Общая характеристика климатических изменений в северной части Азиатско-Тихоокеанского региона

Выполненные в последние годы дальневосточными учеными исследования региональных изменений климата, включали оценки климатических трендов температуры воздуха, атмосферных осадков в Северо-Восточной Азии, на Аляске и температуры поверхности (ТПО) в северо-западной части Тихого океана в 20-м столетии и второй его половине [3-6]. В эту задачу входили и оценки сезонности трендов отмеченных характеристик и тенденций изменения температурных контрастов субарктика - субтропики в океане, а также температурных контрастов океан-материк.

Географическая область, для которой выполнялись оценки линейных трендов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков [5], расположена от 15°с.ш. до 75°с.ш. и от 55° в.д. до 130° з.д. Она охватывает районы суши от тропической области Юго-Восточной Азии - до побережья Северного Ледовитого океана, а вдоль круга широты - от Урала до полуострова Аляска. Исходными данными для статистических оценок климатических тенденций являлись временные ряды наблюдений над приземной температурой воздуха и атмосферными осадками на основных метеорологических станциях сети наблюдений в исследуемом регионе. Источниками информации являлись базы данных Национального управления по океану и атмосфере США (NOAA Global History Climatic Network, Global Daily Climatology Network) и Японского метеорологического агентства (JMA).

Линейные тренды приземной температуры воздуха, осадков и ТПО оценивались двумя методами. Первый из них – метод наименьших квадратов (НК) и тест Фишера для оценки статистической значимости, обычно применяемые при выполнении гипотезы о нормальном законе распределения. Второй – непараметрической робастный (НР) метод (Holander, Wolfe, 1973), основанный на ранговой регрессии Тейла (Hettmansperger, 1984), и тест Кендалла, применяемый в ранговой статистике (Bendat, Piersol, 1986) для оценки значимости тренда.

Климатические тренды приземной температуры воздуха. Функции распределения для временных рядов приземной температуры воздуха, как правило, близки к нормальному закону. Поэтому два используемых метода дают практически одинаковые оценки линейного тренда и его статистической значимости. Для второй его половины 20-го столетия наибольшие по величине и уровню доверительной вероятности положительные тренды приземной температуры воздуха имеют место в поясе средних и умеренных широт (32°-61° с.ш.) Северо-Восточной Азии с декабря по март, а на полуострове Аляска - с марта по июль (рис. 1). В этих районах в отмеченные месяцы характерная величина значимого линейного тренда увеличения температуры в 20-м столетии составляет 0.03 °С в год, а во второй его половине - 0.07 °С в год.

Рисунок 1 - Отрицательные (1, 2, 3) и положительные (4, 5, 6) тренды приземной температуры воздуха, имеющие доверительную вероятность 90% (3, 4), 95% (2, 5) и 99% (1,6) в декабре (а), январе (б), июне (в) и июле (г) для временного ряда с 1945 по 2000г. Точками отмечены станции, на которых доверительная вероятность тренда менее 90% и соответственно  знак тренда не показан [5]

В субарктических районах умеренных широт, прилегающих к Охотскому морю и северной части Японского моря, в том числе на островах Сахалин и Хоккайдо, преобладают положительные тренды средней месячной температуры воздуха, соответствующие ее увеличению на 0.02 – 0.05°С в год. Здесь полувековое потепление статистически значимо лишь в определенный период года, преимущественно с декабря по июнь, а отрицательные тренды температуры, отмечаемые в июле-августе в районах, прилегающих к северо-западной части Японского моря, как правило, не значимы. На островах Хоккайдо и Сахалине, а также в районах континента, прилегающих к северо-западным берегам Японского и Охотского морей, положительные тренды значимы именно с декабря по июнь.

Отрицательные тренды температуры воздуха в зимний сезон обнаруживаются только на юге Китая, в основном, в декабре, и в отдельных арктических районах, главным образом, в январе. В марте и апреле отрицательный тренд температуры воздуха выявляется в южных и северо-западных районах Китая. В июне и июле область похолодания достигает максимальной площади, охватывая наибольшую часть Китая, Монголию и район Сибири в меридиональном поясе 90°- 105° в.д. В этих районах зима становится теплее, а лето холоднее. Противоположная тенденция изменения годового хода температуры воздуха отмечается только на севере Дальнего Востока России, где в январе тренд отрицательный, а в июне и июле положительный.

Климатические тенденции месячных и сезонных сумм атмосферных осадков. Функции распределения временных рядов месячных сумм осадков обладают, как правило, положительной асимметрией и аномальным экцессом. Величины трендов осадков в 20-м столетии, оцениваемые по двум выборкам разной длины, имеют отрицательный знак, соответствующий тенденции уменьшения осадков на островах Хонсю и Кюсю в октябре.

В целом, тенденции месячных сумм осадков имеют такие же сезонные особенности распределения, как и тенденции приземной температуры воздуха. В континентальных районах умеренных и высоких широт Азии положительные тенденции месячных сумм осадков (от 0.1 до 0.4 мм/год) преобладают в холодный период года. Для большей части территории Японии характерно уменьшение осадков (от 0.3 до 0.9 мм/год) имеет место с октября по февраль и с апреля по июнь. На юго-востоке Китая отрицательный тренд осадков (99%) имеет место в декабре, феврале и мае на северо-востоке Китая, в Приморском и Хабаровском крае России – в сентябре, на Аляске - в августе. Доверительная вероятность тренда уменьшения осадков в Приморье и Хабаровском крае, как и на Аляске низкая (< 95%).

Статистически значимое увеличение осадков в июне (от 0.2 до 0.5 мм/год) происходит в области низких и умеренных широт Азии, отдаленной от дальневосточных морей, в то время как, аналогичные тренд осадков (99%) в этом же месяце отмечается непосредственно на тихоокеанском побережье Аляски. В июле и августе доверительная вероятность тренда (ДВТ) осадков существенно уменьшается по сравнению с ДВТ в другие месяцы. В июле уменьшаются осадки в Западной Сибири, а в августе – в меридиональной зоне, пересекающей северную часть Китая, дальневосточные регионы России и Восточную Сибирь. Область умеренных широт Азиатского континента, где выявлены доминирующие в зимний сезон положительные климатические тренды атмосферных осадков, включает и бассейн реки Амур, являющейся наиболее протяженной и полноводной из рек, впадающих в Дальневосточные окраинные моря. При сравнении тренда осадков в 20-м столетии и второй его половине на метеорологических станциях, расположенных в бассейне Амура, оказалось, что наиболее значимые положительные тренды осадков имеют место в бассейне нижнего Амура. Вековой тренд осадков за весь период с 1892 по 2000г. оказывается положительными для всех сезонов, теплого и холодного полугодий (ноябрь-апрель и май-октябрь) и года. Причем, тенденции векового увеличения осадков в бассейне нижнего Амура статистически значимы зимой и весной, но незначимы в остальные сезоны и в целом за год. Положительный тренд зимнего расхода р. Амур за весь период наблюдений с 1887 по 2004г. оказывается значимым. В остальные сезоны и в целом за год вековые тренды расходов за период наблюдений незначимы. Увеличения зимнего расхода этой самой крупной реки Дальнего Востока согласуется с доминирующим зимним потеплением в крупномасштабной области умеренных широт, включающей бассейн Амура.

Климатические тенденции температуры поверхности воды северо-западной части Тихого океана. В данном районе выявлено чередование крупномасштабных областей, в пределах которых наблюдалось потепление или похолодание поверхности океана. Отличия пространственного распределения тенденций ТПО в летний и зимний сезоны не менее значительны, чем сезонные отличия в распределении тренда приземной температуры воздуха в континентальных районах Северо-Восточной Азии. Рост ТПО наиболее выражен и охватывает более 50% площади северо-западной части Тихого океана в холодный период года, с ноября по февраль, а уменьшение температуры воды – в теплый период года, с июля по сентябрь. В месяцы холодного сезона наибольшее приращение ТПО (0.02°С в год), соответствующее линейному тренду, имеет место в Восточно-Китайском море, на западной периферии тихоокеанского субтропического круговорота (в районе течения Куросио) и на северо-западной периферии субарктического круговорота (в районе, прилегающем к Командорским островам и Камчатскому полуострову). В этих же районах в зимние месяцы доверительная вероятность тренда ТПО максимальна (до 99%).

В декабре потепление охватывает практически всю северо-западную часть Тихого океана, а похолодание (до 0.02°С в год) обнаруживается только в Японском море, западной части Охотского моря и районе океана, прилегающем к Сангарскому проливу и острову Хоккайдо. В январе значимый отрицательный тренд ТПО, соответствующий уменьшению температуры на 0.01 – 0.02°С в год, имеет место в западной и юго-западной частях субарктического круговорота в широтном поясе 40° - 45° с.ш., в том числе, в районе интрузии течения Ойясио (на акватории океана, прилегающей к северной части острова Хонсю, Сангарскому проливу и острову Хоккайдо). В феврале понижение температуры воды происходит не только в субарктике, но и в восточной части рассматриваемой субтропической области океана. В этом месяце рост температуры воды в субтропиках (0.02 °С в год) имеет место непосредственно в районе течения Куросио, в Восточно-Китайском море и южной части Японского моря, прилегающей к Корейскому проливу. В весенние месяцы и с июля по сентябрь температура поверхности океана уменьшается (0.01-0.02 °С в год) как в субарктике, так и в северной части субтропического круговорота (у острова Хонсю, в районе отрыва Куросио от берега, а также в районе восточного продолжения Куросио).

В августе незначительным похолоданием охвачена практически вся внетропическая область северо-западной части Тихого океана и его окраинных морей. Максимальное уменьшение температуры воды (0.02 °С в год) и наибольшая доверительная вероятность оценки тренда (99%) тренда ТПО в этот летний месяц отмечается в Охотском море и районе океана, прилегающем к Курильским островам. В период с апреля по июль аналогичное уменьшение температуры наблюдается в центральной части западного субарктического круговорота. Таким образом, полувековое похолодание характерно для большинства районов западного субарктического круговорота (во все месяцы, кроме декабря), а потепление – для юго-западной периферии тихоокеанского субтропического круговорота и северо-западной периферии субарктического круговорота (во все месяцы, кроме августа).

В целом, согласно выводам обобщающей работы [5] для большей северной части территории АТР характерны устойчивые тенденции увеличения приземной температуры воздуха и сумм атмосферных осадков в 20-м столетии и второй его половине. Этот результат в целом соответствует полученным ранее оценкам климатических тенденций в северном полушарии. Вместе с тем, имеют место значительные отличия изменений климата в различные сезоны и существенные региональные неоднородности климатических тенденций как на суше, так и в океане.

В зоне умеренных широт Северо-Восточной Азии потепление и увеличение осадков наиболее значительны и имеют самый высокий уровень доверительной вероятности (99%) как для 20-го столетия, так и для второй его половины в холодный период года. Зимнее потепление в поясе умеренных широт сопровождается увеличением осадков в этот же сезон в смещенном к северу широтном поясе 50°-70°с.ш. Климатические тенденции в центральных районах Китая и Сибири, характеризуются значимым похолоданием в летний и потеплением в зимний сезон. Разность между значениями средней температуры воздуха зимой и летом соответственно уменьшается в этих районах Азии. Здесь уменьшаются сезонные контрасты континентального климата.

Круглогодичное потепление в субтропических районах тихоокеанской окраинной зоны, в частности, на большей части Японских островов, где климатические условия наиболее подвержены влиянию потепления в районе течения Куросио, сопровождается заметным уменьшением осадков в холодный период года и с апреля по июнь. Статистически значимый положительный тренд ТПО в зимний сезон на западной периферии субтропического круговорота и на северо-западе субарктического круговорота, соответствует потеплению в континентальных и окраинных областях Северо-Восточной Азии. Отрицательный тренд ТПО, охватывающий в летние месяцы наибольшую по площади акваторию в субарктике и субтропиках, сопутствует летнему похолоданию в отмеченном континентальном районе Северо-Восточной Азии.

Доминирующее уменьшение месячных сумм осадков во второй половине 20-го века как в холодный, так и в теплый периоды года характерно для прибрежных районов Приморского края России. В Хабаровском крае и бассейне нижнего течения реки Амур отмечается доминирующий в зимний сезон положительный тренд осадков в 20-м веке и второй его половине. При этом зимний расход реки Амур увеличивается в течении последних пятидесяти лет, а летний и годовой расходы уменьшаются, что оказывает влияние на гидрологические и ледовые условия в Охотском море и Татарском проливе Японского моря.

Амплитуда 5-6 летних, квазидекадных и квазидвадцатилетних колебаний сезонных осадков и приземной температуры воздуха существенно превышает их изменения за счет полувекового линейного тренда. Положительная или отрицательная вековая и полувековая тенденции средних сезонных или месячных значений температуры воздуха, ТПО и осадков не исключают экстремальные отрицательные или положительные аномалии этих характеристик в отдельные годы, что видно на примере Японского моря и прилегающих районов (Kim et al., 2002; Talley et al., 2003).

Сопутствующие и запаздывающие сезонные сигналы Южного колебания (Эль Нинье - Ла Нинья) обнаруживаются во внетропической части Северо-Восточной Азии и северо-западной части Тихого океана, главным образом, в приземной температуре воздуха и ТПО. Аналогичные временные ряды ледовитости морей, атмосферных осадков, расхода рек в Северо-Восточной Азии, в том числе, расхода р. Амур, как правило, не имеют значимой линейной связи с индексом Южного колебания SOI даже при фильтрации квазидвухлетних вариаций. Эти ряды имеют статистические связи с другими климатическими индексами при определенном временном лаге между выборками, а именно, в зависимости от района – с тихоокеанским декадным индексом PDO, северным тихоокеанским - NPI или арктическим - AO колебаниями (Gong et al., 2003; Ogi and Tachibana, 2006). Нерегулярность (Overland et al., 2000) и изменения (Hilmer and Jung, 2000; Ponomarev et al., 2005) статистических связей между полями гидрометеорологических характеристик и климатическими индексами являются следствием нелинейности системы океан-атмосфера.

Разномасштабные климатические изменения температуры воздуха, осадков, речного стока в Северо-Восточной Азии, ТПО северо-западной части Тихого океана и ледовитости дальневосточных морей нелинейно взаимосвязаны с аномалиями атмосферной и океанической циркуляции, муссонной системы и центров действия атмосферы. При разных условиях доминирующее влияние на изменение конкретного элемента системы могут оказывать различные физические процессы (Катцов и др., 1992; Мелешко и др., 2000б). Поэтому для каждого временного масштаба изменчивости находятся свои статистические связи между различными характеристиками циркуляции и совокупностью других переменных. Важную роль в межгодовой и многолетней изменчивости океана и атмосферы играют аномалии синоптических процессов. Циклоны, осуществляющие меридиональный перенос тепла в атмосфере, подвержены влиянию аномалий ТПО, которые в свою очередь обусловлены нелинейной синоптической динамикой океана, в частности, переносом тепла вихрями и аномалий тепла бароклинными волнами (Johnson, O'/pien, 1990). Характеристики бароклинных вихрей и волн зависят от вертикальной стратификации океана, также подверженной климатическим изменением. Таким образом, как межгодовые и многолетние колебания, так и климатические тенденции сопровождаются определенными аномалиями погоды и синоптических процессов в океане.