СЕАКЦ

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Исследования Изменение климата в 21-м веке Изменения климата стран СНГ в 21-м веке

Изменения климата стран СНГ в 21-м веке

Печать

Введение

Ниже представлены оценки будущих изменений климата в трех регионах СНГ, которые условно обозначены как СНГ-Е (Европа: Белоруссия, Украина и Молдавия), СНГ-К (Кавказ: Армения, Грузия, Азербайджан) и СНГ-А (Азия: Казахстан, Киргизия, Таджикистан, Туркмения и Узбекистан). Приводятся результаты расчетов будущих региональных изменений климата с помощью ансамбля глобальных моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) нового поколения (CMIP3 - Coupled model intercomparison project – Проект сравнения объединенных моделей (общей циркуляции атмосферы и океана)) (Meehl et al., 2007; Randall et al., 2007). Под ансамблем МОЦАО понимается ансамбль, в котором каждая МОЦАО представлена единственным расчетом. Основные сведения об этих МОЦАО, включая анализ качества воспроизведения ими современного климата в северной Евразии, приводятся в работах (Говоркова и др., 2008; Мелешко и др., 2008а). Будущие изменения климата рассматриваются для трех сценариев SRES (“Special report on emission scenarios” – Специальный доклад МГЭИК о сценариях выбросов): А2, A1B и B1 (Nakicenovic et al., 2000) и для трех временных периодов: для начала (2011-2030 гг.), середины (2041-2060 гг.) и конца (2080-2099 гг.) 21-го века, по отношению к базовому климатическому периоду 1980-1999 гг.

Определенная трудность анализа модельных данных была связана с тем, что для отдельных климатических характеристик в архиве имелись данные не для всех моделей или сценариев. По этой причине при подготовке настоящих материалов в разных случаях использовались различные подансамбли модельных расчетов, однако в каждом случае количество рассматриваемых ниже МОЦАО всегда было достаточно велико (от 9 до 16), чтобы говорить о них как о классе.

Разумеется, с уменьшением размера рассматриваемых регионов, не говоря уже о территориях отдельных стран, достоверность оценок будущих изменений климата снижается. Приводимые ниже оценки будущих изменений климата рассматриваемых регионов следует рассматривать как предварительные, подлежащие дальнейшему уточнению.

 

Изменения термического режима

Все без исключения модели CMIP3 дают потепление климата стран СНГ в 21-м веке для всех трех рассматриваемых сценариев (табл.1). Уже в начале 21-го века потепление климата в большинстве регионов превышает стандартное отклонение, характеризующее межмодельный разброс оценок. Изменения температуры значительно превышают стандартные отклонения на всей рассматриваемой территории, даже в холодное время года, когда собственная, не связанная с антропогенным воздействием, изменчивость температуры особенно велика. При этом существенные различия между рассматриваемыми группами стран СНГ отмечаются в сезонном ходе ожидаемых изменений температуры (табл.2). В то время, как на территории России и, в частности, на ЕТР наибольший рост приземной температуры ожидается зимой, причем он усиливается к северу, а минимальный – летом, в других частях СНГ, по мере продвижения к югу, летнее потепление начинает достигать, а затем и превосходить зимнее (рис.1).

Так, для «промежуточного» сценария А1В к середине 21-го века, среднее потепление в регионе СНГ-К достигает летом 2.8 оС (табл.2), что почти в 2 раза больше зимнего потепления 1.6 оС. К концу 21-го века летнее потепление на Кавказе составляет 4.5 оС, что почти на 0.4 оС выше соответствующей оценки для СНГ-А и на 0.7 оС – для СНГ-Е.

В первые десятилетия 21-го века различия оценок потепления между сценариями остаются в пределах межмодельного разброса, однако, начиная с середины 21-го века, зависимость оценок потепления от сценария становится существенной (табл.1, рис.2). Обращает на себя внимание качественное согласие географических распределений будущего потепления (рис.1) и разницы потепления между «жестким» сценарием А2 и «мягким» сценарием В1 (рис.2). Как собственно потепление, так и разность между двумя сценариями зимой увеличивается к северу, а летом к югу.

Будущие изменения экстремальности температурного режима рассчитывались по ансамблю из 9 МОЦАО, для которых ранее оценивалась успешность расчета индексов экстремальности современного климата (Говоркова и др., 2008).

К середине 21-го века повсеместно ожидается повышение наиболее низких в году суточных минимумов температуры приземного воздуха (годовых минимумов температуры). Исследования изменчивости средней за сутки и минимальной суточной температуры с помощью климатических моделей показали [Hegerl et al., 2004; Школьник и др., 2006; Kharin et al., 2007], что в умеренных и высоких широтах наибольший вклад в рост зимних температур вносит смещение вероятностных распределений в сторону больших значений нижних процентилей (близких к годовому минимуму). Оно заметно превосходит смещение средних значений и тем более – верхних процентилей. При этом следует ожидать увеличения асимметрии распределения температуры, а также уменьшения межквартильного размаха, изменчивости зимних распределений температуры и экстремальности термического режима зимой. Области наиболее значительных изменений удовлетворительно согласуются с районами, где прогнозируется существенное сокращение времени существования снежного покрова (Росгидромет, 2008).

В 21-м веке разность между самой низкой и самой высокой суточными температурами в году (годовой амплитуды экстремальной температуры) уменьшается почти на всей рассматриваемой территории и, особенно, в СНГ-Е и в Казахстане (рис. 3). К середине 21-го века ожидается почти повсеместное сокращение числа морозных дней в году (т.е. дней с минимальной суточной температурой ниже 0°С) на 20-30 суток, а на юго-востоке СНГ-А и северо-западе СНГ-Е – свыше 30 суток (рис. 4). К концу 21-го века эти изменения в среднем удвоятся.

На фоне среднего потепления практически повсеместно увеличивается число дней с экстремально высокими суточными температурами, а также продолжительность непрерывных эпизодов с экстремально высокой (например, выше 90-й процентили) температурой (тепловые волны) или с температурой, превышающей определенное значение. Так, увеличение максимальной продолжительности периодов с максимальной суточной температурой, превышающей 25°С, (рис.5) особенно значительно на севере, либо в горных районах: в северной части СНГ-Е, в СНГ-К, а также на востоке и севере СНГ-А.

 

Изменения гидрологического режима

По сравнению с оценками будущих изменений температуры, соответствующие оценки для осадков существенно менее однозначны.

Среднегодовые осадки в течение 21-го века преимущественно возрастают в регионах СНГ-Е (прежде всего, за счет роста осадков в Белоруссии) и СНГ-А (где доминирует рост осадков в Казахстане и Киргизии) (табл. 3). В остальных странах изменения осадков существенно немонотонны, и зачастую рост осадков в начале 21-го века сменяется уменьшением к его концу. При этом, в отличие от территории России в целом и ЕТР, величины прогнозируемых изменений осадков в большинстве случаев оказываются меньшими межмодельного разброса, что говорит о том, что модели в указанных случаях не согласуются даже в знаке.

Во всех трех рассматриваемых регионах – СНГ-Е, СНГ-К и СНГ-А – в течение 21-го века происходит увеличение зимних осадков и уменьшение летних (табл.4 и рис.3).

Как и в случае с приземной температурой, отмечается качественное согласие сезонных географических распределений изменений осадков (рис.6) и соответствующих разностей между «жестким» сценарием А2 и «мягким» сценарием В1 (рис.7). Как собственно рост, так и разность между двумя сценариями зимой увеличивается к северу, а летнее уменьшение осадков и отрицательная разность между А2 и В1 велики на юге и юго-западе.

Летом на юге СНГ-Е, в СНГ-К, а также на севере и востоке СНГ-А следует ожидать увеличения осадков большой (выше 90-й процентили) интенсивности (рис.8). Модельный разброс оценок изменения интенсивных осадков оказывается большим, по сравнению с осадками малой и умеренной интенсивности. Тем не менее, на рост интенсивных осадков в областях убывания средних осадков указывает большинство МОЦАО.

Что касается среднегодового стока, то в СНГ-Е, СНГ-К и на большей части СНГ-А отмечается тенденция к его уменьшению (рис.9).

На юге региона СНГ-А обширная горная территория является основным источником водных ресурсов. Пространственное разрешение современных глобальных климатических моделей и проблемы модельных описаний физических процессов в регионах со сложной орографией не позволяют должным образом количественно оценить будущие изменения водных ресурсов в СНГ-А. Однако, даже качественные оценки (знак) изменения составляющих гидрологического режима представляют значительный интерес. Ниже рассмотрены будущие изменения водного бюджета для гористой местности, простирающейся с юго-запада (62°в.д.) на северо-восток (87°в.д.). Общая площадь региона составляет 1.13 млн км2 (119 ячеек одноградусной широтно-долготной сетки).

Хотя ни осадки, ни испарение в этом регионе не демонстрируют значимых изменений в течение 21-го в. (табл.5), уменьшение среднегодового стока выходит за пределы стандартного отклонения ансамблевого прогноза к концу 21-го в. Согласно модельным расчетам, в базовый период (1980-1999 гг.) осадки в виде снега составляют 50% суммарных осадков. В течение 21-го века доля твердых осадков уменьшается, что позволяет ожидать уменьшение аккумуляции снега в течение холодного сезона и более раннее таяние при потеплении климата.

Сезонные изменения осадков наиболее ярко проявляются в зимнем увеличении и летнем уменьшении. Совместный эффект роста зимних осадков и интенсификации таяния снежного покрова проявляется в увеличении стока зимой (табл.6). В то же время, в оставшуюся часть года сток демонстрирует тенденцию к уменьшению.

Во многом сходная картина получена и для водосборов крупных рек СНГ-Е (табл. 7 и 8).

 

Выводы

Расчеты с помощью ансамбля МОЦАО позволили получить физически обоснованную количественную картину изменений климата стран СНГ в 21-м веке. Эти изменения зачастую продолжают тенденции, наблюдавшиеся в последние четверть века, а по своим масштабам и интенсивности превосходят их.

Повышение летней температуры в большинстве рассматриваемых регионов должно привести к снижению комфортности проживания, а вместе с сокращением осадков, угрожает их продовольственной безопасности. Усиление экстремальных летних осадков, в том числе в регионах с уменьшающимися средними осадками, чревато значительным экономическим ущербом, как это уже имело место на Украине и в Молдавии, например, летом 2008 г. При этом, в отличие от большей части территории России, где уже существует достаточное или избыточное увлажнение и ожидается увеличение водных ресурсов, в большинстве других стран СНГ, где водообеспеченность в настоящее время уже недостаточна, ожидается ее дальнейшее уменьшение.

Вместе с тем, вопрос достоверности полученных оценок будущих региональных изменений климата остается весьма острым. Во многих случаях разброс модельных результатов существенно превышает средние по ансамблю изменения. Это придает особую остроту потребности в разработке подходов объективной дискриминации моделей и соответствующего взвешивания их вкладов в ансамблевые расчеты. Однако, несмотря на неопределенности, связанные с различиями сценариев будущего антропогенного воздействия на климат, с собственной изменчивостью климатической системы, а также ее изменчивостью в результате естественных внешних воздействий, и, наконец, с несовершенством климатических моделей, достоверность полученных оценок (по крайней мере, для изменений средних характеристик) достаточно высока (хотя и не одинакова для разных регионов и разных климатических характеристик), чтобы делать, по крайней мере, качественные выводы о региональных последствиях изменений климата.

Оценки будущих изменений климата на территории СНГ будут уточняться по мере развития климатических моделей, в том числе за счет совершенствования существующих методов и включения новых компонентов. Надежды на уточнение оценок будущих изменений экстремальности климата, которые представляют наибольший практический интерес, следует не в последнюю очередь связывать с прогрессом вычислительных технологий, обеспечивающим возможность проведения массовых ансамблевых расчетов с глобальными и региональными климатическими моделями высокого разрешения. Это позволит более достоверно оценивать изменения вероятностных функций распределения климатических характеристик и, в частности, изменения повторяемости и интенсивности опасных явлений.

 

Подготовлено на основе материалов, любезно предоставленных В.А. Говорковой и В.М. Катцовым (ГГО им.А.И.Воейкова) и подготовленных в рамках НИР Росгидромета, Программы «Совершенствование системы обеспечения населения и отраслей экономики Российской Федерации и Республики Беларусь информацией о сложившихся и прогнозируемых погодно-калиматических условиях, состоянии и загрязнении природной среды» на 2007-2011 гг., а также при поддержке РФФИ.

 

Литература

Говоркова В.А., В.М.Катцов, В.П.Мелешко, Т.В.Павлова, И.М. Школьник, 2008: Климат России в XXI веке. Часть 2. Оценка пригодности моделей CMIP3 для расчетов будущих изменений климата России. Метеорология и гидрология (в печати).
Мелешко В.П., Голицын Г.С., Говоркова В.А., Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Катцов В.М., Малевский-Малевич С.П., Мохов И.И., Надежина Е.Д., Семенов В.А., Спорышев П.В., Чон В.Х., 2004: Возможные антропогенные изменения климата России в XXI веке: оценки по ансамблю климатических моделей. Метеорология и Гидрология. №4, 38-49.
Мелешко В.П., В.М.Катцов, В.М.Мирвис, В.А.Говоркова, Т.В.Павлова, 2008а: Климат России в XXI веке. Часть 1. Новые свидетельства антропогенного воздействия на климат и новые возможности оценки его изменений на территории России. – Метеорология и гидрология, №6, 5-19.
Мелешко В.П., В.М.Катцов, В.М.Мирвис, В.А.Говоркова, Т.В.Павлова, 2008б: Климат России в XXI веке. Часть 3. Будущие изменения климата, рассчитанные с помощью ансамбля моделей общей циркуляции атмосферы и океана CMIP3. – Метеорология и гидрология (в печати).
Росгидромет, 2005: Стратегический прогноз изменений климата Российской Федерации на период до 2010-2015 гг. и их влияния на отрасли экономики России. Росгидромет, Москва, 28 с.
Росгидромет, 2008: Первый оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (в печати).
Школьник И.М., В.П.Мелешко, В.М.Катцов, 2006: Возможные изменения климата на европейской части России к концу 21 века: расчет с региональной моделью ГГО. – Метеорология и гидрология, №3, 5-16.
Hegerl G. and Coauthors, 2004: Detectability of anthropogenic changes in annual temperature and precipitation extremes. J. Climate, 17, 3683-3700.
Kharin V.V. and Coauthors, 2007: Changes in temperature and precipitation extremes in the IPCC ensemble of global coupled model simulations. J. Climate. DOI: 10.1175/JCL14066.1.
Meehl, G.A. and Coauthors, 2007: The WCRP CMIP3 Multimodel Dataset: A New Era in Climate Change Research, BAMS, 88, 1383-1394, DOI: 10.1175/BAMS-88-9-1383
Nakićenović N. and Coauthors: IPCC Special Report on Emission Scenarios. Cambridge University Press, United Kingdom andNew York, NY, USA, 2000.
Randall, D.A. and Coauthors, 2007: Climate Models and Their Evaluation. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, NY, USA.

Таблица 1. Изменения среднегодовой температуры приземного воздуха и соответствующие стандартные отклонения (°С) в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века (сценарии B1 (14 моделей), A1B (15 моделей), A2 (16 моделей). Подстрочный индекс показывает стандартное отклонение для ансамбля моделей, характеризующее межмодельный разброс.

Таблица 2. Изменения сезонной температуры приземного воздуха и соответствующие стандартные отклонения (°С) в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века сценарии A1B (15 моделей). Подстрочный индекс показывает стандартное отклонение для ансамбля моделей, характеризующее межмодельный разброс.

Таблица 3. Изменения годовых суммарных осадков и их стандартные отклонения (% по отношению к современному климату) в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века (сценарии B1 (14 моделей), A1B (15 моделей), A2 (16 моделей). Подстрочный индекс показывает стандартное отклонение для ансамбля моделей, характеризующее межмодельный разброс. Жирным шрифтом и затенением выделены средние изменения осадков, превышающие стандартные отклонения.

Таблица 4. Изменения сезонных суммарных осадков и их стандартные отклонения (% по отношению к современному климату) в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века A1B (15 моделей).. Жирным шрифтом и затенением выделены средние изменения осадков, превышающие стандартные отклонения.

Таблица 5. Средние за год изменения приземной температуры, суммарных осадков, твердых осадков, испарения, стока и их стандартные отклонения (% по отношению к современному климату) над горной частью СНГ-А в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века для сценария A2 (16 моделей). Жирным шрифтом и затенением выделены средние изменения, превышающие стандартные отклонения.

Таблица 6. Изменения сезонных значений стока и его стандартные отклонения (% по отношению к современному климату) над горной частью СНГ-А в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века для сценария A2 (10 моделей). Жирным шрифтом и затенением выделены средние изменения, превышающие стандартные отклонения.

Таблица 7. Средние за год изменения приземной температуры, суммарных осадков, твердых осадков, испарения, стока и их стандартные отклонения (% по отношению к современному климату) рек СНГ-Е (Днестр, Днепр, Южный Буг) в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века для сценария A2 (16 моделей). Жирным шрифтом и затенением выделены средние изменения, превышающие стандартные отклонения.

Таблица 8. Изменения сезонных значений стока и его стандартные отклонения (% по отношению к современному климату) рек СНГ-Е (Днестр, Днепр, Южный Буг) в начале (2011-2030 гг.), середине (2041-2060 гг.) и конце (2080-2099 гг.) 21-го века для сценария A2 (10 моделей). Жирным шрифтом выделены средние изменения, превышающие стандартные отклонения.

Рис. 1. Изменения температуры приземного воздуха (оС) на территории России (а,в) зимой и (б,г) летом в середине (а,б) (2041-2060 гг.) и конце (в,г) (2080-2099 гг.) 21-го века (сценарий A2 16 моделей)

Рис.2. Разность изменения температуры приземного воздуха (оС) между «жестким» А2 и «мягким» В1 сценариями (а,в) зимой и (б,г) летом в середине (а,б) (2041-2060 гг.) и конце (в,г) (2080-2099 гг.) 21-го века

Рис.3. Изменения годовой амплитуды экстремальной температуры приземного воздуха (оС) (разность между самой низкой и самой высокой суточными температурами в году (а) середине (2045-2064 гг.) и конце (б) (2080-2099 гг.) 21-го века (сценарий A2, 9 моделей)

Рис.4. Уменьшение числа морозных суток в году (суток с минимальной суточной температурой ниже 0 оС), (а) в середине (2045-2064 гг.) и конце (б) (2080-2099 гг.) 21-го века (сценарий A2, 9 моделей)

Рис. 5.Относительное изменение (%) максимальной продолжительности непрерывного периода с максимальной суточной температурой, превышающей 25°C, летом: (а) в середине и (б) в конце 21-го века (сценарий A2, 9 моделей)

Рис. 6. Изменения суммарных (жидких и твердых) осадков (%) а,в) зимой и б,г) летом в середине а,б) (2041-2060 гг.) и конце в,г) (2080-2099 гг.) 21-го века (сценарий A2 16 моделей)

Рис. 7. Разность изменения суммарных (жидких и твердых) осадков (%) между «жестким» А2 и «мягким» В1 сценариями (а,в) зимой и (б,г) летом в середине (а,б) (2041-2060 гг.) и конце (в,г) (2080-2099 гг.) 21-го века

Рис. 8 .Относительное изменение (%) интенсивности суточных осадков (превышающих 90-ю процентиль) летом: (а) в середине и (б) в конце 21-го века (сценарий A2, 9 моделей).

Рис. 9. Изменения суммарного годового стока (%)
(а) в середине (2041-2060 гг.) и (б) конце (2080-2099 гг.) 21-го века (сценарий A2, 16 моделей)