ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЭКСТРЕМАЛЬНО ТЕПЛЫХ

В.П. Садоков, В.Ф. Козельцева, Н.Н. Кузнецова
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЭКСТРЕМАЛЬНО ТЕПЛЫХ,
ХОЛОДНЫХ ЗИМНИХ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ И ИХ ОТСУТСТВИЕ
В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАЙОНАХ
ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
Введение
Предлагаемая работа является предварительным этапом в создании прогностической
технологии, в процессе которой будут попытки установить физические факторы, наиболее
эффективно способствующие формированию экстремальных погодных условий в зимнее
время.
Знание закономерностей распространения по территории и чередования во времени
характера погодных условий в зимний период года имеет большое значение для
различных отраслей экономики, и прежде всего для сельского хозяйства при
планировании его деятельности [2, 3, 4]. Различные организации часто имеют потребность
в информации о среднемесячных прогнозах погоды тогда, когда прогнозы еще не
составлены. В этом случае справочные климатические данные позволяют получить
необходимую информацию.
Исследование погодных условий удобно проводить, пользуясь различными
комплексными параметрами. По среднемесячным данным об аномалиях температуры
воздуха и осадков в работе [1] предложен параметр Wi , характеризующий погодные
условия конкретного зимнего месяца. Параметр Wi вычисляется по формуле:
Wi =
ΔT
σT
+
ΔR
σR
,
где ΔT и ΔR − среднемесячные аномалии температуры воздуха и осадков; σ T и σ R −
средние квадратические отклонения среднемесячных аномалий ΔT и ΔR .
Значения Wi изменяются в широких пределах. Положительные значения Wi
характеризуют теплые и многоснежные месяцы, а отрицательные – холодные и
малоснежные месяцы. В нашу задачу входило изучить закономерности поведения
экстремальных значений Wi на Европейской территории России (ЕТР).
По данным среднемесячных аномалий температуры воздуха и осадков был построен
архив (БД) значений Wi за декабрь, январь и февраль 1949−2008 гг. Эта база данных
послужила материалом для настоящего исследования зимних теплых и холодных
погодных условий, их повторяемости, характера экстремальности и др. на 17 станциях
(рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения 17 станций
1- Гурьев;
2 – С.-Петербург;
3 – Вологда; 4 - Чердынь;
6 – Казань;
7 – Вильнюс;
8 – Курск;
9 - Саратов;
11 – Киев;
12 – Одесса;
13 – Ростов-на-Дону;
15 – Астрахань;
16 – Оренбург;
17 – Кустанай.
5 – Москва;
10 – Львов;
14 – Армавир;
Особенности экстремальных зимних погодных условий
Анализ данных Wi показал, что к классу случаев (месяцев) с экстремально теплой
погодой зимой можно отнести те случаи, когда Wi ≥ 1,5, а к экстремально холодной –
случаи с Wi ≤ −1,5 .
Пространственное распределение абсолютных максимумов Wi , определенных для
каждого из зимних месяцев за весь период для каждой станции представлено на
2
рис. 2 (а−в), которые показывают, что территория, охватывающая область со значениями
Wi = 4, постепенно увеличивается от декабря к февралю. Это говорит о том, что
наиболее экстремальным по погодным условиям месяцем является февраль. Число
станций с Wi ≥ 4 в этом месяце оказывается равным 9 в центральной части ЕТР.
Число лет в каждом зимнем месяце, когда наблюдались экстремально теплые
погодные условия ( Wi ≥ 1,5), показано на рис. 2 (г−е). Пространственное распределение
этой величины таково, что выявить какие-то четкие особенности очень трудно. Число лет
изменяется от 8 до 18 и сильно разбросано по территории. Есть возможность говорить о
районе южного Урала, где во всех трех зимних месяцах наблюдалось наибольшее число
лет (более 15) с экстремально теплой погодой. Аналогичная ситуация наблюдается над
территорией Украины, но с числом лет менее 10. Вероятно, экстремально теплые
погодные условия чаще встречаются в центральном и восточном районах ЕТР.
Аналогичные карты абсолютных минимумов и числа лет с экстремальными Wi
построены для холодных зимних условий ( Wi ≤ −1,5 ) (рис. 3). Эти две характеристики
более отчетливо проявляются в декабре над восточной частью центрального района. В
январе и феврале абсолютный минимум уменьшается, а число лет с Wi ≤ −1,5
распределяется по территории неоднородно. Такой характер распределения этих
параметров указывает на то, что экстремальные погодные условия больше приходятся на
декабрь.
Если сравнивать число лет с Wi ≥ 1,5 и Wi ≤ −1,5 , то мы видим, что число теплых и
нормальных условий погоды преобладало над холодными.
Отсутствие экстремальных зимних погодных условий также является полезной
информацией.
За период 1949−2008 гг. длительность отсутствия экстремально теплых случаев
(рис. 4) колеблется от 6 до 25 лет, сильно варьируя от станции к станции. Отмечено
увеличение максимального числа лет отсутствия теплых зимних условий на южных
станциях (Киев, Одесса, Ростов-на-Дону, Армавир, Астрахань).
При рассмотрении экстремально холодных зимних месяцев средние значения числа
лет отсутствия этих явлений (рис. 5) оказалось на изучаемой территории несколько
больше, чем
теплых. Так, для декабря средняя величина отсутствия экстремальных
случаев составляет 17 лет, а для января и февраля – 18. При этом наблюдается большая
пространственная изменчивость этой характеристики. Диапазон изменения числа лет
отсутствия экстремально холодных зимних месяцев колеблется от 7 до 32 лет для
различных станций.
3
Повторяемость экстремальных событий и их отсутствие за период 1949−2008 гг.
Разброс экстремальных событий для теплых или холодных зимних месяцев весьма
велик, и визуальный анализ не дает возможности выявить какие-либо закономерности.
К выполнению исследования повторяемости, например случаев со значениями
Wi ≥ 1,5 различное число лет подряд, начиная от 1 года и кончая 4 годами подряд, был
проведен анализ параметра Wi по данным специализированной БД.
Анализ проводился для каждой из выбранных станций и каждого зимнего месяца.
Этот материал для декабря представлен в табл. 1. В ней для каждой станции определены
годы, когда наблюдался экстремально теплый декабрь различное число лет.
Наибольшее число случаев отмечается для повторяемости 1 год. После чего следует
год или несколько лет отсутствия экстремально теплых декабрей. Максимальное число
случаев с повторяемостью 1 год равно 10 (Вильнюс, Саратов, Оренбург). В Кустанае их
было 9. На остальных станциях наблюдалось 6 и менее случаев.
Повторяемость 2 года подряд отмечалась максимум четыре раза (Казань). Основное
количество станций имеет по 2 таких случая, а в Москве, Оренбурге и Кустанае их было 3.
Повторяемость 3 и 4 года подряд оказалась редким событием. Лишь в двух пунктах
(Саратов, Ростов-на-Дону) повторяемость в 3 года подряд наблюдалась дважды. В
Вологде, Курске, Львове и Армавире было по одному случаю. В остальных пунктах
теплые декабри продолжительностью 3 года подряд не отмечены. Продолжительность 4
года подряд наблюдалась только на 4 станциях из 17.
В табл. 2 продемонстрировано отсутствие (число лет подряд) теплых декабрей
определенное число лет подряд. Максимальное число таких периодов было 14 (Оренбург),
а 13 периодов отмечено в Саратове и Кустанае. В каждой клетке этой таблицы в верхней
части указано количество лет подряд отсутствия экстремально теплых декабрей, а ниже
стоят годы, когда теплые декабри не наблюдались. Продолжительность периодов
отсутствия
экстремумов
довольно
сильно
меняется.
Длительные
периоды
для
большинства станций отмечались после 80-х годов, т.е. в период глобального потепления,
когда значения Wi ≥ 1,5 отмечались редко.
В табл. 3 и 4 представлены аналогичные данные отсутствия экстремально холодных
декабрей. При анализе табл. 3 обращает на себя внимание тот факт, что повторяемость
экстремально холодных декабрей 2 и более лет подряд попадает на 90-е и последующие
годы. Наибольшее число эпизодов с продолжительной повторяемостью (2 года подряд)
наблюдалось в Саратове (4 раза) и 1 раз – 3 года подряд. Чаще всего наиболее
4
продолжительное отсутствие экстремально холодных декабрей отмечалось в начальном
периоде рассматриваемых лет в южных пунктах ЕТР.
Аналогичные таблицы построены также для января и февраля, однако эти таблицы в
данной работе не приведены из-за их большого объема.
Заключение
Проведенный анализ архива параметра Wi за период 1949−2008 гг. выявил
экстремальные значения Wi ≥ 1,5 и Wi ≤ −1,5 , но результаты оказались слишком
разбросаны. В связи с этим, выбор значений Wi ≥ 1,5 в качестве границ экстремумов
может быть уточнен в последствии на основании эмпирического распределения для
каждой станции. Несмотря на эти соображения, выводы, сделанные в статье на основании
анализа случаев, в которых Wi ≥ 1,5 , являются информативными и могут быть полезными
в практической работе. Анализ абсолютных максимумов и минимумов погодных условий
позволяет отметить, что февраль относится к наиболее теплому месяцу и отмечается чаще
в южных районах Европейской территории России и Украины. Абсолютные минимумы
наиболее
заметно
прослеживаются
в
декабре
над
центральной
частью
ЕТР.
Соответственно, над этими территориями в отмеченные месяцы число лет с
экстремальными значениями Wi также преобладают, но и в другие месяцы наблюдаются
продолжительные периоды экстремальных погодных условий, однако они сильно
разбросаны по территории.
Из таблиц повторяемости экстремальных событий и их отсутствия можно сделать
вывод о том, что экстремальные события встречаются значительно реже, чем их
отсутствие, и это создает определенные трудности в прогнозируемости этих событий.
Следует заметить, что некоторые характеристики рассматриваемых экстремумов
определенным образом зависят от трендов температуры воздуха и осадков, по которым
вычисляется параметр Wi . Замечено, что повторяемость экстремумов и их отсутствия
имеют определенную связь с потеплением климата.
Список литературы
1. Попов А.В. О возможности прогноза теплых и холодных многоснежных зим //
Труды Гидрометцентра РФ. – 1975. – Вып. 156. – С. 77–90.
2. Садоков В.П., Козельцева В.Ф., Кузнецова Н.Н. Повторяемость зимой теплых и
холодных погодных условий два года подряд и более и продолжительность их отсутствия
по станциям Беларуси // Труды Гидрометцентра России. – 2009. – Вып. 343. – С. 127–140.
5
3. Садоков В.П., Козельцева В.Ф., Кузнецова Н.Н. Зимние погодные условия
Беларуси, с учетом индекса Wi // Труды Гидрометцентра России. – 2009. – Вып. 343. – С.
120–126.
4. Садоков В.П., Козельцева В.Ф., Кузнецова Н.Н. Пространственно-временные
изменения индекса Wi, характеризующего зимние погодные условия, в основных
сельскохозяйственных районах России и Беларуси // Труды Гидрометцентра России. –
2009. – Вып. 343. – С. 113–119.
6
а)
г)
б)
д)
в)
е)
Рис. 2. Абсолютные максимумы Wi за 1949−2008 гг.: декабрь (а); январь (б); февраль (в);
число лет с Wi ≥ 1,5 за 1949−2008 гг.: (декабрь (г); январь (д); февраль (е)
7
а)
г)
б)
д)
в)
е)
Рис. 3. Абсолютные минимумы Wi за 1949−2008 гг.: декабрь (а); январь (б); февраль (в);
число лет с
Wi ≤ −1,5 за 1949−2008 гг.: декабрь (г); январь (д); февраль (е)
8
Wi 40
35
30
25
20
2
15
10
3
1
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
станции
Рис. 4. Максимальное число лет подряд отсутствия Wi ≥ 1,5 в период 1949−2008 гг.
1 − декабрь; 2 − январь; 3 − февраль
Wi 35
30
3
2
25
20
15
1
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
станции
Рис. 5. Максимальное число лет подряд отсутствия Wi ≤ −1,5 в период 1949−2008 гг.
1 – декабрь; 2 – январь; 3 – февраль
9
Таблица 1
Повторяемость 1, 2, 3, 4 года подряд значений Wi > 1,5 на 17 станциях в декабре 1949−2008 гг.
Число случаев
Станция
по 1 году подряд
по 2 года подряд
7
8
9
10
1
2
1989
71-72
05-06
2006
74-75
80-81
3
4
по 3 года
подряд
1
2
1
2
3
4
5
6
1. Гурьев
1951
1965
1967
1979
1985
2. СанктПетербург
1949
1960
1965
1983
2000
3. Вологда
1951
1960
1965
1975
2006
4. Чердынь
1951
1965
1967
1973
1985
5. Москва
1960
1993
2000
2005
6. Казань
1953
1960
1972
1975
1985
1989
7. Вильнюс
1949
1960
1971
1974
1976
1980
8. Курск
1960
1974
1976
1989
1993
9. Саратов
1954
1965
1967
1973
1975
1985
10. Львов
1958
1960
1971
1973
1993
2008
70-71
74-75
11. Киев
1949
1960
1971
1973
1993
2008
64-65
81-82
12. Одесса
1949
1960
1969
1976
1990
65-66
80-81
13. Ростов
1974
1986
57-58
62-63
65-67
14. Армавир
1955
1971
2005
60-61
87-88
65-67
15. Астрахань
1955
1957
1971
2006
65-66
79-80
16. Оренбург
1967
1969
1971
1973
1975
1977
1986
1989
1995
56-57
79-80
82-83
17. Кустанай
1961
1963
1971
1975
1979
1989
1995
2000
2006
56-57
82-83
86-87
по 4 года
подряд
1
81-83
2006
1982
1989
1993
2006
56-57
88-89
80-83
64-65
81-82
88-89
56-57
64-65
79-80
73-76
82-83
54-55
64-66
1989
1994
2000
2005
2000
56-58
79-82
80-82
54-56
80-82
78-81
10
Таблица 2
Число случаев и число лет отсутствия Wi > 1,5 на 17 станциях в декабре 1949−2008 гг.
Число случаев
Станция
1. Гурьев
2. СанктПетербург
3. Вологда
4. Чердынь
5. Москва
6. Казань
7. Вильнюс
8. Курск
9. Саратов
10. Львов
11. Киев
12. Одесса
13. Ростов
14. Армавир
15. Астрахань
16. Оренбург
17. Кустанай
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2
49−50
10
50−59
2
49−50
2
49−50
11
49−59
4
49−52
4
50−53
11
49−59
5
49−53
5
49−53
10
50−59
10
50−59
8
49−56
6
49−54
6
49−55
7
49−55
7
49−55
13
52−64
4
61−64
8
52−59
4
52−55
3
61−63
2
54−55
4
56−59
3
61−63
1
1955
1
1957
3
61−63
4
61−64
3
59−61
4
56−59
1
1956
9
58−66
3
58−60
1
1966
8
66−73
4
61−64
7
58−64
7
66−72
2
58−59
10
61−70
7
67−73
6
59−64
1
1959
5
66−70
2
67−68
1
1964
3
62−64
7
58-64
1
1968
1
1962
3
68−70
4
76−79
9
66−74
1
1966
4
77−80
3
61−63
2
72−73
1
1975
1
1966
9
61-69
1
1972
6
70−75
6
68−73
3
68−70
4
67−70
1
1970
7
64−79
6
73−78
1
1982
5
76−80
5
68−72
5
83−87
6
66−71
1
1975
2
77−78
5
68−72
2
72−73
7
74−80
3
77−79
5
75−79
6
72−77
7
72−78
1
1972
3
72−74
5
80−84
16
84−99
22
84−05
6
74−79
3
90−92
2
73−74
3
77−79
6
83−88
1
1974
6
76-81
10
83−92
8
82−89
3
83−85
5
82−86
25
81−05
1
1974
3
76−78
3
86−88
5
01−05
2
07−08
1
1984
6
94−99
3
76−78
1
1981
3
90−92
4
75−79
2
83−84
14
95−07
18
91−08
22
87−08
16
89−04
2
07−08
1
1976
2
80−81
15
90−04
2
07−08
2
07−08
10
11
12
13
2
86−87
4
01−04
1
1981
6
83−88
12
94−05
2
83−84
23
86−08
16
90−05
3
06−08
1
1984
3
90−92
2
07−08
3
86−88
12
94−05
19
90−08
2
07−08
3
86−88
4
90−93
5
95−99
4
01−04
3
06−08
1
1981
1
1988
1
1985
5
90-94
2
87-88
4
96-99
5
90-94
5
01-05
4
96-99
2
07-08
14
3
06−08
1
1978
2
84−85
8
01-08
11
Таблица 3
Повторяемость 1, 2, 3, 4, 5 лет подряд значений Wi < - 1,5 на 17 станциях в декабре 1949−2008 гг.
Число случаев
Станция
по 1 году подряд
1
1953
2
1959
3
1970
4
1976
2. Санкт−
Петербург
1955
1959
1963
1978
3. Вологда
1955
1978
1984
4. Чердынь
1955
1958
1966
1978
5. Москва
1955
1959
1963
1978
6. Казань
1963
1966
1970
1978
7. Вильнюс
1953
1959
1969
1978
8. Курск
1959
1963
1977
1984
9. Саратов
1959
1966
1984
10. Львов
1963
1969
1972
11. Киев
1963
1992
01−02
12. Одесса
1963
1984
91−92
13. Ростов
1953
1959
1994
2008
14. Армавир
1953
1963
1977
1984
1993
15. Астрахань
1959
1977
1984
1995
2002
16. Оренбург
1959
1966
1970
1976
1984
1992
2007
96−97
17. Кустанай
1949
1952
1966
1974
1976
1984
1997
01−02
1. Гурьев
5
1984
по 2 года подряд
6
1997
7
2002
1
2
3
4
01−02
по 3 года
подряд
1
2
1998
1986
2004
96−97
95−98
01−02
01−02
1984
1994
2007
1992
95−98
96−97
01−02
62−63
01−02
95−99
01−02
2007
94−98
69−70
92−93
95−96
01−02
01−02
07−08
96−98
95−98
01−02
91−92
2004
по 5 лет
подряд
1
95−97
00−02
1984
по 4 года
подряд
1
95−98
96−98
01−03
01−02
97−98
01−02
12
Таблица 4
Число случаев и число лет отсутствия Wi < -1,5 на 17 станциях в декабре 1949−2008 гг.
Число случаев
Станция
1. Гурьев
2. СанктПетербург
3. Вологда
4. Чердынь
5. Москва
6. Казань
7. Вильнюс
8. Курск
9. Саратов
10. Львов
11. Киев
12. Одесса
13. Ростов
14. Армавир
15. Астрахань
16. Оренбург
17. Кустанай
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4
49−52
6
49−54
2
49−50
6
49−54
6
49−54
14
49−62
4
49−52
10
49−58
10
49−58
14
49−62
14
49−62
4
49−52
4
49−52
4
49−52
10
49−58
10
49−58
2
50−51
5
54−58
3
56−58
8
52−59
2
56−57
3
56−58
2
64-65
5
54−58
3
60−62
6
60−62
5
64−68
28
64−91
30
54−83
5
54−58
9
54−62
17
60−76
6
60−65
13
53−65
10
60−69
3
60−62
4
61−64
7
59−65
3
60−62
3
67−69
2
60−62
13
64−76
2
67−68
2
70−71
2
93−94
6
85−90
31
60−90
13
64−76
6
78−83
3
67−69
7
67−73
5
71−75
14
64−77
9
66−74
11
67−77
14
64−77
7
71−77
5
64−68
6
78−83
13
71−83
22
73−94
2
99−00
2
93−94
1
1993
6
78−83
10
85−94
5
71−75
1
1975
7
77−83
16
79−94
5
76−80
5
79−83
16
79−94
5
79−83
8
70−77
7
85−91
7
85−91
1
1997
6
03−08
2
99−00
1
1995
8
85−92
1
1996
7
77−83
7
77−83
12
85−96
3
98−00
22
84−05
1
1985
2
99−00
9
85−93
16
79−94
1
1993
2
94−95
2
99−00
4
98−01
6
03−08
2
07−08
9
87−95
6
03−08
1
95
1
2000
2
99−00
2
99−00
4
03−06
6
03−08
3
98−00
1
2003
4
05−08
3
98−00
6
03−08
6
03−08
4
03−06
1
2008
4
03−06
1
2008
6
03−08
2
99−00
7
94−00
3
99−01
7
85−91
12
85−96
4
04−07
1
2003
6
03−08
3
93−95
3
98−00
4
03-06
1
2008
4
05−08
3
98−00
6
03−08
13