Мониторинг климата, оценка климатических изменений и их
реклама
МОНИТОРИНГ КЛИМАТА, ОЦЕНКА КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ И ИХ ВЛИЯНИЯ НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ Н.А.Агальцева Т.Ю.Спекторман Среднеазиатский научноисследовательский гидрометеорологический институт (САНИГМИ) им. В.А.Бугаева Основные вопросы 1. Сценарии изменения климата: • • на основе зависимостей между глобальной температурой и региональными климатическими характеристиками; на основе выходных результатов глобальных климатических моделей 1. Анализ наблюдаемых трендов стока и циклических колебаний 2. Ледниковые запасы и климатические изменения 3. Оценка изменения водных ресурсов при возможных изменениях климата Климатические исследования в Узбекистане ведутся в Среднеазиатском Научно-исследовательском институте (САНИГМИ) и в рамках проектов, выполняемых при поддержке GEF и UNDP «Узбекистан - изучение страны по изменению климата», Фаза 1 и Фаза 2 Фаза 1 проекта завершена в 1999 году, Фаза 2 в 2001 Разработано и представлено на Конференции сторон по РКИК ООН в Бонне Первое Национальное сообщение по изменению климата и отчет по второй фазе, где изложены основные результаты • • • • • В настоящее время ведется широкая научная дискуссия о величине антропогенного вклада в увеличение концентрации парниковых газов в глобальное потепление Независимо от величины вклада, повышение концентрации парниковых газов и глобальное потепление являются неоспоримыми фактами Недооценка существующей угрозы может привести к сильнейшим негативным и необратимым последствиям, особенно в развивающихся странах В Узбекистане ведутся работы по изучению и оценке происшедших изменений, построению климатических сценариев, необходимых для оценки последствий изменения климата Выявление индикаторов изменения климата основано на данных инструментальных наблюдений 0.6 Индикатор изменения глобального климата 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Изменение средней глобальной температуры воздуха относительно базовой нормы 1961-1990 годов В начале XXI века средняя глобальная температура воздуха примерно на 0.6°С выше, чем в начале ХХ века Ant13200 Региональные индикаторы изменения климата -1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2000 год и 1941 год, были самыми теплыми за весь период инструментальных наблюдений в Узбекистане N 1.5 W E S 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 1933 1939 1945 1951 1957 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999 Число дней Продолжительность жаркого периода ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖАРКОГО ПЕРИОДА 90 70 50 30 10 1961 Число дней 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 Наблюдается значительное изменение продолжительности жаркого (t >25°C) и холодного (t <10°C) периодов года ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД Продолжительность холодного периода 175 ( Самарканд ) период наблюдений 1961-2000 165 155 145 135 125 115 105 1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 Многолетние изменения годовых сумм осадков 2000 год (68.6% от нормы) N •На фоне высокой W S изменчивости осадков прослеживаются существенные вариации осадков 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1933 1939 1945 1951 1957 Ano1320 > 40 40 - 60 60 - 80 80 - 100 100 - 120 120 - 140 >160 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999 E % 150 Ташкент Фергана 100 50 0 -50 -100 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 % 150 Ургенч Тамды 100 50 0 -50 -100 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 В предгорной зоне Узбекистана очень сильная засуха весной (дефицит осадков более 50%) наблюдается 1-3 раза за 100 лет. 2000 В зоне пустынь и полупустынь очень сильная весенняя засуха в среднем наблюдается 1 раз в 10 лет, а засуха с дефицитом 20% в 3-4 раза чаще. Данные мониторинга климата показывают: •на территории Узбекистана отмечается повышение температур воздуха и изменение продолжительности холодного и жаркого периодов года; • наблюдается усиление засушливости климата; • экстремально сухие годы в большинстве случаев фиксируются синхронно по всей территории республики; • наибольший вклад в годовой тренд роста засушливости вносит летний сезон. S 1 0.5 0 Тамды Чимбй -0.5 -1 -1.5 Индекс засухи -2 1927 1937 1947 1957 1967 1977 1987 1997 Как влияет наблюдаемое потепление на формирование водных ресурсов? Приток в Чарвакское водохранилище 400 350 300 250 200 150 100 1932 1942 Приток 1952 в1962 1972 1982 1992 2002 Андижанское водохранилище 2012 2022 250 200 150 Выделенные колебания имеют квази-циклический характер и отражают колебания осадков 100 50 0 1932 Наблюдаемые колебания притока в водохранилища (календарный год) Выделенные гармонические тренды (с периодом порядка 37 и 10 лет) описывают от 4 до 20% дисперсии исходных рядов 1942 1952 1962 1972 1982 1992 2002 2012 2022 Зеравшан - Дупули 220 200 180 160 140 120 100 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 Анализ временных рядов стока, с существенной долей ледникового питания, показал наличие положительного линейного тренда и колебаний порядка 22-23 года, которые также проявляются во временных рядах температуры воздуха Наблюдаемые тренды стока и циклические колебания (календарный год) Выделенные тренды (с периодом порядка 22-23 года и 5 лет) описывают от 14 до 29% дисперсии исходных рядов Оценка стока на перспективу на основе наблюдаемых трендов •Следует иметь ввиду, что экстраполяция линейных положительных трендов, наблюдаемых во временных рядах стока, имеющих значительные ледниковые и снеговые составляющие, будет давать реалистичную оценку только до тех пор, пока не исчерпаются компенсационные возможности ледников и снежного покрова в горах, при условии неизменных тенденциях роста температур воздуха в регионе •Наблюдаемое глобальное потепление напрямую связывается с увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере. Скорость и величины глобального потепления и его отклик в отдельных регионах зависят от величин глобальных выбросов парниковых газов в атмосферу Земли в будущем Климатические сценарии при удвоении концентрации СО2 в атмосфере (осреднение по равнинной территории Узбекистана) dT(oC) 14 T(oC) 30 CCCM 12 25 UK MO 10 20 8 15 6 10 4 5 2 0 0 -5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 GFDL GI S S 12 Данные Национального центра атмосферных исследований США (NCAR). Климатические сценарии при удвоении концентрации СО2 в атмосфере (осреднение по равнинной территории Узбекистана) R (GSMs), % Равнина R, мм 350 25 300 20 250 CCCM UKMO 200 15 150 10 100 GFDL GISS R 5 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Сценариям осадков свойственна большая неопределенность, особенно в летние месяцы. Изменение годовых сумм осадков в пределах 89- 126% от современных норм Построение сценариев на ближайшую перспективу ( база данных SCENGEN, разработанная в Университете Восточной Англии в рамках National Communication Support Program ) • В данном варианте использованы выходные результаты моделей в переходном состоянии для условий средней чувствительности климата к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере в соответствии со сценарием выбросов IS92а (сценарий невмешательства) с учетом влияния сульфатных аэрозолей •Статистическая интерпретация результатов моделей в узлах регулярной сетки выполнена с применением концепции «идеального прогноза». Статистические связи строились на диагностических данных, а применялись к выходным результатам моделей. В качестве предикторов использовались осредненные аномалии в узлах сетки, в качестве предиктантов - фактические данные по станциям Узбекистана и прилегающей горной территории. Расположение опорных климатических станций Узбекистана 2 UKTR Ожидаемые по различным моделям изменения Равнина, среднемесячных точка 1 температур (отклонения в °С от базовой нормы 1961-1990 годов) к 2020 году HadCM 2 1.5 GFDL-TR ECHA M 4 CSIRO-TR 1 0.5 0 JA N FEB M AR AP R M AY JUN JUL AUG S EP OCT NOV DE C 2 UK TR HadCM 2 1.5 G FDL-TR E CHA M 4 CS IRO -TR 1 0.5 0 JA N Горы, точка 2 FE B MAR APR MAY JUN JUL A UG SEP O CT NO V DE C Современная базовая норма среднемесячной температуры воздуха в январе (а) и ее ожидаемое значение к 2050 году (б) в соответствии со сценарием эмиссии IS92a и учетом влияния сульфатных аэрозолей (статистическая интерпретация результатов модели ЕСНАМ4) Сколько будет воды ? Главные водные артерии : Амударья - водоносность - 78.5 куб.км в год Сырдарья - водоносность - 37.1 куб.км в год Температура по Узбекистану На фоне повышения температур воздуха происходит деградация горного оледенения, уменьшение запасов снега в бассейнах горных рек Реакция ледника на изменение климатических параметров (осадки, температура воздуха) носит инерционный характер, причем запаздывание зависит от площади, колеблясь от 0 до 10 лет. 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 1933 1939 1945 1951 1957 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999 ИЗМЕНЕНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПАМИРО-АЛАЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА CHANGES OF THE PAMIR-ALAY GLACIATION EXTENT IN THE 2nd PART OF XX CENTURY Ледники - единственные источники чистой воды в Средней Азии Каково их современное состояние и реакция на возможные изменения климата? ИЗМЕНЕНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПАМИРО-АЛАЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА CHANGES OF THE PAMIR-ALAY GLACIATION EXTENT IN THE 2nd PART OF XX CENTURY За 1968-98 гг. ледник Абрамова потерял 21 метр слоя воды - 18% массы К 2020 году ожидается потеря еще 17% запасов имеющегося льда Баланс массы ледника Абрамова в 1977 г. (-161 cм). 100 0 -100 -200 -300 -400 -500 -600 -700 Abramov Glacier mass balance, 1977 (-161 cm). ИЗМЕНЕНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ ПАМИРО-АЛАЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА CHANGES OF THE PAMIR-ALAY GLACIATION EXTENT IN THE 2nd PART OF XX CENTURY During 1957 – 1980 the Pamir-Alay glaciers lost 113 km3 (19%) of their water Syrd arya R. Changes of glaciers volume, 106m3 Amudarya R. Климатические сценарии на основе МОЦ Были использованы выходные результаты четырех GCM в состоянии равновесия для современного уровня концентрации СО2 в атмосфере (контрольные прогоны) и при условии его удвоения (2хСО2): СССM - модель Канадского климатического центра, UKMO-модель Метеорологического бюро Соединенного Королевства, GFDL - модель Лаборатории геофизической гидродинамики США, GISS - модель Института Годдарда по космическим исследованиям. Оценка количества водных ресурсов на перспективу Интегральная оценка стока Сырдарьи и Амударьи проведена с использованием модели формирования стока горных рек при различных климатических сценариях 120 Ожидаемое изменение водных ресурсов (км3/год)Амударьи и Сырдарьи 100 80 78,5 76,1 78,5 75,3 60 Амударья 62 47,1 Сырдарья 40 20 0 37,9 39,4 37,9 37,1 32,2 27,3 Norma R2030 GFDL GISS UKMO CCCM • Основной вывод. Ни один из сценариев климата не дает в будущем увеличения водных ресурсов в отличие от имевшихся ранее оценок • В условиях современного дефицита водных ресурсов в Средней Азии, даже небольшое, но устойчивое их уменьшение представляет серьезную проблему Математическая модель формирования стока горной реки Модель формирования снежного покрова Qпов q E q~ = q − Qпов Расчет талого и дождевого поступления Модель формирования стока с ледников Q1 W1 Q Q1.2 Q2 W2 P Модель трансформации в сток Qmin Схема модели трансформации стока в бассейне горной реки WINDOWS-98 Структура АИСГП AUTOM ATED IN F O R M A T IO N A L S Y S T E M A IS H F H Y D R O M E T E O R O L O G IC A L IN F O R M A T IO N DATABASE SO FTW ARE M ODEL SERVER P R O C E S S IN G G R A P H IC IN T E R F A C E Оценка чувствительности речных водосборов к изменениям климатических параметров 10 1 2 3 4 Q, % от нормы -10 -30 -50 Ахангаран Чаткал Пскем Приток в Чарвакское вдхр Вахш Кугарт Зеравшан В условиях современного дефицита водных ресурсов в Средней Азии, даже небольшое, но устойчивое их уменьшение представляет серьезную проблему 2000 год может быть аналогом будущего потепления Экстремальное маловодье, отмеченное в вегетационный период 2000 года было следствием дефицита осадков зимой < 40 40 - 80 80 - 120 120 - 160 160 - 200 200 - 300 > 300 90 80 70 норма 60 3 м /сек Февраль сумма осадков, % от нормы 2000 50 40 30 20 10 0 X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX Гидрограф стока, река Ахангаран Пскем - Муллала, 2000 Central Asian Hydrometeorological Institute Q, куб. м/с Экстремальное маловодье, отмеченное в вегетационный период 2000 года было следствием дефицита осадков зимой 200 Нормы 2000 Прогноз 100 0 X XII I II III IV V VI VII Чаткал - Худайдодсай, 2000 Q, куб. м/с 400 300 Нормы 2000 Прогноз 200 100 0 X 22 XI XI XII I II III IV месяцы V VI VII VIII IX Гидрографы стока рек Пскем и Чаткал VIII IX В данной работе поставлена задача построить региональные климатические сценарии на ближайшую перспективу (к 2025 году). Выходные результаты моделей в состоянии равновесия позволяют получить оценки изменений температуры и осадков только на гипотетический момент удвоения концентрации СО2 в атмосфере (2хСО2) и т.о. их нельзя использовать для построения сценария на ближайшую перспективу Учитывая существующую неопределенность МОЦ и необходимость при построении региональных сценариев климата отразить возможный в будущем весь диапазон изменений, нами в качестве основы выбраны две модели: 1) НаdCM2 (UK, Hadley Centre); 2) ЕСНАМ4 (Germany, Max Planck Institute). а) 340 335 325 3 Q, м .с 330 320 315 310 305 Норма ECHAM4 HadCM2 IS92ab б) 1000 980 940 3 Q, м /с 960 920 900 880 860 Норма ECHAM4 HadCM2 IS92ab Изменение притоков воды в Чарвакское (а) и Нурекское (б) водохранилища при различных климатических сценариях Ожидаемое изменение водных ресурсов основных рек бассейна Аральского моря при реализации различных климатических сценариях (в % от базовой нормы) Климатические сценарии Базовая норма (км3/год) ECHAM4 HadCM2 IS92ab Сырдарья 37,9 -2 -1 -2 Амударья 78,5 -3 -3 -4 Река Выводы • На данных наблюдений последних лет показано, что на территории Узбекистана уже в настоящее время наблюдаются опасные изменения в региональной климатической системе Выявленные изменения оказывают влияние • • • на агроклиматические и биоклиматические ресурсы на интенсификацию происходящих в республике процессов деградации земель на усиление дефицита водных ресурсов Выводы Расчеты, выполненные по математической модели формирования стока горных рек, при реализации «переходных» сценариев изменения климата позволяют предположить, что в рассмотренном диапазоне изменения климатических параметров на ближайшие 20-30 лет не следует ожидать существенного изменения водных ресурсов. Однако при потеплении климата произойдет снижение средних за вегетационный период расходов воды. Возможные изменения стока этого периода будут лежать в пределах естественной изменчивости: от +3 до –2…7%. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ •Первое Национальное Сообщение Республики Узбекистан Рамочной Конвенции ООН об изменении климата / Подготовлено в рамках проекта "Узбекистан - изучение страны по изменению климата". - 1999. - 123 с. •Чуб в.е., Никулина С.П., Спекторман Т.Ю., Субботина О.И., Чанышева С.Г. Разработка региональных климатических сценариев // Бюллетень №1. Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. – Ташкент, 1999. •Спекторман Т.Ю., Никулина С.П. Сценарии возможных изменений климата Узбекистана и прилегающей горной территории на основе выходных результатов моделей общей циркуляции // Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по РКИК/ООН. Бюллетень № 1. – Ташкент: САНИГМИ, 1999. •Спекторман Т.Ю. Методика построения сценария изменения климата по территории Узбекистана с использованием концепции “идеального прогноза”.// Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по РКИК/ООН. Бюллетень № 5. – Ташкент: САНИГМИ, 2002. •Using a climate scenario generator for vulnerability and adaptation assessments: MAGICC and SCENGEN. Version 2.4, Workbook, Climatic Research Unit, Norwich, UK, May 2000. - 52 pp. • Агальцева Н.А., Боровикова Л.Н. Оценка уязвимости стока рек бассейна Аральского моря от возможных воздействий изменения климата. //Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Бюллетень №3, Ташкент, САНИГМИ, 1999. – С. 36-45. • Agaltseva N.A., Pak A.V. Evaluation and forecasting of the water availability on the rivers of Central Asia with the account of possible climate change, Espoo, Finland. 1998. Proceedings of the Second International Conference, volume 2. P. 940-946. • Агальцева Н.А., Боровикова Л.Н. Комплексный подход к оценке уязвимости водных ресурсов в условиях изменения климата / Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по РКИК/ООН. Бюллетень N 5. – Ташкент: САНИГМИ, 2002. • Перцигер Ф.И. Водные ресурсы ледникового бассейна: реакция на изменение климата // //Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Бюллетень №3, Ташкент, САНИГМИ. – 1999. – С. 31-36. • Чуб В.Е. зменение климата и его влияние на природно-ресурсный потенциал Республики Узбекистан, Ташкент 2000. – 251 с. • Чуб В.Е., Ососкова Т.А. Изменение климата и поверхностные водные ресурсы бассейна Аральского моря, //Информация об исполнении Узбекистаном своих обязательств по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Бюллетень №3, Ташкент, САНИГМИ, 1999. – С. 5-15. • Глазырин Г.Е., Щетинников А.С. Состояние оледенения Гиссаро-Алая в последние десятилетия и возможная его динамика в связи с будущими изменениями климата, - МГИ, вып.90, 2001, с.126-129.
