МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби

1. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯРЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби Программа «Оценка ресурсов и прогноз использования природных вод Казахстана в условиях антропогенно и климатически обусловленных изменений» Блок 1 «Дать оценку и разработать прогноз ресурсов, режима и качества природных вод в условиях изменения климата и хозяйственной деятельности» Задание 1.1 «Оценить современные пространственно-временные тенденции изменения гидрометеорологического режима республики» Научный руководитель д.г.н. Сальников В.Г. Алматы 2012 Слайд

2. Концепция задания: Современные пространственно-временные тенденции изменения температуры воздуха, осадков и испарения определяются не только антропогенной, но и естественной составляющей. • Целевое назначение:является оценка возможных изменений основных метеорологических величин (среднемесячная температура воздуха, месячные суммы осадков, среднемесячные характеристики влажностивоздуха, испарения), сценариев их изменений и их роли в формировании водных ресурсов и водопотребления на ближайшую перспективу(20 лет). Слайд

3. Основные концепции современных климатических изменений • Версия первая: климат на Земле меняетсяпод воздействем антропогенной деятельности. • Версия вторая: глобальное потепление связано с естественными факторами. • Версия третья: при глобальном потеплении имеет место совместное влияние естественных и антропогенных факторов. Слайд

4. Современные методы моделирования регионального климата на перспективу до 30-50 лет. Сценарные оценки изменения климата для водохозяйствен-ных бассейнов Казахстана на перспективу. Создание информационной базы данных Тенденции изменения климатических индексов. температура воздуха, осадки,парциальное давление водяного пара,относительная влажность Особенности и тенденции изменения в системе ОЦА. суммарная радиация, радиационный баланс по климатическим моделям Пространственно-временное распределение температуры воздуха, осадков и испарения для различных форм атмос-ферной циркуляции. запасы влаги в метровом слое почвы по атмосферным циркуляцион-ным эпохам формы атмосферной циркуляции по внутривековым (30–45 лет) и вековым (70–90 лет) циклам климата, а также циклам с продолжительностью в 7–11 лет

5. Ранжированный ряд аномалий среднегодовых температур приземного воздуха для Казахстана Слайд

6. Распределение годового количества осадков по территории Казахстана Распределение среднегодовых значений относительной влажности воздуха (%) по территории Казахстана (1971-2000 гг.)

7. Временной ход среднемесячной температуры воздуха для Нура-Сарысуйского бассейна (зима, весна) Слайд

8. Карта-схема годового хода осадков для всехводохозяйственных бассейнов

9. В дальнейшем проводился анализ пространственно-временных особенностей температуры воздуха, осадков и относительной влажности по 8 водохозяйственным бассейнам рек в различные сезоны года. В частности оценены: • многолетний режим сезонных и годовых значений изучаемых метеорологических величин за период 1971‑2000 гг.; • многолетние тенденции сезонных и годовых значений изучаемых метеорологических величин за период 1936‑2007 гг.; • пространственные особенности их распределения. В качестве примера приведены результаты изучения основных закономерностей метеорологических величин в Нура-Сарысуйском бассейне.

10. Временной ход, 5-летние скользящие средние и линейный тренд аномалий средней годовой температуры приземного воздуха (ºС), осредненной по территории Нура-Сарысуйского водохозяйственного бассейна

11. Временной ход аномалий годовых сумм осадков по Нура-Сарысуйскому воднохозяйственному бассейну за 1971–2000 гг.

12. Межгодовой ход аномалии относительной влажности воздуха (%) относительно базового периода 1971-2000 в целом для Нура-Сарысуйского бассейна

13. Проанализированы климатические особенности факторов, определяющих процесс испарения. Прежде всего, выявлены основные закономерности внутригодового стока рек и распределение продуктивных влагозапасов в метровом слое почвы. Важной особенностью климатической системы является многообразие климатических условий. Картина региональных изменений температуры воздуха и атмосферных осадков в последние десятилетия гораздо более сложная и многообразная. Учитывая тот факт, что формирование режима погоды и как следствие климатических особенностей той или иной территории происходит в значительной степени под воздействием особенностей ОЦА, на наш взгляд, крайне необходимо изучать климатические особенности смены режимов ОЦА или смену эпох ОЦА и на этой основе также попытаться понять, в каком направлении будет развиваться климатическая система.

14. Региональные модели отличаются от глобальных в 5–10 раз более высоким разрешением, что позволяет более достоверно воспроизводить пространственно-временные вариации региональной температуры и осадков, а также экстремальные климатические явления. Современные РКМ имеют горизонтальное разрешение порядка 10 км и размеры модельных областей вплоть до субконтинентальных. Эти модели повышают качество расчетов климата вследствие более реалистичного представления неоднородностей подстилающей поверхности.

15. Оптимальный путь для решения поставленной задачи (прогноз изменения климата для территории Казахстана на ближайшую перспективу) сценарии: В1, А1В, А2 Модель PRECIS Ансамблевый подход PRECIS (Providing Regional Climate for Impacts Studies) – система моделирования регионального климата для оценки воздействия. Разработана в Центре Гадлея Метеобюро Соединенного Королевства Великобритании при финансовой поддержке Министерства охраны окружающей среды Великобритании (DEFRA), Министерство Международного развития(DFID), Программы развития ООН (UNDP). использование МОЦАО (выбрано 16 моделей) 2011-2030 гг. шаг сетки 2,5ºх2,5º

16. Над северными районами Казахстана МОЦАО занижают среднюю годовую температуру на 1 °С (на 2 °С в районе казахстанского Алтая). Наиболее заметной систематической погрешностью является занижение температуры в холодный период. Ансамбль моделей CMIP3 реалистично воспроизводит основные крупномасштабные характеристики осадков. На большей части территории Казахстана смоделированное количество осадков выше на 0,5 мм/сутки, но в северных и восточных районах, наоборот, ниже на 0,5 мм/сутки, местами на 1,5 мм/сутки. Интерпретировать полученные ошибки достаточно сложно, учитывая их большую пространственную изменчивость.

17. Климатический архив CRU • Архив CRU TS 2.1 разработан и поддерживается в Тиндал центре университета Восточной Англии. Данный архив создан для оценки климатических изменений и связанных с ними изменений окружающей среды • Характеристики архива: • содержит среднемесячные климатические характеристики за период 1901-2002 гг. • охватывает территорию всех континентов земного шара с разрешением 0,5 градусов • содержит климатические характеристики облачности, температуры воздуха, количества осадков, приземного давления, скорости ветра • При построении сеточного архива CRUбыл использован метод пространственной интерполяции. • Значения приведены к высотам узлов сетки, которые заданы топографической моделью земной поверхности. • Пример структуры базы данных CRU для одной климатической характеристики: Заголовок Tyndall Centre file created by Tim Mitchell on 03.04.2001 at 14:00 .cld = cloud cover (percentage) 0.5deg clim6190 ->lan [Long=-180.00, 180.00] [Lati= -90.00, 90.00] [Grid X,Y= 720, 360] [Boxes= 67420] [Years=1990-1990] [Multi= 0.1000] [Missing=-999] Пример представления индивидуальной ячейки сетки для одного года Grid-ref= 1, 148 720 750 750 700 630 600 610 610 660 670 710 720

18. Климатический архив CRU для территории Казахстана • Изучена и описана структура архива CRU • Сформирован макет выходных данных • Скачаны глобальные данные архива CRU по климатическим характеристикам: месячная сумма осадков, среднемесячная температура воздуха, среднемесячные значения парциального давления за период 1961-1990 гг. • Сформированы для территории Казахстана и прилегающих районов (42° с.ш. – 56° с.ш.; 50° в.д. - 86°в.д.) данные по климатическим характеристикам: месячная сумма осадков, среднемесячная температура воздуха, среднемесячные значения парциального давления водяного пара за период 1961-1980 гг. • Массив данных для одной характеристики за один месяц одного года состоит из 2117 значений. • Структура макета выходных данных, описывающих территорию Казахстана на примере температуры воздуха

19. Исследование частоты экстремальных климатических явлений – одна из наиболее важных проблем в изучении изменения климата. Для характеристики изменчивости экстремальности температурного режима использовалось число жарких дней, когда суточный максимум температуры воздуха выше 25 0С; число дней с сильным морозом, когда суточный максимум ниже 0 0С; абсолютный максимум и абсолютный минимум температуры воздуха за каждый месяц. В качестве индексов климатических экстремумов использовалась максимальная продолжительность сухого и дождливого периода, максимальное количество суточной суммы осадков в месяце, а также количество суток в году, когда суточная сумма осадков была  10 мм.

20. МС Алматы МС Астана а) а) Изменчивость экстремальности температурного режима с 1936 по 2006 гг б) б) а) – абсолютный минимум; б) – число дней с сильным морозом Наблюдается положительный тренд в повышении абсолютных минимумов температуры воздуха и в уменьшении числа дней с сильным морозом.

21. Изменчивость экстремальности температурного режима с 1936 по 2006 гг МС Алматы МС Астана а) а) б) б) а) –абсолютный максимум; б) – число жарких дней На большей части территории период отмечается повышение числа дней с высокими температурами,за исключением Ишимского и Урало-Каспийского водохозяйственного бассейнов, где не наблюдается тенденции роста экстремальности, связанной с высокими температурами.

22. МС Алматы МС Астана Максимальная продолжительность дождливого периода 1936–2006 гг • Максимальное количество суточной суммы осадков за год МС Алматы МС Астана

23. (1) Для расчета испарения с водной поверхности (Е, мм) при наличии данных метеорологических наблюдений над поверхностью водоема (fоз = 5–40 км2) рекомендуется использовать формулу: где e0 – давление насыщенного водяного пара, вычисленное по температуре поверхности воды, гПа; e200 – парциальное давление водяного пара над водоемом на высоте 200 см, гПа; U200 – средняя скорость ветра над водоемом на высоте 200 см, м/с; n – число суток в расчетном периоде. Браславским А.П. была усовершенствована данная формула с использованием коэффициента испарения, зависящего от вынужденной и свободной конвекции (КС) Для расчета потенциальной эвапотранспирацииприменяется модифицированная формула Н.Н. Иванова: где kt – энергетический (температурный) фактор учитывающий нелинейность связи испарения с дефицитом влажности воздуха; f(V) – ветровая функция; d – дефицит влажности воздуха, гПа. (2) (3)

24. За последние годы потепление климата способствовало повышению интенсивности испарения с водной поверхности на территории Казахстана, что наглядно демонстрируют систематизированные данные по станции Жезказган, где в теплый период года испарение возросло на 30–120 %. В горах на абсолютной высоте 2500 м в летний период режим интенсивности испарения с водной поверхности (станция Большое Алматинское Озеро) сохраняется на одном уровне (минус 50 %), т.е. ниже (пропорционально на половину величины), чем соответствующее испарение с Аральского моря. Это позволяет сделать заключение, что данные испарительного бассейн (20 м2) станции БАО репрезентативны для климатических условий горных районов, а внутригодовое распределение интенсивности испарения с Аральского моря – репрезентативно для равнинной территории Казахстана (с величиной погрешности равной соответствующей линии 12).

25. Атмосферная циркуляция формирует пространственную структуру полей температуры и осадков вследствие перераспределения тепла и влаги атмосферными течениями. Долгопериодные изменения в системе атмосфера-океан-суша вызывают изменения в структуре крупномасштабной циркуляции, которые, в свою очередь, проявляются в региональных особенностях изменения климата и естественной климатической изменчивости. Этим определяется важность анализа атмосферной циркуляции и ее изменений для понимания региональных изменений климата.

26. В данной работе в качестве индексов атмосферной циркуляции использовались формы циркуляции Г.Я. Вангенгейма. Каталоги этих форм циркуляции непрерывно ведутся в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте многие десятилетия. Данные о формах циркуляции за каждый день имеются с 1891 г. по настоящее время.

27. Календарь эпох циркуляции атмосферы согласно М.Х. Байдала, А.А.Дмитриева и В.А. Белязо

28. В результате всестороннего анализа получены выводы: • Во второй половине первою десятилетия XXI века на ветви спада нечетного 11-летнего цикла солнечной активности ожидается преобладание формы W циркуляции. • Во втором десятилетии можно ожидать увеличением повторяемости формы Е циркуляции в связи с развитием четного 11-летнего цикла солнечной активности. • В третьем десятилетии века есть основания ожидать преобладание формы С циркуляции. Аналогичная ситуация наблюдалась в 1920 и 1967 гг. • В четвертом десятилетии века на фоне максимума векового цикла (2040 г.) ожидается увеличения меридиональных форм Е+С циркуляции. • В пятом десятилетии века на фоне начала спада векового цикла солнечной активности ожидается также преобладание меридиональных форм атмосферной циркуляции. Направленность этого процесса усугубляется еще и тем, что данный период совпадает с нечетным 11-летним циклом. • В шестом, десятилетии века можно ожидать чередования форм циркуляции, но все же при некотором преобладании западной (W) формы. • В седьмом десятилетии будет наблюдаться пониженный уровень солнечной активности в вековом цикле, уменьшение межширотного обмена (преобладание формы W циркуляции). • В последние три десятилетия ожидаются есть основания ожидать преобладания формы W циркуляции. Для примера представлены особенности распределения температуры воздуха и атмосферных осадков для формы атмосферной циркуляции Е.

29. Аномалии температуры воздуха (°С) для формы циркуляции Еа) – зима, б) – весна, в) – лето, г) – осень а) б) в) г)

30. Аномалии месячных сумм осадков (%)для формы циркуляции Еа) – зима, б) – весна, в) – лето, г) – осень а) б) в) г)

34. Благодарю за внимание. Слайд