Мониторинг климата, оценка климатических изменений и их

МОНИТОРИНГ
КЛИМАТА, ОЦЕНКА
КЛИМАТИЧЕСКИХ
ИЗМЕНЕНИЙ И ИХ
ВЛИЯНИЯ
НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ
Н.А.Агальцева
Т.Ю.Спекторман
Среднеазиатский научноисследовательский
гидрометеорологический
институт (САНИГМИ) им.
В.А.Бугаева
Основные вопросы
1. Сценарии изменения
климата:
•
•
на основе зависимостей между
глобальной температурой и
региональными климатическими
характеристиками;
на основе выходных результатов
глобальных климатических
моделей
1. Анализ наблюдаемых
трендов стока и циклических
колебаний
2. Ледниковые запасы и
климатические изменения
3. Оценка изменения водных
ресурсов при возможных
изменениях климата
Климатические исследования в Узбекистане ведутся в
Среднеазиатском Научно-исследовательском институте
(САНИГМИ) и в рамках проектов, выполняемых при
поддержке GEF и UNDP «Узбекистан - изучение страны
по изменению климата», Фаза 1 и Фаза 2
Фаза 1 проекта завершена в 1999
году, Фаза 2 в 2001
Разработано и представлено на
Конференции сторон по РКИК
ООН в Бонне
Первое Национальное
сообщение по изменению
климата и отчет по второй фазе,
где изложены основные
результаты
•
•
•
•
•
В настоящее время ведется широкая научная
дискуссия о величине антропогенного вклада
в увеличение концентрации парниковых газов
в глобальное потепление
Независимо от величины вклада, повышение
концентрации парниковых газов и глобальное
потепление являются неоспоримыми фактами
Недооценка существующей угрозы может
привести к сильнейшим негативным и
необратимым последствиям, особенно в
развивающихся странах
В Узбекистане ведутся работы по изучению и
оценке происшедших изменений, построению
климатических сценариев, необходимых для
оценки последствий изменения климата
Выявление индикаторов изменения климата
основано на данных инструментальных
наблюдений
0.6
Индикатор изменения глобального климата
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Изменение средней глобальной температуры воздуха
относительно базовой нормы 1961-1990 годов
В начале XXI века средняя глобальная температура воздуха
примерно на 0.6°С выше, чем в начале ХХ века
Ant13200
Региональные
индикаторы изменения климата
-1.2
-0.8
-0.4
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2000 год и 1941 год, были
самыми теплыми за весь
период инструментальных
наблюдений в Узбекистане
N
1.5
W
E
S
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
1933 1939 1945 1951 1957 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999
Число
дней
Продолжительность
жаркого
периода
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖАРКОГО
ПЕРИОДА
90
70
50
30
10
1961
Число
дней
1966
1971
1976
1981
1986
1991
1996
Наблюдается
значительное
изменение
продолжительности
жаркого (t >25°C)
и холодного
(t <10°C)
периодов года
ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД
Продолжительность
холодного периода
175
( Самарканд )
период наблюдений
1961-2000
165
155
145
135
125
115
105
1962
1967
1972
1977
1982
1987
1992
1997
Многолетние изменения годовых сумм осадков
2000 год (68.6% от нормы)
N
•На фоне высокой
W
S
изменчивости осадков
прослеживаются
существенные вариации
осадков
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1933
1939
1945
1951
1957
Ano1320
> 40
40 - 60
60 - 80
80 - 100
100 - 120
120 - 140
>160
1963
1969
1975
1981
1987
1993
1999
E
%
150
Ташкент
Фергана
100
50
0
-50
-100
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
%
150
Ургенч
Тамды
100
50
0
-50
-100
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
В предгорной зоне
Узбекистана
очень сильная
засуха весной
(дефицит осадков
более 50%)
наблюдается 1-3
раза за 100 лет.
2000
В зоне пустынь и
полупустынь
очень сильная
весенняя засуха в
среднем
наблюдается 1 раз
в 10 лет, а засуха с
дефицитом 20% в
3-4 раза чаще.
Данные мониторинга климата показывают:
•на территории
Узбекистана отмечается повышение
температур воздуха и изменение продолжительности холодного
и жаркого периодов года;
• наблюдается усиление засушливости климата;
• экстремально сухие годы в большинстве случаев
фиксируются синхронно по всей территории республики;
• наибольший вклад в годовой тренд роста засушливости
вносит летний сезон.
S
1
0.5
0
Тамды
Чимбй
-0.5
-1
-1.5
Индекс засухи
-2
1927
1937
1947
1957
1967
1977
1987
1997
Как влияет
наблюдаемое
потепление на
формирование
водных ресурсов?
Приток в Чарвакское водохранилище
400
350
300
250
200
150
100
1932
1942 Приток
1952 в1962
1972 1982
1992 2002
Андижанское
водохранилище
2012
2022
250
200
150
Выделенные
колебания имеют
квази-циклический
характер и
отражают
колебания осадков
100
50
0
1932
Наблюдаемые
колебания
притока в
водохранилища
(календарный
год)
Выделенные
гармонические
тренды
(с периодом
порядка 37 и 10
лет)
описывают от 4
до 20% дисперсии
исходных рядов
1942 1952 1962
1972 1982 1992
2002 2012 2022
Зеравшан - Дупули
220
200
180
160
140
120
100
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025
Анализ временных рядов стока,
с существенной долей ледникового
питания, показал наличие
положительного линейного тренда и
колебаний порядка 22-23 года, которые
также проявляются во временных
рядах температуры воздуха
Наблюдаемые
тренды стока
и
циклические
колебания
(календарный
год)
Выделенные
тренды (с
периодом
порядка 22-23
года и
5 лет)
описывают
от 14 до 29%
дисперсии
исходных рядов
Оценка стока на перспективу на основе наблюдаемых
трендов
•Следует иметь ввиду, что экстраполяция линейных
положительных трендов, наблюдаемых во временных
рядах стока, имеющих значительные ледниковые и
снеговые составляющие, будет давать реалистичную
оценку только до тех пор, пока не исчерпаются
компенсационные возможности ледников и снежного
покрова в горах, при условии неизменных тенденциях
роста температур воздуха в регионе
•Наблюдаемое глобальное потепление напрямую
связывается с увеличением концентрации парниковых
газов в атмосфере. Скорость и величины глобального
потепления и его отклик в отдельных регионах зависят от
величин глобальных выбросов парниковых газов в
атмосферу Земли в будущем
Климатические сценарии при удвоении
концентрации СО2 в атмосфере
(осреднение по равнинной территории Узбекистана)
dT(oC)
14
T(oC)
30
CCCM
12
25
UK MO
10
20
8
15
6
10
4
5
2
0
0
-5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
GFDL
GI S S
12
Данные Национального центра атмосферных исследований США
(NCAR).
Климатические сценарии при удвоении
концентрации СО2 в атмосфере
(осреднение по равнинной территории Узбекистана)
R (GSMs), %
Равнина
R, мм
350
25
300
20
250
CCCM
UKMO
200
15
150
10
100
GFDL
GISS
R
5
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Сценариям осадков свойственна большая неопределенность,
особенно в летние месяцы. Изменение годовых сумм осадков в
пределах 89- 126% от современных норм
Построение сценариев на ближайшую перспективу
( база данных SCENGEN, разработанная в Университете
Восточной Англии в рамках National Communication
Support Program )
•
В данном варианте использованы выходные результаты
моделей в переходном состоянии для условий средней
чувствительности климата к повышению концентрации
парниковых газов в атмосфере в соответствии со сценарием
выбросов IS92а (сценарий невмешательства) с учетом влияния
сульфатных аэрозолей
•Статистическая интерпретация результатов моделей в узлах
регулярной сетки выполнена с применением концепции
«идеального прогноза». Статистические связи строились на
диагностических данных, а применялись к выходным
результатам моделей. В качестве предикторов использовались
осредненные аномалии в узлах сетки, в качестве предиктантов
- фактические данные по станциям Узбекистана и
прилегающей горной территории.
Расположение опорных климатических станций
Узбекистана
2
UKTR
Ожидаемые по
различным
моделям
изменения
Равнина, среднемесячных
точка 1 температур
(отклонения
в °С от базовой
нормы 1961-1990
годов)
к 2020 году
HadCM 2
1.5
GFDL-TR
ECHA M 4
CSIRO-TR
1
0.5
0
JA N
FEB
M AR
AP R
M AY
JUN
JUL
AUG
S EP
OCT
NOV
DE C
2
UK TR
HadCM 2
1.5
G FDL-TR
E CHA M 4
CS IRO -TR
1
0.5
0
JA N
Горы,
точка 2
FE B
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
A UG
SEP
O CT
NO V
DE C
Современная
базовая норма
среднемесячной
температуры
воздуха в
январе (а) и ее
ожидаемое
значение к 2050
году (б) в
соответствии со
сценарием
эмиссии IS92a и
учетом влияния
сульфатных
аэрозолей
(статистическая
интерпретация
результатов
модели
ЕСНАМ4)
Сколько
будет
воды
?
Главные водные артерии :
Амударья - водоносность - 78.5 куб.км в год
Сырдарья - водоносность - 37.1 куб.км в год
Температура по Узбекистану
На фоне повышения
температур воздуха
происходит деградация
горного оледенения,
уменьшение запасов снега в
бассейнах горных рек
Реакция ледника на изменение
климатических параметров
(осадки, температура воздуха)
носит инерционный характер,
причем запаздывание зависит от
площади, колеблясь от 0 до 10 лет.
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
1933 1939 1945 1951 1957 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999
ИЗМЕНЕНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПАМИРО-АЛАЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА
CHANGES OF THE PAMIR-ALAY GLACIATION EXTENT IN THE 2nd PART OF XX CENTURY
Ледники - единственные
источники чистой воды в
Средней Азии
Каково их современное
состояние и реакция на
возможные изменения
климата?
ИЗМЕНЕНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПАМИРО-АЛАЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА
CHANGES OF THE PAMIR-ALAY GLACIATION EXTENT IN THE 2nd PART OF XX CENTURY
За 1968-98 гг. ледник Абрамова
потерял 21 метр слоя воды
- 18% массы
К 2020 году ожидается потеря
еще 17% запасов имеющегося
льда
Баланс массы ледника
Абрамова в 1977 г.
(-161 cм).
100
0
-100
-200
-300
-400
-500
-600
-700
Abramov Glacier mass
balance, 1977 (-161 cm).
ИЗМЕНЕНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПАМИРО-АЛАЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА
CHANGES OF THE PAMIR-ALAY GLACIATION EXTENT IN THE 2nd PART OF XX CENTURY
During 1957 – 1980 the Pamir-Alay glaciers lost
113 km3 (19%) of their water
Syrd
arya
R.
Changes of glaciers volume, 106m3
Amudarya R.
Климатические сценарии на основе МОЦ
Были использованы выходные результаты четырех
GCM в состоянии равновесия для современного
уровня концентрации СО2 в атмосфере
(контрольные прогоны) и при условии его
удвоения (2хСО2):
СССM - модель Канадского климатического центра,
UKMO-модель Метеорологического бюро
Соединенного Королевства,
GFDL - модель Лаборатории геофизической
гидродинамики США,
GISS - модель Института Годдарда по космическим
исследованиям.
Оценка количества водных ресурсов на перспективу
Интегральная оценка стока Сырдарьи и Амударьи проведена с
использованием модели формирования стока горных рек при
различных климатических сценариях
120
Ожидаемое изменение водных ресурсов (км3/год)Амударьи и Сырдарьи
100
80
78,5
76,1
78,5
75,3
60
Амударья
62
47,1
Сырдарья
40
20
0
37,9
39,4
37,9
37,1
32,2
27,3
Norma
R2030
GFDL
GISS
UKMO
CCCM
• Основной вывод. Ни один из сценариев климата не дает в
будущем увеличения водных ресурсов в отличие от
имевшихся ранее оценок
• В условиях современного дефицита водных ресурсов в
Средней Азии, даже небольшое, но устойчивое их уменьшение
представляет серьезную проблему
Математическая модель
формирования стока горной реки
Модель
формирования
снежного
покрова
Qпов
q
E
q~ = q − Qпов
Расчет
талого
и дождевого
поступления
Модель
формирования
стока
с ледников
Q1
W1
Q
Q1.2
Q2
W2
P
Модель
трансформации
в сток
Qmin
Схема модели
трансформации стока
в бассейне горной
реки
WINDOWS-98
Структура
АИСГП
AUTOM ATED
IN F O R M A T IO N A L
S Y S T E M A IS H F
H Y D R O M E T E O R O L O G IC A L
IN F O R M A T IO N
DATABASE
SO FTW ARE
M ODEL
SERVER
P R O C E S S IN G
G R A P H IC
IN T E R F A C E
Оценка чувствительности речных водосборов к
изменениям климатических параметров
10
1
2
3
4
Q, % от нормы
-10
-30
-50
Ахангаран
Чаткал
Пскем
Приток в
Чарвакское
вдхр
Вахш
Кугарт
Зеравшан
В условиях современного дефицита водных ресурсов в Средней
Азии, даже небольшое, но устойчивое их уменьшение
представляет серьезную проблему
2000 год может быть аналогом будущего потепления
Экстремальное маловодье,
отмеченное в
вегетационный период
2000 года было следствием
дефицита осадков зимой
< 40
40 - 80
80 - 120
120 - 160
160 - 200
200 - 300
> 300
90
80
70
норма
60
3
м /сек
Февраль
сумма осадков, % от нормы
2000
50
40
30
20
10
0
X
XI XII
I
II
III
IV
V
VI VII VIII IX
Гидрограф стока,
река Ахангаран
Пскем - Муллала, 2000
Central Asian Hydrometeorological Institute
Q, куб. м/с
Экстремальное маловодье,
отмеченное в
вегетационный период
2000 года было следствием
дефицита осадков зимой
200
Нормы
2000
Прогноз
100
0
X
XII
I
II
III
IV
V
VI
VII
Чаткал - Худайдодсай, 2000
Q, куб. м/с
400
300
Нормы
2000
Прогноз
200
100
0
X
22
XI
XI
XII
I
II
III
IV
месяцы
V
VI
VII
VIII
IX
Гидрографы стока
рек Пскем и Чаткал
VIII
IX
В данной работе поставлена задача построить региональные
климатические сценарии на ближайшую перспективу (к 2025 году).
Выходные результаты моделей в состоянии равновесия позволяют
получить оценки изменений температуры и осадков только на
гипотетический момент удвоения концентрации СО2 в
атмосфере (2хСО2) и т.о. их нельзя использовать для
построения сценария на ближайшую перспективу
Учитывая существующую
неопределенность МОЦ и
необходимость при построении
региональных сценариев климата
отразить возможный в будущем весь
диапазон изменений, нами в качестве
основы выбраны две модели:
1)
НаdCM2 (UK, Hadley Centre);
2)
ЕСНАМ4 (Germany, Max Planck
Institute).
а)
340
335
325
3
Q, м .с
330
320
315
310
305
Норма
ECHAM4
HadCM2
IS92ab
б)
1000
980
940
3
Q, м /с
960
920
900
880
860
Норма
ECHAM4
HadCM2
IS92ab
Изменение притоков
воды в Чарвакское (а) и
Нурекское (б)
водохранилища при
различных климатических
сценариях
Ожидаемое изменение водных
ресурсов основных рек бассейна
Аральского моря при
реализации различных
климатических сценариях (в %
от базовой нормы)
Климатические сценарии
Базовая
норма
(км3/год)
ECHAM4
HadCM2
IS92ab
Сырдарья
37,9
-2
-1
-2
Амударья
78,5
-3
-3
-4
Река
Выводы
• На данных наблюдений последних лет показано, что на
территории Узбекистана уже в настоящее время
наблюдаются опасные изменения в региональной
климатической системе
Выявленные изменения оказывают влияние
•
•
•
на агроклиматические и биоклиматические ресурсы
на интенсификацию происходящих в республике
процессов деградации земель
на усиление дефицита водных ресурсов
Выводы
Расчеты, выполненные по математической модели формирования стока
горных рек, при реализации «переходных» сценариев изменения климата
позволяют предположить, что в рассмотренном диапазоне изменения
климатических параметров на ближайшие 20-30 лет не следует
ожидать существенного изменения водных ресурсов. Однако при
потеплении климата произойдет снижение средних за вегетационный период
расходов воды. Возможные изменения стока этого периода будут лежать в
пределах естественной изменчивости: от +3 до –2…7%.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
•Первое Национальное Сообщение Республики Узбекистан
Рамочной
Конвенции ООН об изменении климата / Подготовлено в рамках проекта
"Узбекистан - изучение страны по изменению климата". - 1999. - 123 с.
•Чуб в.е., Никулина С.П., Спекторман Т.Ю., Субботина О.И., Чанышева С.Г.
Разработка региональных климатических сценариев // Бюллетень №1.
Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по Рамочной
Конвенции ООН об изменении климата. – Ташкент, 1999.
•Спекторман Т.Ю., Никулина С.П. Сценарии возможных изменений
климата Узбекистана и прилегающей горной территории на основе
выходных результатов моделей общей циркуляции // Информация об
исполнении Узбекистаном своих обязательств по РКИК/ООН. Бюллетень №
1. – Ташкент: САНИГМИ, 1999.
•Спекторман Т.Ю. Методика построения сценария изменения климата по
территории Узбекистана с использованием концепции “идеального
прогноза”.// Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств
по РКИК/ООН. Бюллетень № 5. – Ташкент: САНИГМИ, 2002.
•Using a climate scenario generator for vulnerability and adaptation assessments:
MAGICC and SCENGEN. Version 2.4, Workbook, Climatic Research Unit,
Norwich, UK, May 2000. - 52 pp.
•
Агальцева Н.А., Боровикова Л.Н. Оценка уязвимости стока рек бассейна
Аральского моря от возможных воздействий изменения климата. //Информация об
исполнении Узбекистаном своих обязательств по Рамочной Конвенции ООН об
изменении климата. Бюллетень №3, Ташкент, САНИГМИ, 1999. – С. 36-45.
•
Agaltseva N.A., Pak A.V. Evaluation and forecasting of the water availability on
the rivers of Central Asia with the account of possible climate change, Espoo, Finland.
1998. Proceedings of the Second International Conference, volume 2. P. 940-946.
•
Агальцева Н.А., Боровикова Л.Н. Комплексный подход
к оценке
уязвимости водных ресурсов в условиях изменения климата / Информация об
исполнении Узбекистаном своих обязательств по РКИК/ООН. Бюллетень N 5. –
Ташкент: САНИГМИ, 2002.
•
Перцигер Ф.И. Водные ресурсы ледникового бассейна: реакция на изменение
климата // //Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по
Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Бюллетень №3, Ташкент,
САНИГМИ. – 1999. – С. 31-36.
•
Чуб В.Е. зменение климата и его влияние на природно-ресурсный потенциал
Республики Узбекистан, Ташкент 2000. – 251 с.
•
Чуб В.Е., Ососкова Т.А. Изменение климата и поверхностные водные ресурсы
бассейна Аральского моря, //Информация об исполнении Узбекистаном своих
обязательств по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Бюллетень №3,
Ташкент, САНИГМИ, 1999. – С. 5-15.
•
Глазырин Г.Е., Щетинников А.С. Состояние оледенения Гиссаро-Алая в
последние десятилетия и возможная его динамика в связи с будущими изменениями
климата, - МГИ, вып.90, 2001, с.126-129.