Многолетние колебания осадков на севере Казахстана в ХХ — начале ХХІ в.



Осадки — наиболее изменчивое во времени и пространстве метеорологическое явление, и на земной поверхности они распределяются очень неравномерно. Изучение режима многолетних колебаний атмосферных осадков представляет собой одну из важнейших проблем. Пространственная неоднородность атмосферных осадков рассматривалась многими авторами. Неоднородность поля осадков определяется совместным влиянием крупномасштабных атмосферных процессов и характером подстилающей поверхности, особенно сложным рельефом. Эти факторы, действуя в тесной взаимосвязи, определяют условия распределения осадков в пространстве и во времени, как в течение года, так и от года к году. Исследованию режима многолетних колебаний глобальных полей температуры воздуха, осадков посвящено большое число работ [1–4].

В данной работе рассматриваются многолетние колебания годового количества осадков, теплого (апрель-октябрь) и холодного (ноябрь-март) периодов в северных территориях Казахстана. Для статистических оценок использованы длиннорядные данные многолетних наблюдений 5 метеорологических станций: Костанай, Петропавловск, Павлодар, Кокшетау и Астана за 1936–2008 гг., расположенных в лесостепи и степи.

Анализируются изменения средних многолетних значений по основному периоду наблюдений за 1936–2008 гг. Вопрос осреднения данных с целью получения норм при изучении климата рассматривается во многих работах [5–7]. До последнего времени, Всемирная метеорологическая организация (ВМО) рекомендовала использовать, как базовый — период 1951–1980 гг., но в связи с возросшей изменчивостью климата, за базовый период стали принимать 1961–1990 гг. Проводится сравнительный анализ изменения средних многолетних значений основного периода по отношению к базовому. В связи с усилением глобального потепления климата во второй половине ХХ вв., и особенно в последние два десятилетия (на фоне перелома повторяемости форм циркуляции) анализировалась изменчивость атмосферных осадков в более короткие периоды — 1981–2008 и 1991–2008 гг. (табл. 1).

Годовые суммы осадков (в результате осреднения за период 1936–2008 гг.) на рассматриваемых станциях изменяются в пределах от 258 мм (ст. Павлодар) до 342 мм (ст. Петропавловск). В их распределении проявляется одна из общегеографических закономерностей — зональность. Наряду с зональностью в пространственной структуре отмечаются региональные особенности, связанные, с одной стороны, преобладающими в регионе синоптическими процессами, а с другой стороны — влиянием местных физико-географических факторов, годовая сумма осадков уменьшается с запада на восток от 327 (Костанай) до 258 мм (Павлодар), что связано с возрастанием континентальности климата в этом направлении (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика многолетней динамики осадков за различные периоды осреднения вСеверном Казахстане

№станции*	Год
	Периоды,гг.
	1936–2008			1936–1980			1961–1990			1981–2008			1991–2008
	норма, мм	стандартное отклонение	коэффициент линейного тренда	норма, мм	стандартное отклонение	коэффициент линейного тренда	норма, мм	стандартное отклонение	коэффициент линейного тренда	норма, мм	стандартное отклонение	коэффициент линейного тренда	норма, мм	стандартное отклонение	коэффициент линейного тренда
год
1	327	68,0	0,61	317	63,0	0,17	327	65,2	0,99	343	73,8	1,21	345	74,0	1,11
2	342	80,2	1,88	318	72,7	2,47	360	60,7	1,43	381	77,7	1,52	387	89,2	-0,02
3	297	80,0	0,73	290	75,3	1,58	308	74,3	-0,36	307	87,5	0,33	311	89,9	-1,46
4	294	63,4	1,43	278	66,9	2,47	312	51,9	-0,61	319	48,6	1,28	321	49,7	2,07
5	258	64,4	1,61	234	53,6	1,56	265	51,7	3,41	296	62,3	0,61	299	66,2	-1,14
теплый период
1	239	64,8	0,19	236	64,8	-0,12	238	63,7	0,58	245	66,5	0,74	245	70,4	0,90
2	262	62,1	0,44	257	64,1	0,52	265	52,1	0,04	270	58,8	1,15	275	68,0	0,09
3	242	71,6	0,19	241	67,7	0,70	247	66,5	-0,34	243	78,7	-0,11	244	77,7	-1,42
4	221	55,6	0,37	220	62,1	1,20	229	52,3	-1,25	222	44,3	0,97	225	49,7	1,20
5	187	53,8	0,73	175	47,4	0,52	185	45,1	2,05	205	59,1	0,49	208	65,9	-1,74
холодный период
1	88	27,1	0,42	81	25,3	0,30	89	28,8	0,37	98	27,2	0,46	100	23,4	0,03
2	80	40,5	1,43	61	33,7	1,95	95	29,8	1,39	111	31,0	0,37	112	33,5	-0,11
3	55	22,7	0,53	49	20,9	0,88	61	19,1	-0,01	64	22,6	0,44	67	27,0	-0,04
4	73	32,3	1,07	58	26,7	1,27	83	24,9	1,10	97	25,8	0,29	96	27,0	0,87
5	71	28,2	0,88	59	24,6	1,03	80	22,3	1,38	91	21,7	0,12	91	23,5	0,59

^*Примечание: 1 — Костанай, 2 — Петропавловск, 3 — Кокшетау, 4 — Астана, 5 — Павлодар

Северные районы республики более подвержены влиянию северо-западных и западных воздушных масс. Годовой ход осадков зависит как от общей циркуляции атмосферы, так и от местных физико-географических условий. Для рассматриваемого региона характерен континентальный тип годового хода осадков, с максимумом летом и минимумом зимой. Так, в пределах большей части северной половины республики (лесостепь и степь) в теплое время года (апрель — октябрь) в среднем выпадает 60–80 % годовой суммы осадков, а в холодное время года только 20–40 % [8].

На рассматриваемых станциях Северного Казахстана в годовом режиме осадков максимум приходится на летние месяцы. Максимальное количество осадков выпадает в июле (46–69 мм), в июне — августе выпадает 35–51 % годовой нормы. Осенью осадков выпадает больше, чем весной. Наименьшее в году количество осадков выпадает в феврале и марте (6–9 % годовой нормы).

Тенденции многолетних изменений атмосферных осадков определялись путем расчета линейных трендов (рис.1), и анализа уравнения линейного тренда (табл. 1).

	R,мма	б	в
1
2
3
4
5

Рис. 1. Динамика и линейные тренды годовых сумм осадков (а), осадков теплого периода (б), осадков холодного периода (в) за периоды 1936–1980 и 1981–2008 гг. на рассматриваемых станциях Северного Казахстана: 1 — Костанай, 2 — Петропавловск, 3 — Кокшетау, 4 — Астана, 5 — Павлодар

Количество атмосферных осадков за различные периоды осреднения (1936–2008, 1936–1980, 1961–1990, 1981–2008, 1991–2008 гг.) существенно изменяются. Статистически значимые изменения получены на станции Павлодар в теплом периоде, а также на всех станциях в холодном периоде за все рассматриваемые периоды с 1936 по 2008 гг.

Сравнение суммы осадков в целом за год за период 1936–2008 гг. с базисным периодом 1961–1990 гг. показывает, что значимое уменьшение (-18 мм) отмечается на станциях Петропавловск и Астана.

В период 1981–2008 гг., по сравнению с периодом 1936–2008 гг. наблюдается рост годовых значений атмосферных осадков в пределах от 17 до 63 мм на всех рассматриваемых станциях.

Об изменчивости климата, в том числе и осадков, можно судить по частоте повторяемости аномальных периодов увлажнения — избыточно влажных и сухих. Было определено общее количество лет с дефицитом, нормой и избытком осадков и составлен их каталог по всем станциям (табл. 2).

Таблица 2

Повторяемость влажных (ƩQ≥120%) исухих (ƩQ≤80%) периодов на рассматриваемой территории Северного Казахстана в 1936–2008гг.

Год
Пункт наблюдений	ƩQ≥120%		81≥ƩQ<119%		ƩQ≤80%
	Число случаев	%	Число случаев	%	Число случаев	%
Костанай	15	20	43	59	15	21
Петропавловск	14	19	40	55	19	26
Кокшетау	18	25	33	45	22	30
Астана	13	18	47	64	13	18
Павлодар	13	18	49	67	11	15
теплый период (апрель-октябрь)
Костанай	16	22	40	55	17	23
Петропавловск	11	15	49	67	13	18
Кокшетау	17	23	32	44	24	33
Астана	12	17	47	64	14	19
Павлодар	14	19	46	63	13	18
холодный период (ноябрь-март)
Костанай	18	25	33	45	22	30
Петропавловск	25	34	22	30	26	36
Кокшетау	19	26	30	41	24	33
Астана	26	36	20	27	27	37
Павлодар	24	33	25	34	24	33

Для выделения месяцев с дефицитом, нормой и избытком осадков использовались критерии Г. В. Леоновой и Т. А. Богдановой [9]. Год (и периоды года — теплый, холодный) относился к избыточно влажному, если сумма осадков превышала 120 % средней многолетней нормы (ƩQ≥120 %), и к сухому, если сумма осадков составляла 80 % и меньше средней многолетней нормы (ƩQ≤80 %). Аномалии осадков рассчитывались по отношению к норме, вычисленной за весь исследуемый период — 1936–2008 гг.

Дефицит осадков отмечается как в теплый, так и в холодный период. Но в холодный период повторяемость аномалий увлажнения больше, исключение составляет станция Кокшетау. Максимальное число случаев дефицита осадков приходится на станции Петропавловск и Астана (26 и 27 соответственно). Особенно сухими были 1936–1952, 1959, 1967 гг., когда сумма осадков была ниже средней многолетней нормы почти на 50 %.

В теплое полугодие на большинстве станции Северного Казахстана число случаев с дефицитом осадков изменялось от 13 до 17. Наиболее сухими были 1936, 1937, 1951, 1952, 1991 и 1997 гг., сумма осадков была ниже средней многолетней нормы на 40–50 %, достигая в отдельные годы 70 %.

Начиная с 1980-х гг., на территории Северного Казахстана отмечается увеличение влажных холодных периодов. А наиболее влажными были: 1966, 1972, 1987, 2002 гг. Особенно много осадков выпало в холодный период 2002 года, когда сумма осадков превышала норму на 45–50 %.

В теплое полугодие на рассматриваемых станциях избыточное увлажнение отмечалось в течение всего периода (1936–2008 гг.). Наиболее влажными были: 1938, 1960, 1979, 1990, 2001 гг., когда сумма осадков превышала норму в 1,5–2 раза. На станциях, расположенных в лесостепной зоне число случаев с избыточным увлажнением превышает их число на станциях степной зоны.

В результате полученоследующее:

‒ На станциях, расположенных в лесостепной зоне, число случаев с избыточным увлажнением превышает их число на станциях степной зоны. За период 1936–2008 гг. средние многолетние нормы осадков, на всех рассматриваемых станциях Северного Казахстана, начиная с 1981 года, возрастают, причем значительное изменение отмечается в холодное время года.

‒ На станции Петропавловск многолетняя норма осадков холодного периода увеличилась с 61 до 111 мм, а на остальных станциях она изменялась в пределах 15–39 мм. В теплое полугодие положительное отклонение от нормы на рассматриваемых станциях изменялось от 2 до 20 мм.

‒ Из рассматриваемых станции Северного Казахстана наибольшей повторяемостью избыточно влажных и сухих периодов отличаются станции Петропавловск и Кокшетау.

‒ И в холодный, и в теплый периоды на рассматриваемых станциях чаще наблюдаются отрицательные аномалии сумм осадков. Поэтому снижение годовой суммы осадков с запада на восток происходит за счет уменьшения осадков, как в теплый, так и в холодный период, хотя начиная с 1980-х годов, отмечается тенденция к увеличению осадков.

Литература:

1. Швер Ц. А. Атмосферные осадки на территории СССР. — Л.: Гидрометиздат, 1976.-302 с.
2. Батталов Ф. З. Многолетние колебания атмосферных осадков и вычисление норм осадков. — Л.: Гидрометеоиздат, 1968. — 183 с.
3. Дроздов О. А., Григорьева А. С. Многолетние циклические колебания атмосферных осадков на территории СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, — 158 с.
4. Гирс А. А. Макроциркуляционный метод долгосрочных метеорологических прогнозов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974. — 280 с.
5. Ойо С. О., Афиесимама Е. А.// Бюллетень ВМО, 2000. Т.49. № 3. — С. 312–315.
6. Завалишин Н. Н. О норме метеоэлементов, климате и методах их оценки // ТР. СибНИИГМИ, 2000. — Вып. 103. — С.11–17.
7. Гуляева Н. В., Костюков В. В. Климат г. Барабинска в XX веке // Известия РАН, Серия Географическая. № 6, 2006. — С. 106–113.
8. Климат Казахстана /Под ред. А. С. Утешева. Л.: Гидрометеоиздат, 1959–366 с.
9. Леонова Г. В., Богданова Т. А. Аномалия осадков в июле в южной половине Европейской территории СССР, на юге Западной Сибири и в северной части Казахстана и некоторые возможности ее прогнозирования // Тр. ГМЦ СССР, 1975. — Вып. 166. — С. 312–315.