Влияние погрешности в измерениях снегопадов на суммы атмосферных осадков и их тренды по Северной Евразии

В статье анализируются результаты применения методики полной корректировки срочных осадков относительно станционных данных по осадкам бывшего СССР с приоритетом на территорию России, для которой временные ряды дополнены по 2010 г. Эти результаты сравниваются с измеренными показаниями осадкомеров на тех же станциях, что позволяет оценить различия в средних значениях (климатологии) и систематических изменениях (трендах) осадков по территории бывшего СССР (Российской Федерации).

Показано, что измеренные и откорректированные среднегодовые осадки для территории бывшего СССР различаются на 7–15% в южных районах СССР, на 15–20% на большей части России и на 25–35% в открытых ветрам степях Северного Казахстана и на побережье Северного Ледовитого и Тихого океанов, причём везде откорректированные годовые осадки выше измеренных. Несмотря на то, что в сезонном ходе зимние осадки (особенно в Сибири) невелики, относительные изменения между откорректированными и наблюдёнными зимними осадками на большей части территории Российской Федерации максимальны и могут достигать 100% на открытых ветру метеорологических площадках.

Показано, что заключения об изменениях осадков в холодный период года по России, сделанные на основе исправленных рядов атмосферных осадков, отличаются от выводов, базирую­щихся на анализе официально поступающих в мировую сеть метеорологических данных. Когда все источники неоднородности рядов устранены и учтено влияние всех факторов, прямо не связанных с процессом осадкообразования, статистически значимый рост сумм осадков в холодный период года на большей части Российской Федерации не наблюдается, а в арктических регионах Сибири и Дальнего Востока суммы осадков заметно уменьшаются.

Делается вывод, что практически на всей территории Российской Федерации со временем поправки к измеренным осадкам уменьшаются. Так, на картах разностей поправок (откорректированные минус наблюдённые осадки) между периодами с 1985 по 2010 г. и с 1958 по 1984 г. число отрицательных разностей намного превышает число положительных разностей. Среди причин такого уменьшения поправок – потеп­ление климата в переходные сезоны, скачок в наблюдённых осадках в 1966 г., вызванный введением поправок на смачивание, и ослабление зимних скоростей ветра в Арктике.

1. Alisov B.P. Klimat SSSR. Climate of the USSR. Moscow: Moscow State University, 1956: 127 p. [In Russian].

2. Baranova A.A., Golod M.P., Meshcherskaya A.V. Changes of graduated wind velocities at the Russian territory during the second half of XX century. Trudy GGO. Proc. of the Main Geophysical Observatory. 2006, 556: 116–138. [In Russian].

3. Bogdanova E.G., Golubev V.S., Il’in B.M., Dragomilova I.V. New model for correction of measured precipitation and its application for Polar Regions of Russian Federation. Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrology. 2002, 10: 68–93. [In Russian].

4. Bogdanova E.G., Il’in B.M., Gavrilova S.Yu. Modern methods for correction of measured precipitation and results of its application in Polar Regions of Russia and North America. Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrology. 2007, 4: 21–34. [In Russian].

5. Bogdanova E.G., Gavrilova S.Yu. Removal of heterogeneity in the time series of precipitation induced by changes of rain gauge with Nifer protection for the Tret’yakov rain gauge. Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrology. 2008, 8: 87–102. [In Russian].

6. Bogdanova E.G., Gavrilova S.Yu., Il’in B.M. Temporal changing of atmospheric precipitation at the Russian territory according to the corrected data for the period 1936–2000. Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrology. 2010, 10: 78–89. [In Russian].

7. Bulygina O.N., Korshunova N.N., Razuvaev V.N. Changing of wind regime at the territory of Russia for the last decades. Trudy GGO. Proc. of the Main Geophysical Observatory. 2013, 568: 156–172 [available at: http://voeikovmgo.ru/images/stories/publications/568.pdf]. [In Russian].

8. Vannari P.I. The net of meteorological stations in Russia and other countries. Sankt-Petersburg, 1911, 47: 51–64. [In Russian].

9. Golubev V.S., Konovalov D.A., Simonenko A.Yu., Tovmach Yu.V. Correction of precipitation measuring and evaluation their quality according to the data of Valdai hydrological station. Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrology. 1999, 1: 103–113. [In Russian].

10. Golubev V.S., Konovalov D.A., Bogdanova E.G., Il’in B.M. Complete model of correction the rain gauge data; method and algorithm of evaluation the systematic composition of mistake. WMO. Report № 74. WMO/TD. 2000, 1028: 136–139.

11. Doklad ob osobennostyakh klimata na territorii Rossiyskoy Federatsii. Report on climate peculiarities at the territory of Russian Federation in 2012 (chapter “Snow cover in the winter 2011/12”). Moscow: Roshydromet, 2013: 32–41. [In Russian].

12. Meshcherskaya A.V., Eremin V.V., Baranova A.A., Maistrova V.V. Changing of wind velocity at the Russian North in the second half of XX century according to surface and aerology data. Meteorologiya i gidrologiya. Meteorology and Hydrology. 2006, 9: 46–58. [In Russian].

13. Mirovoy vodnyi balans i vodnye resursy Zemli. World water balance and Earth water resources. Ed. V.I. Korzun. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1974: 638 p. [In Russian].

14. Ostenochnyi doklad ob izmeneniyakh klimata i ikh posledstviyakh na territorii Rossiyskoy Federatsii. Evaluation report about climate changes and sequences at the territory of Russian Federation. V. 1. Climate changing. Moscow: Roshydromet, 2008: 227 p. [In Russian].

15. Shver Ts.A. Atmosfernye osadki na territirii SSSR. Precipitation at the USSR territory. Leningrad: Gidrometeoizdat. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1976: 302 p. [In Russian].

16. Arctic Climate Impact Assessment (ACIA), Chapter 2 «Arctic Climate System and its Global Role». Arctic Climate Impact Assessment, «Impact of a Warming Arctic», Cambridge University Press, 2005: 144 p.

17. Bogdanova E.G, Ilyin B.M., Dragomilova I.V. Application of a comprehensive bias correction model to precipitation measured at Russian North Pole drifting stations. Journ. of Hydrometeorol. 2002, 3: 700–713.

18. Bulygina O.N., Groisman P.Ya., Razuvaev V.N., Korshunova N.N. Changes of snow cover characteristics over the Russian Federation since 1966. Environmental Research Letters. 2011, 6. 045204 (10 pp). doi:10.1088/1748-9326/6/4/045204.

19. Bulygina O.N., Veselov V.M., Razuvaev V.N., Aleksandrova T.M.. Dataset of hourly meteorological variables observed at the Russian meteorological network, 2012: http://meteo.ru/english/climate/descrip12.htm or http://meteo.ru/data/163-basic-parameters

20. Callaghan T.V., Johansson М., Brown R.D., Groisman P.Ya., Labba N., Radionov V.V, Barry R., Bulygina O.N., Essery R.I.H., Frolov D., Golubev V.N., Grenfell T., Petrushina M., Razuvaev V.N., Robinson D.A., Romanov P., Shindell D., Shmakin A.B., Sokratov S., Warren S., Yang D. The changing face of Arctic snow cover: A synthesis of observed and projected changes. Ambio. 2011, 40. Suppl. 1: 17–31.

21. Callaghan T.V., Johansson M., Brown R.D., Groisman P.Ya., Labba N, Radionov V.V., Bradley R.S., Blangy S., Bulygina O.N., Christensen T., Colman J.E., Essery R.L.H., Forbes B.C., Forchhammer M.C., Golubev V.N., Honrath R.E., Juday G.P., Meshcherskaya A.V., Phoenix G.K., Pomeroy J., Rautio A., Robinson D.A., Schmidt N.M., Serreze M.C., Shevchenko V.P., Shiklomanov A.I., Shmakin A.B., Skold P., Sturm M., Woo M., Wood E.F. Multiple effects of changes in Arctic snow cover. Ambio. 2011; 40. Suppl. 1: 32–45.

22. Førland E.J., Hanssen-Bauer I. Increased precipitation in the Norwegian Arctic: True or false? Climate Change. 2000, 46: 485–509.

23. Goodison B.E., Louie P.Y.T., Yang D. WMO solid precipitation intercomparison. Final Report. World Meteorol. Organ., Instruments and Observing Methods Rep. 67, WMO/TD 872, 1998. 87 p. + Annexes.

24. Groisman P.Ya., Rankova E.Ya. Precipitation trends over the Russian permafrost-free zone: removing the artifacts of pre-processing. Internat. Journ. of Climatology. 2001; 21: 657–678.

25. Groisman P.Ya., Barker H.P. Homogeneous blended wind data over the contiguous Unites States. Proc. of the 13th AMS Conference on Applied Climatology, 13–16 May 2002, Portland, Oregon, JP1. № 30.

26. Groisman P.Ya., Sherstyukov B.G, Razuvaev V.N., Knight R.W., Enloe J.G., Stroumentova N.S., Whitfield P.H., Førland E., Hannsen-Bauer I., Tuomenvirta H., Aleksandersson H., Mescherskaya A.V., Karl T.R. Potential forest fire danger over Northern Eurasia: Changes during the 20th century. Global and Planetary Change. 2007, 56 (3–4): 371–386.

27. Groisman P.Ya., Soja A.J. Ongoing climatic change in Northern Eurasia: Justification for expedient research. Environmental Research Letters. 2009, 4. doi:10.1088/1748-9326/4/4/045002 (7 p.).

28. Groisman P.Ya., Knight R.W., Zolina O.G. Recent trends in regional and global extreme precipitation patterns. Chapter 5.03. Climate Vulnerability: Understanding and Addressing Threats to Essential Resources. 2013; 5. Vulnerability of Water Resources to Climate. Eds.: R. Pielke, Sr. F. Hossain. Elsevier Publishing House: 25–55.

29. IPCC 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds.: S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B.M. Tignor and H.L. Miller. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY. 996 p.

30. IPCC, 2013: Summary for Policymakers. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds. T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY. 27 р.

31. Karl T.R., Quayle R.G., Groisman P.Ya. Detecting climate variations and change: new challenges for observing and data management systems. Journ. of Climate. 1993, 6: 1481–1494.

32. Lugina K M,, Groisman P.Ya,, Vinnikov K.Ya., Koknaeva V.V., Speranskaya N.A. Monthly surface air temperature time series area-averaged over the 30-degree latitudinal belts of the globe, 1881–2007. Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center Oak Ridge National Laboratory U.S. Department of Energy Oak Ridge Tennessee USA. 2007. [Available at: http://cdiac.ornl.gov/trends/temp/lugina/lugina.html]

33. Manabe S., Wetherald R.T., Milly P.C.D., Delworth T.L., Stouffer R.J. Century-scale change in water availability: CO2 – quadrupling experiment. Climate Change. 2004, 64: 59–76.

34. Meshcherskaya A.V., Blazhevich V.G. The drought and excessive moisture indices in a historical perspective in the principal grain-producing regions of the former Soviet Union. Journ. of Climate. 1997, 10: 2670–2682.

35. National Climatic Data Center (NCDC). TD-9813 Daily and Sub-daily Precipitation for the Former USSR. Data Set 9813. 2005. Description is available at http://www.ncdc.noaa.gov/doclib/].

36. National Climatic Data Center (NCDC). TD-9290c Global Synoptic Climatology Network. C. The former USSR. Data Set 9290c. 2005. Description is available at http://www.ncdc.noaa.gov/doclib/].

37. Sevruk B. Methods of correction for systematic error in point precipitation measurement for operational use. World Meteorol. Org., Operational Hydrol. Rep. WMO 589. 1982, 21: 91 p.

38. Tilinina N., Gulev S., Rudeva I., Koltermann P. Comparing cyclone life cycle characteristics and their interannual variability in different reanalyses. Journ. of Climate. 2013, 26: 6419–6437. doi:10.1175/JCLI-D-12-00777.1.

39. Trenberth K.E. Changes in precipitation with climate change. Climate Research. 2011, 47: 123–138. doi:10.3354/cr00953.

40. Trenberth K.E., Dai A., van der Schrier G., Jones P.D., Barichivich J., Broffa K.R., Sheffild J. Global warming and changes in drought. Nature Climate Change. 2014, 4: 17–22.

41. Voeikov Main Geophysical Observatory (VMGO). Archive of the mean monthly precipitation reported by the national meteorological network and corrected to «ground truth» at the sub-daily time scale over the Russian territory (1936–2010). Archive is available from the Voeikov Main Geophysical Observatory, 7 Karbysheva Street, St. Petersburg, 194021, Russia. 2013.