ИСТИНА

Региональные и частотно-временные особенности климатических аномалий в бассейнах Волги и Северной Двины в период потепления середины ХХ века (1910-1950 гг.), их вклад в аномалии речного стока 1920-1940-х гг. и связь с крупномасштабной атмосферной циркуляцией, глобальными изменениями климата и внутренней климатической изменчивостью. Исследование значимых для формирования речного стока климатических характеристик и крупномасштабной атмосферной циркуляции в крупных речных бассейнах Европейской России (ЕР) в периоды подъема и беспрецедентного падения годового стока Северной Двины и Волги в 20-40-х гг. прошлого столетия (о чем свидетельствуют имеющиеся с 1882 г. данные наблюдений) позволит установить циркуляционные и климатические условия подобных аномалий и дать заключение о возможности повторения аналогов таких событий в будущем. Крупномасштабный речной сток интегрирует климатические аномалии на обширных пространствах, являясь по сути индикатором климатических изменений, свидетельствует об уникальности указанного периода, выраженной в структуре многолетней изменчивости и масштабе аномалий, аналогов которых не наблюдалось вплоть до настоящего времени. Результаты предлагаемого исследования будут иметь фундаментальное значение для изучения аномалий регионального климата и их связи с глобальными климатическими изменениями и внутренней климатической изменчивостью в эпоху потепления середины ХХ века (ПСДВ). Особое внимание будет уделено роли сокращения площади ледяного покрова арктических морей евразийского сектора в формировании циркуляционных условий аномалий температуры и осадков в бассейнах Северной Двины и Волги в этот период. Важным результатом проекта будет заключение о вероятности подобных событий – аналогов рассматриваемых климатических аномалий, в второй половине XXI века. Практическим результатом может стать оценка способности реанализов ХХ-го столетия воспроизводить региональные особенности климатических изменений. В рамках проекта предусматривается решение следующих задач. - Выявление особенностей многолетних изменений климата Европейской России в бассейнах Северной Двины и Волги в первой половине ХХ века по данным реанализов ХХ столетия, а также имеющихся сеточных архивов данных инструментальных наблюдений, включая региональную и частотно-временную структуру климатических показателей. - Анализ изменчивости полей высоты геопотенциала 500 гПа и мод океанической и циркуляционной изменчивости для выявления аномалий атмосферной циркуляции и факторов внутренней климатической изменчивости, ответственных за формирование аномалий значимых для увлажнения и речного стока климатических характеристик в бассейнах Волги и Северной Двины в первой половине ХХ века. - Оценка вклада изменений площади ледяного покрова арктических морей евразийского сектора в аномалии крупномасштабной циркуляции и показателей увлажнения Европейской России в 1920-1940 гг. - Количественные оценки вклада значимых для увлажнения климатических факторов в изменчивость стока Северной Двины и Волги в период потепления середины ХХ века. Выявление климатических факторов формирования экстремумов и резкого падения стока Волги и Северной Двины в 1920-1940 гг.; оценки неопределенности описания режима тепло- влагообеспеченности в их бассейнах данными реанализов ХХ столетия, с применением расчетов стока на гидрологической и статистической регрессионной моделях. - Вероятные аналоги климатических условий 1920-1940 гг. в бассейнах Северной Двины и Волги в современных и прогнозируемых изменениях климата и крупномасштабной атмосферной циркуляции во второй половине XXI века по результатам анализа данных климатических моделей CMIP6

Analysis of regional climate anomalies and the mechanisms of large-scale atmospheric circulation forming them during the Early 20th century warming period (ETCW) makes it possible to study the role of natural internal climate variability and its factors, in particular, the reduction of the Arctic sea ice area and the likelihood of similar events in the future along with the anthropogenic warming of the climate. In this context, it is of particular importance to study rare or unique climatic events associated with risks to the environment and society, and assess the likely recurrence of their analogues in the future. The project is aimed to study the regional and time-frequency features of climate anomalies in the Volga and Northern Dvina basins during the ETCW period (1910-1950), their contribution to river runoff anomalies in the 1920s and 1940s, and links to large-scale atmospheric circulation, global climate changes and internal climate variability. The analysis of climate characteristics and large-scale atmospheric circulation in the large river basins of European Russia (ER) that are significant for the formation of river runoff during the periods of rise and unprecedented fall of the annual runoff of the Northern Dvina and Volga in the 1920s and 1940s of the last century (as evidenced by the observational data available since 1882) will allow to establish the circulation and climate conditions of such anomalies and to determine the possibility of such events recurrence in the future. Large-scale river runoff integrates climate anomalies over vast areas, being essentially an indicator of climate change, testifies to the uniqueness of this period, expressed in the structure of long-term variability and the scale of anomalies, which analogues have not been observed until the latter period. The project provides for the solution of a number of tasks: - Identification of the features of ER long-term climate changes in the basins of the Northern Dvina and Volga in the first half of the 20th century according to the data of 20th century reanalysis, as well as the available grid archives of instrumental observations. - Analysis of the large-scale atmospheric circulation anomalies and factors of internal climate variability responsible for the formation of climate characteristics anomalies significant for humidification and river runoff in the Volga and Northern Dvina basins during the ETCW period. - Assessment of the contribution of changes in the Arctic Eurasian sector seas ice cover area to the anomalies of large-scale circulation and moisture indicators of ER in 1920-1940s. - Obtaining quantitative assessments of the climate factors contribution to the variability of the Northern Dvina and Volga rivers runoff during the ETCW period. Climate factors that influence the formation of the runoff extremes and sharp drop of the Volga and Northern Dvina in 1920-1940 and the description uncertainty estimation of the heat and moisture supply regime in its basins by the data of the 20th century reanalysis, using calculations on hydrological and regression models. - Identification of possible analogues of the 1920-1940 climate conditions in the basins of the Northern Dvina and Volga rivers in the current and projected climate changes and large-scale atmospheric circulation in the second half of the XXI century based on the results of the climate models CMIP6 data analysis Low density and quality of observational data in this period will be overcome by using data of 20th-century reanalyses with estimation of their ability to reproduce available long timeseries of instrumental observational data within the studied area. In order to solve the tasks of project, we plan to use various methodological approaches, including modern methods of analysis of big data, methods of multivariate statistics, harmonic analysis, etc., applied to study climate and atmospheric circulation changes and their contribution to the variability of large-scale river runoff in northern Eurasia in the late 20th and early 21st centuries.

Будет получено подробное описание региональной и частотно-временной структуры изменчивости климатических характеристик на водосборах Волги и Северной Двины в первой половине ХХ века (1910-1950 гг.), с анализом значимых для увлажнения и речного стока аномалий 1920-1940 гг., включая статистические параметры и вероятностные оценки. Предусматривается оценка роли крупномасштабной циркуляции и внутренней климатической изменчивости с количественными оценками вклада аномалий высоты геопотенциала 500 гПа, а также вариации климатических и циркуляционных мод, в формирование климатических аномалий климатических характеристик 1920-1940 гг. Будут получены количественные оценки вклада аномалий арктического морского льда в изменчивость крупномасштабной атмосферной циркуляции. Предусматривается сопоставление с опубликованными результатами подобного анализа, выполненного для конца ХХ – начала XXI вв. Обобщение результатов проекта. Заключение о климатических экстремумах Европейской России в период потепления середины ХХ века и условиях их формирования. Описание особенностей региональной и частотно-временной структуры значимых для увлажнения и речного стока климатических показателей и циркуляционных условий формирования температурных экстремумов и аномального падения стока и маловодья Волги Северной Двины. Роль крупномасштабной циркуляции, факторов внутренней климатической изменчивости, включая температуру поверхности Северной Атлантики и изменения площади ледяного покрова Баренцева, Карского, количественные оценки их вклада в изменчивость летних аномалий температуры на Восточно-Европейской равнине. Заключение о вероятной повторяемости аналогов рассматриваемых событий 1920-1940 гг. во второй половине XXI века по данным моделей CMIP6 для разных сценариев климатических изменений. Статьи в журналах, (WoS, Scopus, РИНЦ), доклады на всероссийских и международных конференциях.

Выполнен анализ пространственной структуры потепления середины ХХ века (ПСДВ) для треx климатическиx периодов – потепления середины XX века, последующего поxолодания и современного потепления (Bokuchava, Semenov; 2018). На основе анализа эмпирических ортогональных функций высоты геопотенциала 500 гПа установлена региональная структура крупномасштабной атмосферной циркуляции и основныx центров действия атмосферы в СП во внетропическиx широтаx СП в период ПСДВ (Bokuchava, Semenov, Popova, 2019; Popova, Bokuchava, 2019). Получены оценки вклада основныx индексов естественной изменчивости – AMO, PDO, NAO и PNA, в долгопериодные вариации приземной температуры зимнего сезона в Арктике. Исследованы региональные особенности изменения площади морских льдов в арктических морях. Проведен анализ связи площади морского льда с приземной температурой над сушей Северного полушария, установлена связь с удалёнными от морей областями (Матвеева и др., 2020). Разработаны методические подходы диагноза структуры климатической изменчивости и крупномасштабной циркуляции, а также факторов колебаний речного стока, в том числе: - для регионализации изменений климатических характеристик, позволяющая выделять районы их естественной связанности и основные типы многолетних изменений; реализована для толщины снежного покрова, температуры и атмосферных осадков (Popova, 2007; Попова, 2009; Попова и др. 2015, Попова, 2021); - для оценки сравнительного вклада мод атмосферной циркуляции в формирование климатических аномалий и обоснования их временных вариаций; а также получения сравнительных оценок вклада климатических факторов в изменчивость речного стока. Установлены основные закономерности пространственного распределения и повторяемости аномалий значимых для речного стока климатических характеристик, установить их связь с крупномасштабной атмосферной циркуляцией и глобальным потеплением (Popova, 2007; Попова, 2014; Попова и др. 2018; Попова, 2018; Vihma, ..., Popova, …, et al., 2016).

Обобщение результатов проекта позволит получить новые знания об аномалиях климата Европейской России (ЕР) в период потепления середины ХХ века. - Будет дано подробное описание региональной и частотно-временной структуры изменчивости климатических характеристик территории ЕР и водосборах Волги и Северной Двины в первой половине ХХ века. - Предусматривается получение оценок пространственных масштабов и интенсивности значимых для увлажнения и речного стока климатических аномалий 1920-1940 гг., а также количественных оценок их вклада в формирование экстремумов, аномального падения стока и маловодья Волги и Северной Двины в 1920-1940 гг. - Будет дана оценка роли крупномасштабной циркуляции и факторов внутренней климатической изменчивости в формирование значимых для увлажнения и речного стока аномалий климатических характеристик в бассейнах Волги и Северной Двины. - Планируется описание региональной и частотно-временной структуры изменчивости крупномасштабной циркуляции и получить количественные оценки вклада сокращения арктического морского льда в формирование аномалий циркуляции, контролирующих территорию ЕР в период ПСДВ. - Будет дано заключение о вероятной повторяемости аналогов рассматриваемых событий 1920-1940 гг. во второй половине XXI века по данным моделей CMIP6 для разных сценариев климатических изменений.