,2 до 0,6; степень корреляционной зависимости с индексом SOI изменилась с положительной 0,2 до отрицательной -0,4. Интересно, что ранее в Иркутской области отсутствовала корреляционная связь с вариациями индекса южного колебания, а в последние десятилетия коэффициент корреляционной связи составил 0,6 (рис. 4).

Рис.4. Значения коэффициентов парной корреляции между суточными суммами атмосферных осадков и климатическими индексами в 1948-1999 гг. и 2000-2017 гг.: NAO (а, б), SOI (в, г) и PDO (д, е)

Наглядным подтверждением вклада указанных индексов явился пример аномально высокой месячной суммы атмосферных осадков (319 % нормы), которые выпали в г. Иркутске в декабре 2017 г. Анализ высотного барического поля и ветровых потоков показал, что в декабре 2017 г. осуществлялись не только частые выходы ныряющих циклонов на территорию Иркутской области, но и активный фронтогенез. Причиной фронтогенеза явилось взаимодействие не только теплой атлантической воздушной массы, которая с большими скоростями смещалась на юг Иркутской области и Забайкалье, сохраняя высокое влагосодержание, но и тихоокеанского влажного воздуха, вовлекаемого в регион вдоль тыловой части обширной высотной ложбины (рис. 5). Кроме того, усилению температурных контрастов в зоне атмосферных фронтов способствовало сближение арктической, полярной и субтропической высотных фронтальных зон.

Рис. 5. Карта ветровых потоков на уровне АТ-300 ГПа (9 км) в декабре 2017 г.

Заключение

Анализ многолетних данных наблюдений (1887-2016 гг.) за атмосферными осадками в Иркутске позволил сделать следующие выводы:

• количество осадков по климатическим периодам, выделенным за рассматриваемый отрезок времени, возрастает, но скорость их возрастания монотонно падает от периода к периоду;

• по данным спектрального анализа выделены периоды межгодовых колебаний изменчивости осадков, которые хорошо согласуются с циклами солнечной активности и крупномасштабных форм атмосферной циркуляции;

• установлено, что в последние десятилетия значительно усилилась корреляционная связь между количеством осадков в дождливом июле и различными климатическими индексами;

• наблюдается тенденция к большей частотности выходов на территорию области так называемых ныряющих циклонов.

Список литературы

атмосферные осадки иркутск

1. Бардин М.Ю., Платова Т.В. Изменения порогов экстремальных значений температур и осадков на территории России в период глобального потепления // Проблемы экол. мониторинга и моделирования экосистем. 2013. Т. 25. С. 71-93.

2. Ковальчук Л.А. Стохастическое оценивание вековой динамики сезонных распределений ежедневных атмосферных осадков на примере наблюдений в Киеве // Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2014. N 1. С. 111-116.

3. Сравнительные исследования засух 2010 и 2012 г. на европейской территории России по метеорологическим MODIS данным / А.Н. Золотокрылин, Т.Б. Титкова, Е.А. Черенкова, В. Виноградова // Соврем. проблемы дистанцион. зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10, № 1. С. 245-253.

4. Сухова М. Г., Журавлева О. В. Динамика изменения температуры воздуха и атмосферных осадков в Чуйской котловине // Изв. вузов. Сев.-Кавказ. регион. Естеств. науки. 2017. № 1. С. 124-129.

5. Холопцев А. В., Катунина Е. В., Тимошенко Т. Ю. Продолжительные арктические вторжения в Атлантическом секторе и атмосферные осадки в Крыму // Учен. зап. Крым. федер. ун-та им. В. И. Вернадского. География Геология. 2017. Т. 3 (69), № 2. С. 255-271.

6. Шабанов П. А., Матвеева Т. А., Маркина М. Ю. Межгодовые изменения события очень сильных осадков на Европейской части России // Фундам. и прикл. климатология. 2017. Т. 4.

7. 106-123.

8. Baumer D., Vogel B. An unexpected pattern of distinct weekly periodicities in climatological variables in Germany // Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34. L03819. DOI: 10.1029/2006GL028559.

9. Midweek increase in U.S. summer rain and storm heights suggests air pollution invigorates rainstorm / T. L. Bell [et al.] // J. Geophys. Res. 2008. Vol. 113. D02209. DOI: 10.1029/2007JD008623.

10. Detwiller J. Incidence possible de l'activite industrielle sur les precipitation a Paris // WMO Tech. Note. 1970. Vol. 108. P. 361-362.

11. Donat M. G. Updated analysis of temperature and precipitation extreme indices since the beginning of the twentieth century: The HadEX2 dataset // J. Geophys. Res. 2013. Vol. 118. Р. 20982118.

12. Forster P. M., Solomon S. Observation of a “weekend effect” in diurnal temperature range // Proc. Natl. Acad.Sci. USA. 2003. Vol. 100 (20). P. 11225-11230.

13. Fyke J., Lenaerts J., T. M., Wang H. Basin-scale heterogeneity in Antarctic precipitation and its impact on surface mass variability // The Cryosphere. 2017. Vol. 11. Р. 2595-2609.

14. North Atlantic Oscillation (NAO) and precipitation in Galicia (Spain) / N. O. Garcia [et al.] // Atmosfera. 2005. Vol. 18. Р. 25-32.

15. Weekly cycle of aerosolmeteorology interaction over China / D. Y. Gong [et al.] // J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. D022202. DOI:10.1029/2007JD008888.

16. Jaagus J. Trends and regime shifts in climatic conditions and river runof // Earth Syst. Dy- nam. 2017. Vol. 8. Р. 963-976.

17. Kivinen S., Sirpa R., Kirsti J. Long-term climate trends and extreme events in Northern Fen- noscandia (1914-2013) // Climate. 2017. Vol. 5, N 1. DOI: 10.3390/cli5010016.

18. Knowles N., Dettinger M., Cayan D. Trends in snowfallversus rainfall for the eastern United States // J. Clim. 2006. Vol. 19. Р. 4545-4559.

19. Lau K. M., Sheu P. J. Annual cycle, quasi-biennial oscillation, and southern oscillation in global precipitation // J. Geophys. Res. Atmos. 1988. Vol. 93. Р. 10975-10988.

20. Рossible influences of air pollution, dust- and sandstorms on the Indian monsoon / W. K. M. Lau, K.-M. Kim, C. N. Hsu, B. N. Holben // WMO Bulletin. 2009. Vol. 58, N 1. Р. 22-30.

21. Mokhov I. I., Semenov V. A. Weather and Climate Anomalies in Russian Regions Related to Global Climate Change // Russian Meteorology and Hydrology. 2016. Vol. 41, N 2. Р. 84-92.

22. Attribution of extreme rainfall from Hurricane Harvey / G. J. Oldenborg [et al.] // Environ. Res. Lett. 2017. Vol. 12. doi.org/10.1088/1748-9326/aa9ef2.

23. Rogers C. D. W., Beringer J. Describing rainfall in northern Australia using multiple climate indices // Biogeosciences. 2017. Vol. 14. Р. 597-615.

24. Flood or Drought: How do aerosols affect precipitation? / D. Rosenfeld [et al.] // Science. 2008. Vol. 321. P. 1309-1313.

25. Simmonds I., Keay K.Weekly cycle of meteorological variations in Melbourne and the role of pollution and anthropogenic heat release // Atmos. Environ. 1997. Vol. 31, N 11. P. 1589-1603.

26. Trenberth K. E. Changes in precipitation with climate change // Climate Res. 2011. Vol. 47. Р. 123-138.

References

1. Bardin M.Yu., Platova T.V. Izmeneniya porogov ekstremalnykh znachenii temperatur i osadkov na territorii Rossii v period globalnogo potepleniya [Changes in the Thresholds for Extreme Temperatures and Precipitation on the Territory of Russia during the Period of Global Warming]. Problemy ekologicheskogo monitoringa i modelirovaniya ekosistem [Problems of Ecological Monitoring and Ecosystem Modelling], 2013, vol. XXV, pp. 71-93. (in Russian)

2. Kovalchuk L.A. Stokhasticheskoe otsenivanie vekovoi dinamiki sezonnykh raspredelenii ezhednevnykh atmosfernykh osadkov na primere nablyudenii v Kieve [Stochastic estimation of the secular dynamics of seasonal distributions of daily atmospheric precipitation by the example of observations in Kiev SSN 1025-6415]. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, no. 1, pp. 111-116. (in Ukraine)

3. Zolotokrylin A.N., Titkova T.B., Cherenkova Ye.A.,Vinogradova V.V. Sravnitelnye issledo- vaniya zasukh 2010 i 2012 g. na evropeiskoi territorii Rossii po meteorologicheskim MODIS dannym [Comparative studies of droughts of 2010 and 2012 on the European Territory of Russia on meteorological MODIS data]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kos- mosa [Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space]. 2013, vol. 10, no. 1, pp. 245253. (in Russian)

4. Sukhova M.G., Zhuravleva O.V. Dinamika izmeneniya temperatury vozdukha i atmosfernykh osadkov v Chuy-skoy kotlovina [Dynamics of Changes in Air Temperature and Precipitation in the Chuy Basin]. Izvestiya Vuzov. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Estestvennye nauki [University News North-Caucasian Region. Natural Sciences Series], 2017, no. 1, pp. 124-129. (in Russian)