Исследование пространственно-временной изменчивости температуры воздуха и количества осадков и их соотношения позволяет определить благоприятность климатических условий территорий. В Северном Казахстане изменчивость температурного режима и количества осадков последних десятилетий характеризуется тенденцией периодической повторяемости увлажнённых и засушливых лет.
Цель исследования: в данной работе дана оценка пространственно-временной изменчивости температурного режима и осадков за многолетний период на территории Северного Казахстана на примере метеостанций «Благовещенка» и «Атбасар».
Материалы и методы исследования
Для оценки пространственно-временной изменчивости температурного режима и количества осадков на территории Северного Казахстана использованы непрерывные данные за июль, разделенные на 2 периода (I и II), за 60-летний временной интервал с 1961 по 2020 г., полученные на метеостанциях «Благовещенка» (Северо-Казахстанская область) и «Атбасар» (Акмолинская область) [1; 2].
Используя метод статистического анализа, находим абсолютную повторяемость или частоту mi (число случаев), то есть число, показывающее, сколько раз значение конкретной градации выборки температуры воздуха и количества осадков встречается в общей совокупности n в каждом из периодов. А также вычисляется относительная повторяемость или частота pi соответствующего интервала (градации) к сумме всех частот n.
Результаты исследования и их обсуждение
По анализу метеорологических данных, приведенных в табл. 1 и на рис. 1, установлена абсолютная и относительная повторяемость среднемесячной температуры воздуха в июле для метеостанции «Благовещенка», которая показывает, что в течение I периода (1961–1990 гг.) количество лет со среднемесячной температурой воздуха 16–17,9 °С составляет 3, с температурой воздуха 18–19,9 °С составляет 13, с температурой воздуха 20–21,9 °С – 10, с температурой воздуха 22–23,9 °С – 3, с температурой воздуха 24–25,9 °С – 1. Исходя из этого определена наиболее высокая относительная повторяемость значений – 44 % в пределах среднемесячной температуры воздуха 18–19,9 °С. Кумулятивная повторяемость – 87 % составляет среднемесячная температура воздуха июля в пределах 16–21,9 °С. Многолетняя норма среднемесячной температуры воздуха июля на метеостанции «Благовещенка» составляет +19,8 °С. Как видно в табл. 1 и на рис. 1, относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха июля в течение I периода (1961–1990 гг.) в пределах нормы в данной местности равняется 44 %, то есть наибольшую повторяемость имеет значение температуры воздуха, соответствующее многолетней норме [3].
В течение II периода (1991–2020 гг.) количество лет со среднемесячной температурой воздуха 14–15,9 °С составляет 1, со среднемесячной температурой воздуха 16–17,9 °С – 3, с температурой воздуха 18–19,9 °С – 15, с температурой воздуха 20–21,9 °С – 8, количество лет с температурой воздуха 22–23,9 °С – 3.
Исходя из этого определена наиболее высокая относительная повторяемость значений – 50 %, в пределах среднемесячной температуры воздуха 18–19,9 °С. Кумулятивная повторяемость – 90 % составляет среднемесячная температура воздуха июля в пределах 14–21,9 °С. Относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха июля в течение II периода (1991–2020 гг.) в пределах нормы в данной местности равняется 50 %, то есть наибольшую повторяемость в метеостанции «Благовещенка» имеет значение, соответствующее многолетней норме температуры воздуха июля +19,8 °С.
Таблица 1
Абсолютная и относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха и среднемесячного количества осадков июля с 1961 по 2020 г. на метеостанции «Благовещенка»
|
I период (1961–1990 гг.) |
II период (1991–2020 гг.) |
||||||||||
|
t воздуха, °С |
кол-во осадков, мм |
t воздуха, °С |
кол-во осадков, мм |
||||||||
|
t |
mi |
pi , % |
X |
mi |
pi, % |
t |
mi |
pi , % |
X |
mi |
pi , % |
|
14–15,9 |
0 |
0 |
0–19 |
3 |
10 |
14–15,9 |
1 |
3 |
0–19 |
1 |
3 |
|
16–17,9 |
3 |
10 |
20–39 |
6 |
20 |
16–17,9 |
3 |
10 |
20–39 |
6 |
20 |
|
18–19,9 |
13 |
44 |
40–59 |
7 |
24 |
18–19,9 |
15 |
50 |
40–59 |
8 |
28 |
|
20–21,9 |
10 |
33 |
60–79 |
6 |
20 |
20–21,9 |
8 |
27 |
60–79 |
6 |
20 |
|
22–23,9 |
3 |
10 |
80–99 |
6 |
20 |
22–23,9 |
3 |
10 |
80–99 |
2 |
6 |
|
24–25,9 |
1 |
3 |
100–119 |
1 |
3 |
24–25,9 |
0 |
0 |
100–119 |
5 |
17 |
|
120–139 |
1 |
3 |
120–139 |
1 |
3 |
||||||
|
140…210 |
0 |
0 |
140…210 |
1 |
3 |
||||||
Рис. 1. Относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха июля на метеостанции «Благовещенка» за I (1961–1990 гг.) и II (1991–2020 гг.) периоды
По сравнению с I периодом во II периоде повторяемость среднемесячной температуры воздуха 18–19,9 °С увеличилась на 6 %, а повторяемость среднемесячной температуры воздуха 20–21,9 °С уменьшилась на 6 % (рис. 1).
По данным, представленным в табл. 2 и на рис. 2, абсолютная и относительная повторяемость среднемесячной температуры воздуха в июле для метеостанции «Атбасар» характеризуется следующим образом. В течение I периода (1961–1990 гг.) количество лет со среднемесячной температурой воздуха 16–17,9 °С составляет 1, с температурой воздуха 18–19,9 °С – 10, с температурой воздуха 20–21,9 °С – 14, с температурой воздуха 22–23,9 °С – 5.
Исходя из этого определена наиболее высокая относительная повторяемость значений – 47 % в пределах среднемесячной температуры воздуха 20–21,9 °С. Кумулятивная повторяемость – 83 % составляет среднемесячная температура воздуха июля в пределах 16-21,9 °С. Многолетняя норма среднемесячной температуры воздуха июля на метеостанции «Атбасар» составляет +20,2 °С. Относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха июля в течение I периода (1961–1990 гг.) в пределах нормы в данной местности равняется 47 %, то есть наибольшую повторяемость имеет значение температуры воздуха, соответствующее многолетней норме.
В течение II периода (1991–2020 гг.) количество лет со среднемесячной температурой воздуха 16–17,9 °С составляет 3, с температурой воздуха 18–19,9 °С составляет 13, с температурой воздуха 20–21,9 °С – 11, с температурой воздуха 22–23,9 °С – 2, с температурой воздуха 24–25,9 °С – 1.
Исходя из этого определена наиболее высокая относительная повторяемость значений – 43 % в пределах среднемесячной температуры воздуха 18–19,9 °С. Кумулятивная повторяемость – 90 % составляет среднемесячная температура воздуха июля в пределах 16–21,9 °С. Относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха июля в течение II периода (1991–2020 гг.) в пределах нормы (+20,2 °С) в данной местности равняется 37 %, наибольшую повторяемость на метеостанции «Атбасар» имеет значение 18–19,9 °С , которое на 1–2 °С ниже многолетней нормы температуры воздуха июля.
По сравнению с I периодом во II периоде относительная повторяемость среднемесячной температуры воздуха 16–17,9 °С увеличилась на 7 %, температуры воздуха 18–19,9 °С увеличилась на 10 %, температуры воздуха 20–21,9 °С и 22–23,9 °С уменьшились на 10 % (рис. 2).
Многолетняя норма среднемесячного количества осадков на метеостанции «Благовещенка» в июле составляет 56 мм. Как видно на рис. 3, а, в течение I периода (1961–1990 гг.) повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы, в пределах 0–39 мм, встречается в 30 % исследованных лет; повторяемость значений среднемесячного количества осадков 40–59 мм, в пределах нормы, отмечается в 24 %; осадки, превышающие норму, в пределах 60–120 мм, выпали в 46 % исследованных лет.
Таблица 2
Абсолютная и относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха и среднемесячного количества осадков июля с 1961 по 2020 г. на метеостанции «Атбасар»
|
I период (1961–1990 гг.) |
II период (1991–2020 гг.) |
||||||||||
|
t воздуха, °С |
кол-во осадков, мм |
t воздуха, °С |
кол-во осадков, мм |
||||||||
|
t |
mi |
pi , % |
X |
mi |
pi , % |
t |
mi |
pi , % |
X |
mi |
pi , % |
|
14–15,9 |
0 |
0 |
0–19 |
3 |
10 |
14–15,9 |
0 |
0 |
0–19 |
5 |
17 |
|
16–17,9 |
1 |
3 |
20–39 |
15 |
50 |
16–17,9 |
3 |
10 |
20–39 |
6 |
20 |
|
18–19,9 |
10 |
33 |
40–59 |
5 |
17 |
18–19,9 |
13 |
43 |
40–59 |
9 |
30 |
|
20–21,9 |
14 |
47 |
60–79 |
4 |
14 |
20–21,9 |
11 |
37 |
60–79 |
7 |
24 |
|
22–23,9 |
5 |
17 |
80–99 |
1 |
3 |
22–23,9 |
2 |
7 |
80–99 |
0 |
0 |
|
24–25,9 |
0 |
0 |
100–119 |
0 |
0 |
24–25,9 |
1 |
3 |
100–119 |
2 |
6 |
|
120–139 |
0 |
0 |
120–139 |
1 |
3 |
||||||
|
140–159 |
2 |
6 |
140–159 |
0 |
0 |
||||||
Рис. 2. Относительная повторяемость значений среднемесячной температуры воздуха июля на метеостанции «Атбасар» за I (1961–1990 гг.) и II (1991–2020 гг.) периоды
а) б)
Рис. 3. Относительная повторяемость значений среднемесячного количества осадков июля на метеостанциях «Благовещенка» (а) и «Атбасар» (б) за I и II периоды
Рис. 4. Многолетняя динамика среднемесячного количества осадков июля за I период
Рис. 5. Многолетняя динамика среднемесячного количества осадков июля за II период
В течение II периода (1991–2020 гг.) повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы, в пределах 0–39 мм, встречается в 23 % исследованных лет, повторяемость значений среднемесячного количества осадков 40–59 мм, в пределах нормы, отмечается в 28 % исследованных лет. Во II периоде осадки, превышающие норму, в пределах 60–210 мм, выпали в 49 % исследованных лет (рис. 3, а). Многолетняя норма среднемесячного количества осадков на метеостанции «Атбасар» в июле составляет 47 мм. Как видно на рис. 3, б, в течение I периода (1961–1990 гг.) повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы, в пределах 0–39 мм, встречается в 60 % исследованных лет, повторяемость значений среднемесячного количества осадков 40–59 мм, в пределах нормы, отмечается в 17 % исследованных лет. В I периоде осадки, превышающие норму, в пределах 60–159 мм, выпали в 23 % исследованных лет.
В течение II периода (1991–2020 гг.) повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы, в пределах 0–39 мм, встречается в 37 % исследованных лет; повторяемость значений среднемесячного количества осадков 40–59 мм, в пределах нормы, отмечается в 30 %; осадки, превышающие норму, в пределах 60–139 мм, выпали в 33 % исследованных лет (рис. 3, б).
На рис. 4 и 5 представлена многолетняя динамика среднемесячного количества осадков июля за I (1961–1990 гг.) и II периоды (1991–2020 гг.) на метеостанциях «Благовещенка» и «Атбасар».
В I периоде линия тренда имеет положительный наклон, что показывает тенденцию роста количества осадков на исследуемых метеостанциях (больше на метеостанции «Атбасар»). Во II периоде линия тренда для обеих метеостанций имеет отрицательный наклон, для метеостанции «Благовещенка» угол наклона и смещения больше, что характеризует динамику уменьшения среднемесячного количества осадков июля. На 2021 г. прогнозируется снижение осадков июля на обеих метеостанциях [4; 5].
Выводы
Таким образом, исходя из проведенного исследования, выявлено:
1. В I и во II периоде на метеостанции «Благовещенка» наибольшую повторяемость имеет значение температуры воздуха в пределах 18–19,9 °С, соответствующее многолетней норме. По сравнению с I периодом во II периоде повторяемость часто встречающихся значений среднемесячной температуры воздуха июля в пределах 18–19,9 °С увеличилась на 6 %.
2. Наибольшую повторяемость на метеостанции «Атбасар» в течение I периода (1961–1990 гг.) имеет среднемесячное значение температуры воздуха июля 20–21,9 °С, соответствующее многолетней норме. Во II периоде (1991–2020 гг.) наибольшую повторяемость имеет среднемесячное значение температуры воздуха июля, которое на 1–2 °С ниже многолетней нормы.
3. В I периоде (1961–1990 гг.) на метеостанции «Благовещенка» повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы встречается в 30 % исследованных лет, в пределах нормы отмечается в 24 %, превышение нормы в 46 %. В течение II периода (1991–2020 гг.) повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы встречается в 23 % исследованных лет, в пределах нормы отмечается в 28 %, осадки, превышающие норму – в 49 %. По сравнению с I периодом во II периоде повторяемость засушливых лет уменьшилась на 7 %.
4. В течение I периода (1961–1990 гг.) на метеостанции «Атбасар» повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы встречается в 60 % исследованных лет, в пределах нормы отмечается в 17 %, осадки, превышающие норму – в 23 %. В течение II периода (1991–2020 гг.) повторяемость значений среднемесячного количества осадков ниже нормы встречается в 37 % исследованных лет, в пределах нормы отмечается в 30 %, осадки, превышающие норму – в 33 %. На данной метеостанции во II периоде по сравнению с I периодом повторяемость засушливых лет уменьшилась на 23 %.
5. Многолетняя динамика среднемесячного количества осадков июля за I период на двух метеостанциях характеризуется небольшим положительным наклоном линии тренда, что показывает тенденцию роста (больше на метеостанции «Атбасар»), а во II периоде отмечается уменьшение среднемесячного количества осадков июля. Прогноз на 2021 г. представлен снижением осадков июля на обеих метеостанциях.