Анализ временной изменчивости некоторых характеристик термического режима лесостепной зоны Башкирского Предуралья

В последние годы в связи с предполагаемой угрозой глобального потепления климата значительно возрос интерес к межгодовым длительным колебаниям климата [2, 5, 6]. Поэтому одной из несомненно актуальных задач является мониторинг тенденций изменения климатических показателей на локальном (региональном) уровне. Именно эти наблюдения регионального масштаба позволяют выявить циклические колебания метеорологических величин и далее судить об изменении климата Земли в целом. Ранее нами был рассмотрен вопрос об изменчивости сумм атмосферных осадков в пределах лесостепной зоны Башкирского Предуралья за шесть десятилетних периодов [3]. В статье сделана попытка анализа временной изменчивости некоторых характеристик температурного режима по этой же территории за аналогичный период.

Температурный режим характеризуется рядом показателей, среди которых наиболее значительными являются средние и экстремальные значения температуры воздуха и даты перехода средней суточной температуры через определенные пределы [4].

Температура воздуха является одной из важнейших метеорологических величин, наибо-

лее полно характеризующих погоду и климат. Температура воздуха постоянно меняется в пространстве и во времени. К регулярным изменениям термического режима относится годовой ход температуры. Из-за циркуляционного фактора, приводящего к адвекции тепла или холода, возникают нерегулярные (апериодические) изменения температуры [5].

Анализ изменчивости многолетнего хода годовой температуры воздуха

Основной характеристикой термического режима территории служит среднегодовая температура воздуха. Изменения температуры воздуха по территории определяются особенностями рельефа и высотой места, режимом облачности и радиации. Как известно, наряду с радиационным и циркуляционным факторами необходимо учитывать характер подстилающей поверхности [3]. На изучаемой территории в силу преобладания небольших разностей высот влияния рельефа сказывается преимущественно на микроклиматическом режиме. Как следует из приведенного материала (табл. 1), многолетняя средняя норма температуры повсеместно положительная, независимо от расположения метеостанций в какой-либо подзоне.

Таблица 1

Метеостанция Показатель	о Ы	о м о О 3 ^	cd И	в св н	cd ^ cd ^	в У	и	о о о <	)S о и cd ^	cd & Ч 0J е	cd н S & н и
Норма (1961–2010 гг.)	3,4	3,4	3,2	3,8	3,4	3,4	3,6	2,7	3,9	3,7	3,6
Средняя годовая температура по Спр-ку по климату, 1959 г.	н/д	2,4	2,1	2,8	2,7	2,2	н/д	2,1	н/д	н/д	2,6
Средняя годовая температура по Спр-ку по климату, 1990 г.	н/д	2,5	2,5	2,8	2,5	2,3	н/д	2,3	2,7	н/д	2,6

Средняя многолетняя норма годовых значений температуры воздуха по исследуемым точкам

Анализируя многолетние ряды данного пока- 1961–2010 гг. составляет от 2,7 °С (метеостанция зателя, можно отметить, что диапазон колебаний Аксаково) до 3,8 °С (метеостанция Туймазы) средних годовых температур воздуха в период (табл. 1, рис. 1).

1 – Верхнеяркеево, 2 – Кушнаренково, 3 – Бакалы, 4 – Уфа-Дема, 5 – Туймазы, 6 – Чишмы, 7 – Буздяк, 8 – Аксаково, 9 – Раевский, 10 – Стерлитамак, 11 – Федоровка

Рис. 1. Местоположение метеорологических станций по территории лесостепной зоны Башкирского Предуралья

Таблица 2

Абсолютные максимальные и минимальные средние годовые температуры воздуха на территории лесостепной зоны Башкирского Предуралья

Экстремумы температуры	О и « CD К X Р-1 m	о m о к а И 3	3 cd И	3 8 е н	cd ? 8	S а S у	W и	о о cd <	^ cd СЦ	cd о о ч е	cd н Ч & и
Максимум	5,3	5,6	5,4	6,0	5,3	5,3	5,7	5,0	6,1	5,5	5,9
Год	1995	1995	1995	1995	1995	2008	1995	1995	1995	1995	1995
Минимум	1,0	-0,4	0,0	0,4	-0,4	-0,3	0,4	-0,6	0,4	1,9	-0,3
Год	1976	1969	1969	1969	1969	1969	1969	1969	1969	1993	1969

Рассмотрев временные ряды многолетних наблюдений средней годовой температуры воздуха (табл. 2), можно сделать следующий вывод: достаточно ясно проявлены значения максимальных среднегодовых температур воздуха в пределах от 5,0 °С (метеостанция Аксаково) до 6,1 °С (метеостанция Раевский). При этом зафиксированные минимумы по всем метеостанциям отмечены в 1995 г., за исключением единичного случая (метеостанция Чишмы, где данный показатель проявился в 2008 г.). Что касается абсолютных минимумов средней годовой температуры воздуха, то колебания данного показателя по рассматриваемой территории были небольшими и их разброс составлял от -0,6 °С

(метеостанция Аксаково) до 1,0 °С (метеостанция Верхнеяркеево). В подавляющем большинстве случаев это был 1969 г.

Для оценки межгодовой изменчивости температуры и выявления циклических колебаний среднегодовых температур был использован метод скользящей трехлетней средней и нарастающих сумм. При рассмотрении динамики распределения годовых температур на территории лесостепной зоны Башкирского Предуралья выявлена однозначная тенденция увеличения среднегодовых значений температуры воздуха. Такая тенденция присуща всем рассматриваемым метеостанциям, в качестве примера приведена лишь одна (рис. 2).

Многолетний ход температуры воздуха. 1961-2010 гг.

Метод скользящей 3-летней средней. Стерлитамак.

Рис. 2. Многолетний ход средней годовой температуры воздуха за период 1961–2010 гг. по: МС Стерлитамак

Это отмечает и Переведенцев (2011): по его мнению, в середине 70-х гг. ХХ в. произошел устойчивый переход к аномалии температуры воздуха выше 0 °С относительно базового периода 1961–1990 гг. в глобальном масштабе. Аналогичная ситуация сложилась в целом по

России и в частности на территории Башкирского Предуралья [2].

Показательно, что во второй половине 1960х гг. значение температур находилось относительно средней многолетней нормы (1,5–5 °С). До середины 1970-х гг. значение годовой темпе- ратуры оставалось в пределах нормы. Далее происходит последовательное чередование периодов выше нормы с периодами ниже нормы. Продолжительность данных периодов составила 3-5 лет. Начиная с 2000 г. показатели годовой температуры воздуха отмечались намного выше нормы (в среднем на 0,6–1,0 °С).

Наименьший прирост температуры произошел по пунктам Федоровка и Верхнеяркеево (на

0,5–0,6 °С). Практически по всем остальным увеличение составило 0,8–0,9 °С. Наибольшее повышение наблюдается по пункту Стерлитамак (на 1,3 °С) (рис. 2).

Годы с экстремально высокими значениями годовой температуры были 1975, 1995 и 2008, с экстремально низкими – 1969 и 1976. Начиная с 1998 г. значения не снижались ниже уровня 4 °С на большей части изучаемой территории.

Таблица 3

Коэффициент наклона линии тренда (КНЛТ, °С/год)

и коэффициент детерминации графиков средней годовой температуры воздуха

Метеостанция Показатель	о <Ъ> X & о m	о m о О 3 ^	св и	в св н	св Св	В		о св <	ж и 0J св ^	св 0J е	св св Н н и
КНЛТ	0,037	0,040	0,034	0,036	0,039	0,038	0,040	0,038	0,039	0,045	0,049
КНЛТ (°С/10 лет)	0,37	0,40	0,34	0,36	0,39	0,38	0,40	0,38	0,39	0,45	0,49

Для выделения систематической составляющей изменений температуры для всех месяцев года были построены линейные тренды всех рассматриваемых метеостанций (табл. 3). Угловой коэффициент наклона линии тренда а

(КНЛТ) характеризует скорость изменения температуры. Положительное значение коэффициента а указывает на рост температуры (потепление климата), а отрицательное – на похолодание климата.

Рис. 3. Коэффициент наклона линейного тренда, °С/ 10 лет.

Как видно из таблицы, повсеместно КНЛТ имеет положительное значение, т.е. происходит увеличение средней годовой температуры воздуха. Анализируя построенную диаграмму (рис. 3) и вышеприведенную табл. 3, отчетливо видно, что наибольшее увеличение происходит по МС Стерлитамак (0,49 °С/ 10 лет) и МС Федоровка (0,45 °С/ 10 лет). Наименьшее увеличение дан- ного показателя отмечается по МС Бакалы (0,34 °С/ 10 лет).

Пространственно-временной анализ изменчивости средней годовой температуры воздуха показывает, что наибольшее увеличение (на 2 °С) произошло на крайнем севере изучаемого региона. Увеличение на 1,5 °С наблюдается по среднему течению р. Белой и на южных навет- ренных склонах Бугульминско-Белебеевской возвышенности.

Анализ изменчивости многолетнего хода аномалий средней годовой температуры воздуха

Факт связи солнечной активности с атмосферной циркуляцией установлен давно. Анализ климатических аномалий, обусловленных процессами общей циркуляции атмосферы, приводит к выявлению положительных и отрицательных аномалий температуры, осадков и других метеорологических элементов по месяцам, сезонам, при этом отклонения одного знака повторяются из года в год.

Как отмечено в работах Р.Г. Галимовой (2011, 2012), общепланетарные сдвиги в циркуляции атмосферы, формирующие аномалии процессов, определяют развитие аномальных температур на самых локальных региональных уровнях (1, 4, 5, 6).

На основе временных рядов средних многолетних температур были построены графики аномалии данного показателя.

С начала 1960-х гг. наблюдаются довольно продолжительные (5-6 лет) периоды с отрицательными аномалиями температуры (рис. 4). Диапазон отклонений составил от -0,5 до 1,5 °С, за исключением 1969 и 1976 г., когда годовая температура была ниже почти на 4,0 и 2,5 °С соответственно.

Наибольшей положительной аномалией отличился 1995 г. Температура за год превысила более чем на 2,0 °С. В целом положительные аномалии до 1990-х гг. редко превышали уровня 1,0 °С.

Рис. 4. Многолетний ход аномалий средней годовой температуры воздуха по: МС Кушнаренково за период 1961–2010 гг.

Из табл. 2 видно, что на преобладающем количество метеостанций максимальное значение годовой температуры приходится на 1995 г., а минимальное – на 1969 г.

После 1998 г. отрицательные аномалии в данном показателе не наблюдаются. В среднем положительные аномалии в данном периоде (более 10 лет) колеблются от 0,5 до 2,0 °С.

Таблица 4

Средние десятилетние температуры воздуха (2001–2010 гг.)

Метеостанция Показатель	о X & о m	о M О О 3	bQ cd И	в св н	cd cd			о <	Ж S cd	cd е	cd н S н и
t 2001-2010	4,2	4,3	4,3	4,7	4,3	4,3	4,5	3,7	4,8	4,2	4,7

Данные табл. 4 свидетельствуют, что сред-   летие колеблются от 3,7 °С (МС Аксаково) до ние годовые температуры за последнее десяти-   4,7 °С (МС Туймазы, Стерлитамак). При этом практически все метеостанции превышают уровень 4,0 °С.

Анализ изменчивости многолетнего хода максимальных и минимальных температур воздуха

Максимальные и минимальные температуры характеризуют экстремальные условия территории.

Абсолютные минимальные и максимальные температуры воздуха характеризуют наинизшие и наивысшие пределы, которые достигает тем- пература в данной местности за многолетний период наблюдений за отдельные месяцы [3].

При рассмотрении многолетнего хода экстремальных температур также отмечается их изменение в многолетнем разрезе (рис. 5-6).

Максимальные температуры до +37…+39 °С наблюдались в 1966, 1972, 1975, 1976, 1987, 1995, 1998, 1999, 2000, 2010 гг. (рис. 5). Минимальные температуры опускались до -46 °С и ниже в 1969, 1976, 1978, 1979, 2006 гг. (рис.5). Число лет с высокими температурами, как видно из графиков, больше.

Рис. 5. Многолетний ход максимальной температуры за период 1961–2010 гг. (на примере по МС Чишмы)

Рис. 6. Многолетний ход минимальной температуры за период 1961–2010 гг. (на примере по МС Чишмы)

Линия тренда хода максимальных температур (рис. 5) показывает, что происходит увеличение данных температур. При этом экстремально высокие температуры также отмечаются только в течение последних 20 лет.

Тренд минимальных температур (рис. 6) также отражает их повышение, то есть с течением времени происходит относительное «потепление» зимних периодов. Экстремально низкие температуры от -45 до -48 °С наблюдались только в 1960–1970 годах. Холодные сезоны послед- них 20-30 лет с очень низкими температурами отмечаются редко (1-2 раза за десятилетие).

Превышение максимальных температур от нормы составляет около 17-20°, а минимальных – около 30° и более.

Одним из показателей суровости климата служат сильные зимние морозы. Понижение температуры ниже -40 °С считается опасным явлением, т.к. оказывает отрицательное воздействие на человека, окружающую природную среду, а также объекты промышленного, сельского и городского хозяйства [3].

Таблица 5

Повторяемость абсолютных экстремумов температуры воздуха (%)

Метеостанция Показатель	о м О О & ы О К X & О m	о о и И О Рч cd 3 ^	ч cd И cd И	в св § н	cd § О ^ cd ^	в 3 У	и	о о И cd о х <	)S S И о CQ 0J cd	cd m о & о ч е	cd cd Н S Ч Рч 0J Н и
t min ниже -40°С	9	21	28	16	26	28	13	4	12	0	22
t min ниже -30°С	100	64	100	96	98	98	72	88	58	34	94

По данным таблицы 5, видно, что по МС Бакалы и Чишмы повторяемость с сильных мо- розов (ниже -40 °С) составляет 28%, по МС Уфа-Дема, Стерлитамак и Кушнаренково – 26,

22 и 21% соответственно. Это объясняется тем, что на режим минимальных температур сильно влияют топографические условия местности. Вышеуказанные метеостанции располагаются в долинах (высота МС колеблется в пределах 100150 м). В то время как МС Федоровка, Аксаково, Верхнеяркеево (0, 4, 9% соответственно), располагающиеся на возвышенных участках Бугуль-минско-Белебеевской возвышенности (с высотами более 350 м), имеют меньшую вероятность формирования экстремально низких температур.

Повторяемость температур ниже -30 °С значительно больше, чем предыдущая. По МС Верхнеяркеево, Бакалы, Туймазы, Уфа, Чишмы, Аксаково практически каждая зима отмечается температурами ниже -30 °С (в 88-100% случаев). По МС Федоровка также наблюдается относительно низкая повторяемость сильных морозов.

На величину абсолютных максимумов влияние условий форм рельефа действует зна- чительно меньше, чем минимумов. Помимо этого на сглаживание различий в термических условиях между метеостанциями влияет развитое турбулентное перемешивание в летний период [3, 4].

Таким образом, поскольку у максимальных температур превышение от нормы составляет около 2 раз, то дисперсионный разброс данных практически у всех станций незначителен либо одинаков. Наибольшая дисперсия наблюдается у минимальных температур.

Формирование минимальных температур для всех рассматриваемых метеостанций падает на декабрь, февраль (рис. 7). До середины 1980х гг. экстремально низкие температуры наблюдаются в марте (1971, 1981, 1983, по некоторым станциям 1985 гг.). В настоящий период увеличивается вероятность повторений абсолютных максимумов в начале зимы (декабрь).

Рис. 7. Распределение абсолютных максимумов и минимумов по месяцам за период 1961–2010 гг. (на примере МС Аксаково)

Абсолютные максимумы имеют больший разброс по месяцам. Наибольшее количество случаев отмечается в июне, августе (от более 20 до 16-19 лет). На июль приходится около 10-15 лет с самыми высокими температурами. За исследуемый период 2 года имели абсолютные максимумы в сентябре, 1 год – в мае (рис. 7).

Таким образом, в пределах рассматриваемого временного промежутка на территории лесостепной зоны Башкирского Предуралья выявлены следующие тенденции изменения термического режима (относительно многолетних норм).

• 1.    Увеличение среднегодовых значений температуры воздуха на 0,5-1,3 °С, за 10-летний цикл в среднем от 0,34 °С/10лет до 0,49 °С/10лет.

• 2.    Наибольшее увеличение среднегодовой температуры воздуха произошло на крайнем севере изучаемой территории (северная лесостепь), при движении в южном направлении (южная лесостепь) этот показатель снижается.

• 3.    Абсолютный минимум воздуха и максимум среднегодовых температур воздуха имели циклический характер с периодом 3-5 лет, с колебанием по схеме «период выше нормы – период ниже нормы».

• 4.    В многолетнем ходе экстремальных температур происходит увеличение значений максимальных температур. Тренд минимальных температур тоже отражает повышение этого показателя.

О.А. Иметхенов, А.З. Гулгенов . Эколого-ландшафтный анализ Северо-Восточного Прибайкалья