Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия

Настоящая работа посвящена расчету вероятных климатических изменений в поле приземной температуры воздуха (ПТВ) и осадков Европейского региона к концу текущего столетия по данным прогностических расчетов в рамках совместных глобальных моделей океана и атмосферы проекта CMIP5. На основе современных с...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Date:2013
Main Authors: Башарин, Д.В., Полонский, А.Б., Станкунавичус, Г.
Format: Article
Language:Russian
Published: Морський гідрофізичний інститут НАН України 2013
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56933
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия / Д.В. Башарин, А.Б. Полонский, Г. Станкунавичус // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 174-178. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859613819482931200
author Башарин, Д.В.
Полонский, А.Б.
Станкунавичус, Г.
author_facet Башарин, Д.В.
Полонский, А.Б.
Станкунавичус, Г.
citation_txt Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия / Д.В. Башарин, А.Б. Полонский, Г. Станкунавичус // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 174-178. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description Настоящая работа посвящена расчету вероятных климатических изменений в поле приземной температуры воздуха (ПТВ) и осадков Европейского региона к концу текущего столетия по данным прогностических расчетов в рамках совместных глобальных моделей океана и атмосферы проекта CMIP5. На основе современных сценариев выбросов парниковых газов (RCP4.5/RCP8.5) получены пространственные распределения оценок будущих изменений в полях ПТВ и осадков. Дана робота присвячена розрахунку ймовірних кліматичних змін в полі приземної температури повітря (ПТП) та опадів Європейського регіону до кінця поточного століття за даними прогнозованих розрахунків у рамках спільних глобальних моделей океану і атмосфери проекту CMIP5. На основі сучасних сценаріїв викидів парникових газів (RCP4.5/RCP8.5) отримані просторові розподілення оцінок майбутніх змін в Європі в полях ПТП і опадів. The ability of the climate models participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) to replicate historical trends and variability of the surface air temperature and precipitation fields over the Europe in the second part of the XX century was analysed in this paper. There were selected climate models that better reproduce analysed fields over European domain. The climate changes in surface air temperature and precipitation for the selected climate models were examined by the end of this century according to the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios.
first_indexed 2025-11-28T16:55:36Z
format Article
fulltext 174 УДК 5 5 1 .4 65 .7 Д .В .Башарин*, А .Б .Полонский*, Г .Станкунавичус** *Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь **Вильнюсский Университет, г.Вильнюс ВЕРОЯТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОЛЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОСАДКОВ В ЕВРОПЕ К КОНЦУ ТЕКУЩЕГО СТОЛЕТИЯ Настоящая работа посвящена расчету вероятных климатических изменений в поле приземной температуры воздуха (ПТВ) и осадков Европейского региона к концу текущего столетия по данным прогностических расчетов в рамках совмест- ных глобальных моделей океана и атмосферы проекта CMIP5. На основе современ- ных сценариев выбросов парниковых газов (RCP4.5/RCP8.5) получены пространст- венные распределения оценок будущих изменений в полях ПТВ и осадков. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : совместные глобальные модели океана-атмосферы, проект CMIP5, вероятные изменения температуры воздуха и осадков, моделиро- вание климата. Введение. Современное поколение глобальных циркуляционных моделей – хороший инструмент для анализа вероятных тенденций изменения климата буду- щего [1-2]. С их помощью осуществляют расчеты большого числа гидрометеороло- гических параметров системы океан-атмосфера: давления, температуры воздуха и воды, влажности, направление и скорости ветра, осадков и пр. Одни из наиболее важных для практических целей – поля приземной температуры воздуха и осадков [3]. Использование результатов расчета совместных моделей океана и климата яв- ляется значимым шагом вперед в развитии методов исследования климата. Недавно завершившийся международный проект CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5) по сравнению последних версий национальных совместных моде- лей океан-атмосфера дает количественную основу для отчета международной груп- пы экспертов по изменению климата (IPCC) [1]. В данной фазе проекта было по- вышено пространственно-временное разрешение моделей, увеличено количество используемых глобальных циркуляционных моделей, изменены сценарии для рас- чета климата будущего [4]. Предварительные результаты по проекту CMIP5 уже опубликованы [5]. Со- гласно этим результатам, амплитуда явлений Эль-Ниньо и спектр температуры по- верхности океана в Тихом океане оказались более реалистичными по сравнению с проектом CMIP3. Однако другие параметры, к примеру, суммарный поток тепла на востоке Тихого океана, воспроизводятся в CMIP5 хуже. В общем, установлено, что не все модели качественно описывают наблюдаемые изменения климата [6 – 7]. Это в первую очередь касается Европейского региона с его интенсивной естественной климатической изменчивостью. Использование результатов всех возможных кли- матических моделей может приводить к расширению так называемых областей с противоречивым откликом моделей «inconsistent model responses» [5]. Поэтому сто- ит выбирать из всего множества доступных моделей отдельные, которые макси- мально качественно описывают современный климат. Исходя из всего выше ска- занного, целью работы явилось оценка глобальных климатических изменений в Европейском регионе к концу этого века в полях приземной температуры воздуха и осадков на основе выбранных моделей CMIP5, способных наилучшим образом вос- производить современный климат.  Д .В .Башарин , А .Б .Полонский , Г .Станкунавичус , 2013 175 Данные, методы и результаты. В данной работе использовались результаты расчетов в рамках проекта CMIP5. Их типичное пространственное разрешение от 0,9 до 2,8°. Список использованных моделей приведен в табл. Для верификации результатов моделирования использовались данные Климатического центра Уни- верситета Восточной Англии (CRU), построенные на основе прямых наблюдений, проинтерполированных на регулярную пространственную сетку 0,5° × 0,5° [8]. Исторические расчеты. На начальном этапе работы анализировались истори- ческие расчеты CMIP5 для глобального поля приземной температуры воздуха (ПТВ). Цель анализа состояла в том, чтобы выяснить какие из моделей максималь- но правильно воспроизводят наблюдаемые изменения ПТВ. Исторические расчеты по полю осадков не анализировались, так как даже в реанализах (как NCEP, ERA40, JRA25) их региональные климатические величины могут сильно различаться между собой [9]. Таким образом, для поля ПТВ по каждой модели были рассчитаны ли- нейные тренды за 1950 – 2005 гг. Далее расчеты сравнивались с данными CRU за тот же временной период. Для зимнего сезона, когда атмосферные процессы средних широт северного полушария особенно интенсивны, климатические модели показали достаточно раз- нообразные результаты. Однако китайская модель BCC-CSM1.1, норвежская NorESM1, австралийская CISRO-MK36 и российской модель INMCM4 часто обна- руживают статистически значимые, но нереальные отрицательные тренды в поле температуры над Европейским регионом. Все остальные модели воспроизводят положительные или незначимые тренды ПТВ и могут воспроизвести наблюдаемое потепление в Европейском регионе при ансамблевом осреднении за 1950 – 2005 гг. Т а б л и ц а . Список CMIP5 моделей? рассматриваемых в этой работе. Для каждой модели приведены атмосферное разрешение (горизонтальное и вертикальное), ко- личество доступных исторических ансамблей расчета и число модельных расчетов климата будущего (на момент середины мая 2013 г.). основная информация разрешение кол-во расчетов имя модели организация горизонтальн. вертикальн. историч. RCP BCC-CSM1.1 BCC, China 128 × 64 26 3 1 CanESM2 CCCma, Canada 128 × 61 35 5 5 CNRM-CM5 CNRM, France 256 × 128 31 5 10 CSIRO-Mk3.6.0 CSIRO, Australia 192 × 96 18 4 5 CISRO-ACCESS1 CSIRO, Australia 192 × 144 26 1 1 GFDL-CM3 GFDL/USA 144 × 90 24 1 5 HadGEM2ES MOHC,UK 192 × 144 38 1 5 HadGEM2AO 192 × 144 38 2 1 INMCM4 INM, Russia 180 × 120 21 6 6 IPSL-CM5A-LR IPSL ,France 96 × 96 39 4 6 MPI-ESM-LR MPI-M, Germany 192 × 96 47 3 3 MPI-ESM-MR 192 × 96 95 3 1 NCAR-CCSM4 NCAR, USA 288 × 192 26 6 6 MIROC5 MIROC Japan 256 × 128 80 5 5 NorESMl-M NCC, Norway 144 × 96 26 3 1 176 [2, 6]. Для одинаковых климатических моделей с различным разрешением (MPI- ESM-LR и MPI-ESM-МR) предпочтение отдавалось версиям, имеющим большее количество сценарных расчетов, т.е. HadGEM2ES и MPI-ESM-LR. Для лучших мо- делей (CNRM-CM5, HadGEM2ES, GFDL-CM3, CanESM2, IPSL-CM5A, MIROC5, MPI-ESM-LR, MRI-CGCM3, CISRO-ACCESS1 и NCAR-CCSM4) были также проана- лизированы тренды ПТВ и летом. Их воспроизведение по сравнению с данными наблюдений CRU для всех этих десяти моделей заслуживает удовлетворительной оценки (по структуре распределения линейных трендов и их максимальным вели- чинам в Европейском регионе). На следующем этапе проверялось качество воспроизведения естественной ре- гиональной изменчивости климата глобальными моделями в конце предыдущего столетия. Для этого рассчитывалась лидирующая климатическая мода ПТВ для Ев- ропейского региона, которая представляет собой типичную дипольную структуру, обусловленную Североатлантическим колебанием (САК). Известно, что простран- ственная структура САК воспроизводится достаточно неплохо большинством гло- бальных моделей [7]. Однако в воспроизведении временной изменчивости лиди- рующей моды ПТВ в проекте CMIP5 сделан определенный шаг вперед. Значимые коэффициенты корреляции (между временными структурами лидирующих мод, полученных на основе среднего ансамбля по каждой модели и по данным CRU) свидетельствуют, что большинство моделей добились воспроизведения крупно- масштабной временной изменчивости Европейского региона на значимом уровне, за исключением MRI-CGCM3, CISRO-ACCESS1 и NCAR-CCSM4, которые поэтому и не вошли в итоговый мультимодельный ансамбль. Анализ проводился следующим образом. Для всех возможных комбинаций се- ми моделей (CNRM-CM5, HadGEM2ES, GFDL-CM3, CanESM2, IPSL-CM5A, MIROC5, MPI-ESM-LR) рассчитывалась внутри-ансамблевая дисперсия различных групп мо- делей за 1986 – 2005 гг. В итоге анализ показал, что только при включении расчетов модели IPSL происходит значимый (на 95 % уровне) рост (в 2 раза) максимальной мультимодельной дисперсии в Европейском регионе. Поэтому ее расчеты не были включены в итоговый мультимодельный ансамбль. Таким образом, основываясь на проведенном анализе исторического расчета моделей проекта CMIP5, можно за- ключить, что использование результатов численного расчета моделей CNRM-CM5, HadGEM2ES, GFDL-CM3, CanESM2, MIROC5 и MPI-ESMLR наиболее оптимально для более точной оценки будущих климатических изменений. Расчеты на основании климатических сценариев. В результатах проекта CMIP5 появились четыре новых климатических сценария выбросов парниковых газов (RCP – «representative concentration pathway»). Наиболее хорошо исследован- ными сценариями климата будущего считаются два из них [4]: RCP4.5 и RCP8.5 с внешним форсированием 4,5 и 8,5 Wm-2 соответственно. Для всех климатических моделей эти климатические сценарии представлены наибольшим числом ансамбле- вых расчетов по сравнению с двумя другими: RCP2.6 и RCP6.0. Их количество варьируется от 1 до 10 для каждой модели. RCP4.5 предусматривает увеличение эмиссии углерода до 10 Гт/год (также и других парниковых газов) в атмосфере к середине этого века и его уменьшение практически до близкого к современному уровню к концу века. Самый пессимистический сценарий – RCP8.5 предусматрива- ет экспоненциальное увеличение количества углерода в атмосфере к концу XXI в. примерно в 2,5 раза относительно современного. В рамках этих 2 сценариев и про- водился дальнейший анализ. Основываясь на выбранном ранее мультимодельном ансамбле из шести моде- лей, были рассчитаны вероятные глобальные климатических изменения в полях приземной температуры воздуха и осадков к концу этого века по двум имеющимся сценариям. Для приземной температуры была рассчитана разность между мульти- 177 модельным средним за 2070 – 2099 и 1976 – 2005 гг., а для осадков разность между мультимодельным средним 2070 – 2099 и 1976 – 2005 гг. и нормированием их на реальные значения осадков по данным CRU. В работе [6] авторы величину осадков нормировали на современный модельный климат. Нормирование модельной разни- цы на современные значения, полученные по наблюдениям, более предпочтительно [8], так как региональные осадки даже в различных реанализах могут сильно отли- чаться друг от друга, не говоря уже о полученном модельном климате осадков. Результаты, их обсуждение и заключение. Результаты проведенного расчета Европейских изменений среднего климата будущего, за 2070 – 2099 гг., относи- тельно 1976 – 2005 гг. для сценария RCP4.5 заключаются в следующем. Зимой мак- симальные изменения порядка 5 – 5,5 ºС ожидаются на северо-востоке Европы / над Европейской территорией России (ЕТР). Типичные Европейские изменения ПТВ – около 2 – 4 ºС. Летом же они достигают 5 ºС на юге Европы и 2,5 – 3 ºС на севере. Что касается осадков, то их изменения незначимы в зимний сезон, а летом на боль- шей части Европы, будет наблюдаться их уменьшение до 20 – 40 %, при макси- мальных величинах (около 80%) над территорией Греции и Турции. Исключение составляет север Европы, где изменения незначимы. Сценарий RCP8.5, естествен- но, демонстрирует большее потепления климата. Зимой максимальные изменения достигают 9 ºС на северо-востоке Европы при их типичных величинах – около 3 – 7 ºС. Летом же ПТВ вырастет на 9 ºС на юге Европы и на 4 – 7 ºС на севере. Изме- нения осадков зимой также незначимы над большей частью Европы, за исключени- ем ЕТР, где отмечается их значимый рост на 10 – 20 %. А летом – их уменьшение на большей части Европы (порядка 50 %), при максимальных величинах также над территорией Греции и Турции. Данные результаты по своим тенденциям и величине этих изменений в целом хорошо согласуются с четвертым отчетом IPCC [4] и опубликованным анализом расчетов по моделям CMIP5 [6]. Однако можно заметить и некоторые различия. По сравнению с данными работы [6] изотермы не так четко оконтуривают материки, возможно вследствие достаточно плохого разрешения одной из модели CanESM2, включенной в выбранный мультимодельный ансамбль. Отличия так же касаются и величины выявленных изменений. Так зимой на севере Евразии они меньше на 1 – 2 ºС, по сравнению с приведенными в работе [6]. Вместе с тем полученные распре- деления ПТВ и осадков в Европейском регионе характеризуются большей регио- нальной изменчивостью из-за гораздо меньшего ансамбля моделей. Что касается климата осадков, то распределения в большей части так же очень схожи с [6] по знаку и величине. Полученные результаты подтверждают, что лет- ний сезон принесет уменьшение осадков на большей части региона. При всем при этом, хорошо известно, что анализируемый регион характеризуется интенсивной пространственно временной изменчивостью траекторий циклонов [7], изменчи- вость которых все еще достаточно плохо воспроизводится климатическими моде- лями. Поэтому данный результат должен рассматриваться в качестве грубой регио- нальной оценки, характеризующейся большей пространственной неоднородностью. Климатические модели проекта CMIP5 лучше предыдущих в том смысле, что они лучше воспроизводят многие процессы и их особенности в климатической сис- теме. Однако, не смотря на все это, они все же не достаточно хороши [5]. Недо- оценка или переоценка температуры, осадков, влажности почвы и других парамет- ров, приводит к тому, что экстремальные погодные условия, сама изменчивость приземных гидрометеорологических полей (различных временных масштабов) и даже текущие тенденции изменения климата все еще недостаточно хорошо воспро- изводятся. В связи с этим хотелось бы надеяться, что непрекращающиеся развитие климатических моделей и внедрение еще более высокоэффективных компьютерных технологий передачи и обработки данных приведет к значительному повышению точности климатических прогнозов в будущем. 178 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Taylor K.E., Stouffer R.J., Meehl G.A. An overview of CMIP5 and the experiment design // Bull. Amer. Meteorol. Soc.– 2012.– v.93, №. 4.– P.485-498. 2. Deser C. et al. Uncertainty in climate change projections: the role of internal variabil- ity // Climate dynamics.– 2012.– v.38, № 3-4.– P.527-546. 3. Climate change 2007: The fourth assessment report of the IPCC.– Cambridge Uni- versity Press, 2007.– v.4.– 251 p. 4. Meinshausen M. et al The RCP greenhouse gas concentrations and their extensions from 1765 to 2300 // Climatic Change.– 2011.– v.109, № 1-2.– P.213-241. 5. Guilyardi E. et al A first look at ENSO in CMIP5 // Clivar Exchanges.– 2012.– v.17, № 1.– P.29-32. 6. Knutti R., Sedláček J. Robustness and uncertainties in the new CMIP5 climate model projections // Nature Climate Change.– 2013.– 3.– Р.369-373. doi:10.1038/nclimate1716 7. Полонский А.Б., Башарин Д.В., Станкинавичус Г. Сравнение климатической изменчивости приземной температуры воздуха по данным наблюдений и ре- зультатам климатических расчетов: региональный и глобальный масштаб // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное ис- пользование ресурсов шельфа.– Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011.– вып.24.– С.142-150. 8. Mitchell T.D., Jones P.D. An improved method of constructing a database of monthly climate observations and associated high-resolution grids // Intern. J. Climatology.– 2005.– 25.– Р.693-712. 9. Bosilovich M.G. et al Evaluation of global precipitation in reanalyses // J. Appl. Meteorol. and Climatol.– 2008.– v.47, № 9.– P.2279-2299. Материал поступил в редакцию 2 9 .0 6 .20 1 3 г . АНОТАЦ IЯ Дана робота присвячена розрахунку ймовірних кліматичних змін в полі приземної температури повітря (ПТП) та опадів Європейського регіону до кінця поточного століття за даними прогнозованих розрахунків у рамках спільних гло- бальних моделей океану і атмосфери проекту CMIP5. На основі сучасних сценаріїв викидів парникових газів (RCP4.5/RCP8.5) отримані просторові розподілення оцінок майбутніх змін в Європі в полях ПТП і опадів. ABS TRACT The ability of the climate models participating in the Coupled Model Inter- comparison Project Phase 5 (CMIP5) to replicate historical trends and variability of the surface air temperature and precipitation fields over the Europe in the second part of the XX century was analysed in this paper. There were selected climate models that better reproduce analysed fields over European domain. The climate changes in surface air temperature and precipitation for the selected climate models were examined by the end of this century according to the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56933
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1726-9903
language Russian
last_indexed 2025-11-28T16:55:36Z
publishDate 2013
publisher Морський гідрофізичний інститут НАН України
record_format dspace
spelling Башарин, Д.В.
Полонский, А.Б.
Станкунавичус, Г.
2014-03-01T14:23:56Z
2014-03-01T14:23:56Z
2013
Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия / Д.В. Башарин, А.Б. Полонский, Г. Станкунавичус // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 174-178. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
1726-9903
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56933
551.465.7
Настоящая работа посвящена расчету вероятных климатических изменений в поле приземной температуры воздуха (ПТВ) и осадков Европейского региона к концу текущего столетия по данным прогностических расчетов в рамках совместных глобальных моделей океана и атмосферы проекта CMIP5. На основе современных сценариев выбросов парниковых газов (RCP4.5/RCP8.5) получены пространственные распределения оценок будущих изменений в полях ПТВ и осадков.
Дана робота присвячена розрахунку ймовірних кліматичних змін в полі приземної температури повітря (ПТП) та опадів Європейського регіону до кінця поточного століття за даними прогнозованих розрахунків у рамках спільних глобальних моделей океану і атмосфери проекту CMIP5. На основі сучасних сценаріїв викидів парникових газів (RCP4.5/RCP8.5) отримані просторові розподілення оцінок майбутніх змін в Європі в полях ПТП і опадів.
The ability of the climate models participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) to replicate historical trends and variability of the surface air temperature and precipitation fields over the Europe in the second part of the XX century was analysed in this paper. There were selected climate models that better reproduce analysed fields over European domain. The climate changes in surface air temperature and precipitation for the selected climate models were examined by the end of this century according to the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios.
ru
Морський гідрофізичний інститут НАН України
Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга
Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия
Article
published earlier
spellingShingle Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия
Башарин, Д.В.
Полонский, А.Б.
Станкунавичус, Г.
Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга
title Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия
title_full Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия
title_fullStr Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия
title_full_unstemmed Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия
title_short Вероятные изменения в поле температуры и осадков в Европе к концу текущего столетия
title_sort вероятные изменения в поле температуры и осадков в европе к концу текущего столетия
topic Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга
topic_facet Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56933
work_keys_str_mv AT bašarindv veroâtnyeizmeneniâvpoletemperaturyiosadkovvevropekkoncutekuŝegostoletiâ
AT polonskiiab veroâtnyeizmeneniâvpoletemperaturyiosadkovvevropekkoncutekuŝegostoletiâ
AT stankunavičusg veroâtnyeizmeneniâvpoletemperaturyiosadkovvevropekkoncutekuŝegostoletiâ