ИСТИНА

Резкое потепление летнего сезона (с 1980-1990 гг.) с участившимися температурными экстремумами на ЕТР и в Сибири, а также продолжительная пауза в зимнем потеплении (с середины 1990-х до 2014г. гг.), делают весьма актуальной проблему влияния таких событий на увлажнение крупных водосборов и речной сток. Чувствительность оценок трендов к масштабам осреднения, а также известные неоднородности в рядах осадков, требуют выявления естественных пространственных и временных границ их направленных тенденций с привлечением данных из разных источников. Целью проекта является изучение закономерностей пространственного и временного распределения трендов температуры и осадков для получения достоверных оценок изменений увлажнения в крупных речных бассейнах на территории России и их вклада в колебания речного стока в условиях современного глобального потепления. Планируется выявление характерных периодов и пространственного распределения направленных тенденций изменений основных факторов стока (осадков, аккумуляции и водного эквивалента снега (ВЭС), температуры летнего и осеннего сезонов) в бассейнах Северной Двины, Волги и Оби. Предусматривается получение сравнительных количественных оценок вклада колебаний осадков (жидких и твердых) и ВЭС в изменчивость стока крупных речных бассейнов и его вариации в разные фазы современного глобального потепления. Планируется применение диагностических методов с применением многомерного статистического анализа (разложение по эмпирическим ортогональным функциям, множественный регрессионный анализ и пр.), а также моделирования стока и локального тепловлагообмена. Будут проведены эксперименты по моделированию стока Северной Двины для выявления вклада жидких и твердых осадков в современные изменения стока (включая его рост в 1970-1990-е и сокращение с середины 1990-х гг.). Также предусматривается применение модели локального тепловлагообмена для получения данных о ВЭС высокого пространственного разрешения, позволяющих повысить качество описания этого параметра в труднодоступных районах. Сопоставление оценок, полученных на основе данных об осадках из разных источников, позволит дать заключение о возможностях и ограничениях данных наблюдений и реанализа, выявить наиболее значимые для увлажнения крупных речных бассейнов тенденции температуры и осадков, а также получить количественные оценки их вклада в колебания речного стока на разных этапах современного потепления. Полученные результаты будут представлять интерес для изучения механизмов влияния климатических изменений на речной сток и могут быть использованы при разработке прогноза региональных тенденций увлажнения и изменений речного стока обширных водосборов на территории России.

В результате выполнения проекта впервые будет получена картина регионального и временного распределения современных трендов наиболее значимых для увлажнения и формирования речного стока метеопараметров – температуры летнего и осеннего сезона, жидких и твердых осадков, а также ВЭС в бассейнах Северной Двины, Волги и Оби, основанная на анализе данных из разных источников с применением объективных методов. Впервые будут представлены количественные оценки вклада твердых и жидких осадков, а также ВЭС и температуры (летнего и осеннего сезонов) в изменчивость годового стока, полученные путем применения статистических методов и моделирования стока. Эти оценки позволят дать обоснованное заключение о роли современных изменений климата в изменениях годового стока исследуемых рек. Предусматривается детализация таких оценок для долгопериодной (более 10 лет) и высокочастотной (межгодовой) составляющей изменений стока и их сравнение для осадков и ВЭС из разных источников. Для Северной Двины планируется получение таких оценок как статистическими методами, так и по результатам модельных экспериментов, что будет способствовать более глубокому пониманию механизмов формирования речного стока в период современного потепления и связанных с ним изменений соотношения твердых и жидких осадков в годовых суммах. Сопоставление оценок, полученных на основе данных об осадках и ВЭС из разных источников, позволит дать заключение о наиболее значимых тенденциях температуры и осадков и их роли в увлажнении крупных речных бассейнов, а также возможностях и ограничениях данных наблюдений и реанализа. Результатом выполнения проекта также станет реализация оригинальной методики получения данных высокого пространственного разрешения на основе реанализа с применением модели локального тепло влагообмена SPONSOR. Ее реализация позволит получить базы данных характеристик осадков и ВЭС с высоким пространственным (менее 0. 75°х0. 75°) и временным (менее суток) разрешением, которые дадут возможность существенно увеличить достоверность оценок изменения увлажнения и стока в речных бассейнах на севере Евразии в условиях меняющегося климата. Эффективность этой методики будет оцениваться по результатам оценки вклада ВЭС, выполненных на основе полученных детализированных данных, в изменения годового стока Оби. Полученные результаты позволят уменьшить неопределенности в оценках современных тенденций увлажнения и могут быть использованы при разработке прогноза региональных тенденций увлажнения и изменений речного стока обширных водосборов на территории России. Результаты будут представлены в виде карт-схем, таблиц и диаграмм. По итогам проекта планируется серия публикаций.

Разработана методика изучения региональной структуры изменчивости метеопараметров (в частности, температуры, осадков и толщины снежного покрова) на основе анализа эмпирических ортогональных функций и выявления районов, однородных по характеру колебаний указанных параметров. В применении к температуре летнего сезона (1950-2005 гг.) эта методика (Попова, Шмакин, 2010; Попова, 2009) позволила впервые выявить основные закономерности летней температуры на территории России и выполнить районирование территории России по характеру изменчивости летней температуры (Попова, 2009). Впервые проведен анализ данных о зимней аккумуляции снега на территории России из разных источников, включающих наземные наблюдения за толщиной снежного покрова на метеостанциях и водным эквивалентом снега (ВЭС) по данным маршрутной съемки, а также ВЭС по данным реанализа и спутниковых измерений (Попова и др., 2015). Выполнено районирование Северной Евразии по характеру колебаний высоты снежного покрова. Разработана методика оценки вклада факторов стока в его межгодовую и многолетнюю изменчивость с применением метода множественной пошаговой регрессии, получены сравнительные оценки вклада снегозапасов и жидких осадков в изменение годового стока рек Енисей, Лена, Обь и Северная Двина во второй половине ХХ в. Проведено исследование современных и будущих изменений стока крупнейших речных бассейнов (Лена, Волга, Дон), различающихся по природным условиями и уровню антропогенной нагрузки (Георгиади и др., 2011, 2014). Для получения достоверных оценок изменений речного стока проведено восстановления естественной изменчивости стока крупнейших речных бассейнов (Волга, Обь, Енисей, Лена). В распоряжении участников предлагаемого проекта имеется разработанная в лаборатории климатологии методика расчетов пространственных характеристик снежного покрова и почвы с использованием модели локального тепловлагообмена на суше SPONSOR, позволяющая получить более точные оценки по сравнению с данными реанализов.