Қазақстанның батысында төменгі ауа температурасы қалыптасуының макроциркуляциялық жағдайлары



Мақалада Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жылдар аралығында қыс мезгіліндегі экстремалды жылы және экстремалды салқын жылдардың қалыптасуы кезінде макроциркуляциялық процестердің әсерін анықтау мақсатында орташа ауа температурасы аномалиялары мен Солтүстік жартышардағы ірімасштабты атмосфера циркуляциясы индекстерінің әсерін анықтау үшін корреляциялық әдіс қолданылды.

Солтүстік Атлант (NAO), Арктикалық (АО) және Скандинавиялық тербелістер (SCAND) ірі масштабты атмосфералық циркуляцияның маңызды элементтері болып табылады. Қыс мерзімінде ауа температурасы аномалияларының қалыптасуы атмосфера циркуляциясы мен төселме беттің өзара әрекеттесуіндегі ерекшеліктеріне байланысты болады. Нәтижесінде Батыс Қазақстан аймағы бойынша қыстың өте жылы фазаларымен NAO, АО оң таңбалы циркуляциялық индекстері және SCAND теріс таңбалы индекстері тығыз байланыста болса, ал қыстың өте суық фазаларымен NAO, АО теріс таңбалы индекстері және SCAND оң таңбалы индекстері арасында неғұрлым тығыз байланыстар анықталды.

Түйін сөздер: төменгі ауа температурасы, аномалия, атмосфера циркуляциясы, индекстер, макроциркуляция.

В статье использовался корреляционный метод для определения влияния макроциркуляционных процессов на аномалии средней температуры воздуха и индексов циркуляции крупномасштабной атмосферы в Северном полушарии с целью выявления влияния макроциркуляционных процессов при формировании экстремальных теплых и экстремальных холодных лет в зимний период с 1969 по 2018 годы на западе Казахстана.

Важными элементами крупномасштабной атмосферной циркуляции являются индексы Североатлантического (NAO), Арктического (АО), и Скандинавского колебаний (SCAND). Формирование аномалий температуры воздуха в структурных единицах зимнего сезона обусловлено особенностями атмосферной циркуляции во взаимодействии с подстилающей поверхностью. В результате наиболее тесные связи выявлены между экстремально теплыми фазами зимы по западному Казахстана положительными циркуляционными индексами NAO, АО, отрицательным индексом SCAND и экстремально холодными фазами зимы и отрицательными индексами NAO, АО, положительным индексом SCAND.

Ключевые слова: низкая температура воздуха, аномалия, циркуляция атмосферы, индексы, макроциркуляция.

Кіріспе

Қазіргі уақытта солтүстік жартышарда, оның ішінде Қазақстан аумағында, әсіресе, салқын кезең ішінде, климаттың өзгеруі байқалады. Соңғы 50 жылдықта көптеген авторлардың зерттеулеріне сәйкес, орташа айлық ауа температурасы жоғарылағаны анықталды [1–6].

Салқын кезеңде орташа ауа температурасы аномалиясының өзгеруі атмосфера циркуляциясының ерекшеліктерімен байланысты болып табылады. Солтүстік Евразияда жер беті ауа температурасы мен атмосфера циркуляциясының синхронды байланыстары жұмыстарда жақсы көрсетілген [7–8]. Атмосфералық циркуляцияның қарқындылығын сандық бағалау үшін үлкен кеңістіктерде макропроцесстердің белгілі бір түрлері байқалатын сандық индекстер енгізіледі. Мұндай индекстердің уақытша қатары циркуляция мен әртүрлі метеорологиялық шамалар арасында статистикалық байланыстарды орнату үшін негіз болып табылады [9–10].

Зерттеу жұмысының мақсаты— Қазақстанның батыс өңірінде қыс маусымының экстремалды жылы және экстремальды салқын фазаларының қалыптасуына Солтүстік жартышардағы атмосфералық циркуляцияның негізгі процестерін сипаттайтын макроциркуляциялық жағдайлардың әсерін зерттеу болып табылады.

Солтүстік жартышар айналысының негізгі процестерін сипаттайтын макроциркуляциялық жағдайлар қыс мезгіліндегі орташа айлық ауа температурасының өзгеруіне ғана емес, қыстың экстремалды жылы және салқын фазаларының қалыптасуына да елеулі әсер етеді. Сонымен қатар ай бойынша циркуляциялық индекстердің NAO, АО тербелістері мен оны бұғаттайтын SCAND зоналды тасымалдануды күшейтуге әсері талданады.

Зерттеу нысаны

Зерттеу нысаны ретінде Қазақстанның батыс аймағында біркелкі орналасқан Орал, Ақтөбе, Атырау, Тайпақ, Ойыл және Ырғыз станциялар бойынша 1969–2018 жылдар аралығындағы қаңтар, ақпан және желтоқсан айларындағы төменгі ауа температурасы алынды.

Батыс Қазақстан — Шығыс Еуропа мен Орталық Азияда орналасқан Қазақстан Республикасының құрамындағы экономикалық-географиялық аймақ. Оның құрамына 4 облыс кіреді: Атырау, Батыс Қазақстан, Ақтөбе және Маңғыстау облыстары.

Батыс Қазақстанның климаты күрт континенталды және құрғақшылықпен сипатталады, өйткені оның аумағының едәуір бөлігі шөл және шөлейт аймақтарда орналасқан.

Батыс Қазақстанның ішкі аудандары жазы ыстық және аязды, қыста қар аз континенталды климатымен ерекшеленеді. Шеткі аймақтардың климаты, әсіресе Каспий теңізінің жағалауларында қаңтар айының орташа температурасы шамамен минус 3 °C құрайды. Аяздардың пайда болуы Ресейдің солтүстік және солтүстік-шығыс аудандарынан полярлық және арктикалық ауа массаларының енуімен байланысты болып келеді. Қыста Батыс Қазақстанда жауын-шашын аз түседі. Алайда солтүстігінде — Орал және Ақтөбе аймақтарында қар жамылғысының биіктігі 30 см қалыңдыққа жетеді, қалған аумақта — 15–20 см аспайды және 4–5 ай сақталады. Алайда борандар мен күшті желдер қарды төмен жерлерге өткізіп, жазық даланы қоршайды. Қыста Батыс Қазақстанда республиканың басқа аудандарына қарағанда, күн жылынғаннан кейін пайда болатын көктайғақ жиі байқалады.

Зерттеу материалдары мен әдістері

Төменгі ауа температурасының макроциркуляциялық жағдайларын толық зерттеуде метеорологиялық және синоптикалық жағдайларды қарастыру қажет етіледі. Ол үшін Батыс Қазақстан аймағы (Ақтөбе, Атырау, Орал, Тайпақ, Ырғыз және Ойыл) бойынша 1969–2018 жылдар аралығындағы қыс мезгіліндегі ауа температурасының көпжылдық бақылау мәліметтері қолданылды. Статистикалық бағалаулар жүргізу үшін 6 метеостанция бойынша 1969–2018 жж. ауа температурасының орташа тәуліктік мәндері [11] және атмосфералық циркуляция индекстері материалдары қолданылды. Атмосфералық циркуляция индекстері АҚШ-тың мұхит және атмосфераны зерттеу жөніндегі Ұлттық Басқармасының климат болжамдары орталығында H700, H500 геопотенциал немесе жер бетіндегі қысым (1981–2010 жж. базалық кезең негізінде) туралы деректер бойынша тұрақты есептелген [12]. Олардың атаулары атмосфералық циркуляциямен байланысты тербелістер облыстарының географиялық орналасуын көрсетеді.

Зерттеу нәтижелері мен оны талдау

Зерттеу нәтижесінде Батыс Қазақстан аймағы бойынша қарастырылған станцияларда 1969–2018 жылдар аралығындағы қыс мезгілінде орташа айлық ауа температурасы климаттық нормадан 1,1–1,6 °С-ге жоғарылаған.

Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жылдар аралығында қыс мезгілінде экстремалды жылы және экстремалды салқын жылдардың қалыптасуында макроциркуляциялық процестердің әсерін анықтау мақсатында орташа айлық ауа температурасы аномалиялары мен Солтүстік жартышардағы ірімасштабты атмосфера циркуляциясы индекстерінің арасындағы корреляциялық байланыс анықталды (1-кесте).

1-кесте

Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жж. қыс мезгілі бойынша температураның орташа айлық аномалиялары мен Солтүстік жартышардағы ірімасштабты атмосфера циркуляциясы индекстерінің арасындағы корреляциялық байланысы

Индекстер	Корреляция коэффициенті, r
	желтоқсан	Қаңтар	ақпан	қыс мезгілі
NAO	0,29	0,30	0,22	0,27
AO	0,14	0,51	0,20	0,32
SCAND	-0,76	-0,44	-0,61	-0,70

*Ескерту: еркіндік дәрежелерінің (m=50) саны кезінде корреляция коэффициентінің (α=0,05) маңыздылық деңгейі 0,27 тең болады [13].

Кестеге сәйкес, Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жж. қыс мезгілі бойынша орташа айлық ауа температурасы аномалиялары мен Солтүстік жартышардағы ірімасштабты атмосфера циркуляциясы индекстерінің арасындағы корреляция коэффициенті минус 0,70 пен 0,32 аралығында байқалған, яғни ауа температурасы аномалиялары мен NAO және AO индекстерінің арасында маңызды тікелей, ал ауа температурасы аномалиялары мен SCAND индексі арасында маңызды кері байланыс байқалған. Сонымен қатар жекелеген айлар бойынша қарастыратын болсақ, NAO және AO индекстерінің әсері қаңтар айында (0,30 және 0,51 сәйкесінше) жақсы байқалғанын көруге болады, ал SCAND индексінің әсері желтоқсан және ақпан айларында күшейген.

а)	б)
в)

1-сурет — Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жж. қаңтар (а), ақпан (б) және желтоқсан (в) айларындағы орташа айлық ауа температурасы аномалиялары мен NAO индексінің уақыттық жүрісі

1-сурет (а) сәйкес, 1969–2018 жылдар аралығында Батыс Қазақстан аймағы бойынша орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,19°С/10 жыл, ал NAO индексі 0,87 °С/10 жыл сайын жоғарылаған, яғни қарастырылған жылдарда қаңтар айында тренд сызығы бойынша өсу тенденциясын көруге болады. Детерминация коэффициенті NAO индексі бойынша критикалық мәннен кіші (0,19) болса, орташа ауа температурасы аномалиясы критикалық мәннен жоғары (0,27) екені анықталды.

Ақпан айында (б) орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,8°С/10 жыл, ал NAO индексі 0,7 °С/10 жыл сайын жоғарылаған, яғни қарастырылған жылдарда ақпан айында тренд сызығы бойынша өсу тенденциясын көруге болады. Ақпан айы бойынша қарастырылған жылдарда детерминация коэффициенті NAO индексі бойынша критикалық мәннен жоғары (0,31) болса, орташа ауа температурасы аномалиясы критикалық мәннен кіші (0,17) екені анықталды.

Желтоқсан айында (в) орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,3°С/10 жыл, ал NAO индексі 0,04 °С/10 жыл сайын жоғарылаған, яғни қарастырылған жылдарда қаңтар айында тренд сызығы бойынша өсу тенденциясын көруге болады. Детерминация коэффициенті бойынша NAO индексі мәндері мен орташа ауа температурасы аномалиясы мәндері критикалық мәннен кіші екені анықталды.

Солтүстік Атлантикалық тербелісі (NAO) Солтүстік жартышардағы атмосфераның үлкен масштабты айналымның маңызды сипаттамаларының бірі, яғни Азор максимумы мен Исландия минимумы арасындағы қысымның айырмашылығы болып табылады. І_NAO мәні атмосфералық массаларды Арктика мен субтропикалық Атлантика арасында қайта бөлуге негізделген, бұл ретте NAO-ның бір фазасынан екіншісіне өтуі жел алабында, жылу мен ылғалдың тасымалдауында, дауылдардың соғу қарқындылығында, сонымен қатар траекторияларда атмосфералық массаның үлкен өзгерістерін туғызады. Бұл ретте І_NAO индексі мәні жоғары болған сайын, Солтүстік Атлантика акваториясынан Еуропалық құрлыққа енетін ауа массаларының геострофиялық аймақтық ауысуы, яғни әлсіз меридианалдық циркуляция неғұрлым қарқынды болып табылады [14].

а)	б)
в)

2-сурет — Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жж. қаңтар (а), ақпан (б) және желтоқсан (в) айларындағы орташа айлық ауа температурасы аномалиялары мен AO индексінің уақыттық жүрісі

2-суретте көрсетілгендей, Қазақстанның батысында қарастырылған жылдар аралығында қаңтар айында орташа ауа температурасы аномалиясы мен АО индексінің арасындағы 0,05 маңыздылық деңгейі кезінде корреляция коэффициентінің мәні 0,50 тең, яғни байланыс маңызды; ал ақпан мен желтоқсан айларында орташа ауа температурасы аномалиясы мен АО индексінің арасындағы 0,05 маңыздылық деңгейі кезінде корреляция коэффициентінің мәні (r=0,20; r=0,14) маңызсыз болып табылады (1-кесте).

2-сурет (а) сәйкес, 1969–2018 жылдар аралығында Батыс Қазақстан аймағы бойынша орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,14°С/10 жыл, ал AO индексі 0,92 °С/10 жыл сайын жоғарылаған, яғни қарастырылған жылдарда қаңтар айында тренд сызығы бойынша өсу тенденциясын көруге болады. Детерминация коэффициенті AO индексі бойынша критикалық мәннен кіші (0,13) болса, орташа ауа температурасы аномалиясы критикалық мәннен жоғары (0,27) екені анықталды.

Ақпан айында (б) орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,8°С/10 жыл, ал AO индексі 0,2°С/10 жыл сайын жоғарылаған, яғни қарастырылған жылдарда тренд сызығы бойынша өсу тенденциясын көруге болады. Детерминация коэффициенті AO индексі бойынша критикалық мәннен жоғары (0,26) болса, орташа ауа температурасы аномалиясы критикалық мәннен кіші (0,17) екені анықталды.

Желтоқсан айында (в) орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,05°С/10 жыл, ал AO индексі 0,02°С/10 жыл сайын жоғарылаған, яғни қарастырылған жылдарда тренд сызығы бойынша өсу тенденциясын көруге болады. Детерминация коэффициенті AO индексі (0,08) мен орташа ауа температурасы аномалиясы (0,03) бойынша критикалық мәннен кіші екені анықталды.

Арктикалық тербеліс теңіз деңгейінен 20° с.ш солтүстікке қарай атмосфералық қысымның маусымдық емес вариациясын сипаттайтын негізгі климаттық индекстердің бірі болып саналады. Осы себепті индекс атмосфералық айналымның түрлері бойынша бұрын ұсынылған нәтижелерді атмосфера айналымының ауытқуының ең ірі планетарлық процесі тұрғысынан түсіндіру үшін өте қолайлы болып табылады. АО индексі Солтүстік полюстің үстінде салыстырмалы жоғары қысым байқалғанда теріс, ал орташа ендік үстінде (шамамен 45° N үстінде) — төмен болады. Арктика айналасындағы құйын теріс фазада әлсірейді, бұл Оңтүстік Американың орталық және оңтүстік аудандарына, сонымен қатар орталық аудандарына да суық ауаның енуіне кіруге мүмкіндік береді. АО оң фазасында қысымды таралу аймағы керісінше болады. Бұл фаза кезінде орташа ендіктегі жоғары қысым аймағы Батыс-Шығыс тасымалын және жылғалы ағысты солтүстікке жылжытуды тудырады [15].

а)	б)
в)

3-сурет — Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жж. қаңтар (а), ақпан (б) және желтоқсан (в) орташа айлық ауа температурасы аномалиялары мен мен SCAND индексінің уақыттық жүрісі

3-суретке (а) сәйкес, кері байланыс жақсы көрінеді, яғни SCAND индексінің теріс таңбалы мәндеріне ауа температурасының оң таңбалы аномалиялары сәйкес келіп, ал SCAND оң таңбалы индекс мәндеріне ауа температурасының теріс таңбалы аномалиялары сәйкес келеді. Қаңтар айында орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,9°С/10 жыл өсу тенденциясын, ал SCAND индексі 0,07 °С/10 жыл сайын кему тенденциясы көрсетті. Детерминация коэффициенті SCAND индексі бойынша критикалық мәннен кіші (0,13) болса, орташа ауа температурасы аномалиясы критикалық мәннен жоғары (0,27) екені анықталды.

Ақпан айында (б) орташа айлық ауа температурасы аномалиясы 0,8°С/10 жыл өсу тенденциясын, ал SCAND индексі 0,1 °С/10 жыл сайын кему тенденциясы көрсетті. Детерминация коэффициенті SCAND индексі мен орташа ауа температурасы аномалиясы бойынша критикалық мәннен кіші (0,13) екені анықталды.

Желтоқсан айында (в) орташа айлық ауа температурасы аномалиясы мен ал SCAND индексі 0,4°С/10 жыл сайын бірқалыпты өсу тенденциясын көрсетті. Детерминация коэффициенті SCAND индексі мен орташа ауа температурасы аномалиясы бойынша критикалық мәннен кіші екені анықталды.

Скандинавиялық тербеліс (SCAND) Скандинавия үстіндегі бастапқы циркуляция орталығынан, Батыс Еуропа мен Шығыс Ресей, яғни батыс Моңғолия үстінен қарама-қарсы белгінің әлсіз орталықтарымен байланысты болып табылады. Бұл тербелістің оң фазасы Скандинавия мен Батыс Ресей үстінде негізгі бұғаттайтын антициклондарды бейнелейтін биіктіктің оң ауытқуларымен байланысты, ал тербелістің теріс фазасы осы аймақтардағы биіктіктің теріс ауытқуларымен байланысты болады [18].

Қорытынды

Қазақстанның батысында 1969–2018 жылдар аралығындағы Ақтөбе, Орал, Атырау, Ойыл, Тайпақ және Ырғыз станцияларының қыс мезгіліндегі төменгі ауа температурасының макроциркуляциялық жағдайларын зерттей отырып, келесідей қорытынды шығарылды:

1) Көпжылдық мәліметтер мен зерттеу жылдарындағы қыс мезгіліндегі төменгі ауа температурасы таралуын салыстыру барысында ауа температурасы 1,1–1,6 ⁰С өскен;

2) Батыс Қазақстан аймағы бойынша 1969–2018 жж. қыс мезгілі бойынша орташа айлық ауа температурасы аномалиялары мен Солтүстік Атлант (NAO) (r=0,27) және арктикалық (AO) (r=0,32) индекстерінің арасында маңызды тікелей байланыс, ал скандинавия (SCAND) индексі кезінде маңызды кері байланыс (r=-0,76) байқалған;

3) Ірі масштабты атмосфералық айналымның индекстері мен орташа айлық ауа температурасы аномалиясының уақыттық жүрісінде 1969–2018 жылдар аралығында Батыс Қазақстан аймағы бойынша қыс мезгілінде орташа ауа температурасы аномалиясы 1,3°С/10 жыл, ал AO индексі 0,2°С/10 жыл мен NAO индексі 1,3°С/10 жыл сайын жоғарылаған, яғни барлық индекстер мен ауа температурасы аномалиясының уақыттық жүрісінде тренд сызығының өсуі анықталды. Орташа ауа температурасы аномалиясы мен ал SCAND индексі 0,4°С/10 жыл сайын бірқалыпты өсу тенденциясын көрсетті.

4) Қарастырылған жылдарда NAO оң фазасы мен ауа температурасы оң аномалиясы 1981, 1999, 2015 жылдары анықталса, ал теріс фазалары 1969, 1977, 1978, 1997 жылдарға сәйкес келеді. Батыс Қазақстан аймағы бойынша қыс мезгіліндегі 1988–2008 жылдар аралығында ауа температурасының оң аномалиясы жиі байқалған, яғни осы уақыт аралығында АО индексінің өзгергіштігін да жақсы көрсетеді. Сонымен қатар қарастырылған барлық жылдарда ауа температурасы аномалиясы мен SCAND индексінің жүрісі кері бағыттас болып келеді.

Әдебиеттер:

1. Долгих С. А. О многолетних тенденциях термического режима на территории Республики Казахстан // Гидрометеорология и экология. — 1995. — Вып. 3. — С. 68–77.
2. Вилесов Е. Н., Науменко А. А., Веселова Л. К., Физическая география Казахстана. — Алматы: Қазақ университетi, 2009. — 372 с.
3. Сальников В. Г., Турулина Г. К., Полякова С. Е. Изменчивость экстремальных температур воздуха на территории Казахстана // Материалы международной научно-практической конференции «Современные тенденции и закономерности в развитии географической науки в Республике Казахстан». — Алматы, 2010. — С. 106–112. 4. Скаков А. А. Оттепели и морозы в Казахстане. — Алма-Ата: «Наука», 1984. — 175 с.
4. Долгих С. А. Мониторинг и сценарии изменения климата Республики Казахстан с учетом глобального потепления: автореф. канд.дис.геогр.наук — Алматы, 1999. — 129 с.
5. Ботамбеков Д. Н. Пространственно-статистическая структура поля температуры воздуха зимних месяцев в Северном Казахстане // Вестник КазГУ. — 2000. — Вып. 16. — С. 149–157.
6. Радченко Г. С. Крупные аномалии температуры воздуха зимой на юге Казахстана и характеристики циркуляции атмосферы // Вестник КазНУ. Серия географическая. — 2009. — Вып. 2 (29). — С. 88–91.
7. Бардин М. Ю., Платонова Т. В., Самохина О. Ф. Особенности изменчивости циклонической активности в умеренных широтах северного полушария, связанные с ведущими модами атмосферной циркуляции в Атлантико-Евразийском секторе //Фундаментальная и прикладная климатология. 2015. Т. 2. — С. 14–40.
8. Гурьянов Д. А. Роль атмосферной циркуляции в изменчивости температуры в зимний период в Санкт-Петербурге // Известия Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена. 2014. № 168. — С. 43–49.
9. Полонский А. Б., Кибальчич И. А. Циркуляционные индексы и температурный режим Восточной Европы в зимний период // Метеорология и гидрология. 2015. № 1. — С. 5–17.
10. Попова В. В., Шмакин А. Б. Циркуляционные механизмы крупномасштабных аномалий температуры воздуха зимой в Северной Евразии в конце ХХ столетия // Метеорология и гидрология. 2006. № 12. — С. 15–25.
11. Электронный ресурс: www//rp5.kz
12. https://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc/nao.shtml
13. Лакин Г. Ф. Биометрия. — М: Высшая школа. 1990. — 345 б.
14. В. Н. Малинин, С. М. Гордеева. Североатлантическое колебание и увлажнение Европейской территории России. Природная среда. — Вып. 14. — С. 17–19.
15. Cohen J. Eurasian snow cover variability and links with stratosphere-troposphere coupling and their potential use in seasonal to decadal climate predictions // Climate Test Bed Joint Seminar Series. NCEP, Camp Springs, Maryland. 2011.
16. Филандышева Л. Б. Анализ динамических вариантов структуры зимнего сезона года и их климатических характеристик на юго-западе Западно-Сибирской равнины // Вестник Томского государственного университета. 2012. Вып. 364. — С. 196–202.
17. Окишева Л. Н., Филандышева Л. Б. Временная динамика и функционирование ландшафтов Западной Сибири. Томск: Издательский Дом ТГУ, 2015. — С. 262–271.
18. В. В. Попова, В. В. Мацковский, А. Ю. Михайлов. Современные изменения климата суши внетропической зоны северного полушария. Вестник московского университета. Серия 5. География. 2018. Вып. 1. — С. 3–12.