Полученные за отчетный период 2010-2012 г. важнейшие результаты:

за 2010 г: 1. Исследована динамика локализации горизонтальных градиентов среднемесячной температуры и месячной суммы осадков, определяемых размещением полярного фронта, в периоды 1931-1960, 1961-1990 и 1991-2007 гг. Отмечено, что повышение градиентов осадков происходит по обе стороны от полярного фронта, а повышенные градиенты температуры локализуются южнее его. Локализация и величина градиентов температуры очень слабо менялись во все рассмотренные периоды и могут быть охарактеризованы как устойчивые. В то же время локализация и величина градиентов осадков менялись от одного периода к другому с выраженным ростом градиента в конце ХХ - начале XXI в.
По данным среднемесячной температуры на 1000 мб поверхности (реанализ UEA CRU. 2.5х2.5 град.) полоса повышенного градиента температуры прерывистая и состоит из нескольких максимумов: двух на Восточно-Европейской равнине и одном в Срединном регионе (Западная Сибирь и Северный Казахстан). Из-за расчета на более грубой сетке ареалы максимальных градиентов иногда выходят за пределы степной зоны (рис. 1). Расчет градиента месячных сумм осадков показывает, что на карте прослеживается полоса повышенного градиента осадков, перекрывающая полосу повышенного градиента температуры. Эта полоса состоит из большего количества максимумов, чем температурная. Максимумы локализуются преимущественно в степной и лесостепной зонах. Другой метод изыскания климатологического фронта на карте по повторяемости центров циклонов подтверждает выведенное выше размещение полярного фронта. Ареалы максимальной повторяемости центров циклонов локализуются вблизи полосы повышенного градиента температуры (рис. 1). Они могут расширяться и уменьшаться в течение лета, но всегда проявляются в разные климатические периоды. Осреднение градиентов температуры и повторяемости центров циклонов по долготе показывает, что максимальный градиент температуры летом локализуется преимущественно в полосе 51-52 град. с.ш. на Европейской территории России и в полосе 51-54 град. с.ш. в Срединном регионе (рис. 2). Максимальная повторяемость центров циклонов отмечалась примерно на один градус южнее полосы с максимальными градиентами температуры (рис. 3).
Восточно-Европейская ветвь полярного фронта достоверно выделяется по всем показателям. Азиатская ветвь фронта подтверждается в основном полем градиента температуры. Географическое размещение ветвей отличается от карты полярного фронта в июле С.П.Хромова только деталями. Локализация полярного фронта не выходит за пределы степной и лесостепной зон во все месяцы лета, а миграция фронта в течение лета малозаметна. Осреднение показателей по долготе в пределах Восточно-Европейской равнины свидетельствует, что максимальный градиент температуры летом локализуется преимущественно на 51-52 град. с.ш., а максимум повторяемости центров циклонов на 50-51 град. с.ш.
2.Размещение полярного фронта в разные климатические периоды. Показатели размещения полярного фронта свидетельствуют о его стабильности в периоды 1936 (1948)-1960 и 1961-1990 гг. В период 1991-2007 гг. максимальная повторяемость центров циклонов на территории Европейской России отмечалась на 47-48 град. с.ш., в то время как в 1948-1990 гг. она была примерно на 50 град. с.ш. (рис. 3). Это смещение повторяемости к югу подтверждается значимым расширением полосы максимального градиента осадков. Максимальный градиент температуры над Европейской Россией, осредненный по долготам, локализуется на широте 51-52 град. во все три климатических периода (рис. 2). Но в период 1948-1960 гг. полоса с максимальными градиентами становится более широкой (51-54 град. с.ш.), чем в остальные эпизоды. Восточнее 60 град. долготы (Западная Сибирь) полоса максимального градиента температуры простирается от 51 град. до 54 град. с.ш.
3.Качество воспроизведения полярного фронта по данным численного эксперимента на РКМ ГГО (1991-2000 гг.). Региональная климатическая модель ГГО, в общем, воспроизводит Восточно-Европейскую ветвь полярного фронта по данным градиента температуры. В отличие от ветви, построенной по наблюдениям, модельная ветвь проходит севернее и имеет строгое направление вдоль 55 град. с.ш. (рис. 4).


Рис.1. Размещение полярного фронта


Рис.2. Широтное изменение градиента температуры за лето в заданные климатические периоды а) Восточно-Европейская равнина (30°-60° в.д.) б) Срединный регион (Западная Сибирь и Казахстан (60°-90° в.д.)


Рис.3. Повторяемость центров циклонов за лето в заданные климатические периоды а) Восточно-Европейская равнина (30°-60° в.д.) б) Срединный регион (Западная Сибирь и Казахстан) (60°-90° в.д.)


Рис.4. Широтное изменение градиентов температуры в период 1991-2000 гг. по данным модели РКМ ГГО (град.С). (пунктир – июнь, сплошная - июль, сплошная полужирная - август)

за 2011 г: 1. Исследована динамика локализации горизонтальных градиентов среднемесячной температуры и месячной суммы осадков, определяемых размещением полярного фронта, в периоды 1931-1960, 1961-1990 и 1991-2007 гг. Отмечено, что повышение градиентов осадков происходит по обе стороны от полярного фронта, а повышенные градиенты температуры локализуются южнее его. Локализация и величина градиентов температуры очень слабо менялись во все рассмотренные периоды и могут быть охарактеризованы как устойчивые. В то же время локализация и величина градиентов осадков менялись от одного периода к другому с выраженным ростом градиента в конце ХХ - начале XXI в.
2.Размещение полярного фронта определяет географическое распределение осадков сезона активной вегетации, особенностью которого является формирование устойчивого максимального зонального градиента осадков на Восточно-Европейской равнине (51-52 град. с.ш.) и на Западно-Сибирской низменности (53-54 град. с.ш.). Максимум градиента осадков на Восточно-Европейской равнине сохраняется и в случае учета осадков холодного периода (рис. 5).
3. Размещение полярного фронта влияет на формирование контрастности степной растительности на юго-востоке Восточно-Европейской равнины в полосе 51-52 град. с.ш. (рис.6), в которой происходит переход от подзоны южной (сухой) степи к подзоне средней степи. Южные степи маркируются участием в качестве полукустарничков содоминантов в типчаково-ковыльных сообществах. Более продуктивные средние степи характеризуются господством типчаково-ковыльных степей с участием ксерофильного разнотравья.


Рис. 5. Изменение среднего градиента суммы осадков в а) мае – августе и б) ноябре-августе с широтой на территории 47-55 град. с.ш. и 45-60 град. в.д. за период 1986-2009 гг.: 1 – 1986-1990, 2 – 1991-1995, 3 – 1996-2000, 4 – 2001-2005, 5 – 2005-2009 гг.


Рис. 6. Изменение среднего градиента NDVI MODIS (июль) с широтой на территории 47-55 с.ш. и 45-60 в.д. за период 2001-2010 гг.

за 2012 г: Получена оценка качества расчета положения восточно-европейской ветви полярного фронта по данным наблюдений и результатам численных экспериментов с моделями общей циркуляции атмосферы и океана (ECHAM, CSIRO, CCC_T47, CCSR_me, ECHO, IPSL, CNRM) в летний сезон 1980-1999 гг. и прогноз его возможного изменения к середине XXI в. (2046-2065 гг.). Рассмотрен наиболее простой метод выявления положения фронта на карте на основе определения областей повышенных градиентов температуры. Установлено, что положение и характеристики полярного фронта удовлетворительно воспроизводятся четырьмя (CNRM, CCC_T47, CSIRO, ECHAM) из семи моделей. По данным остальных моделей фронт оказывается заметно смещенным и имеет иную пространственную ориентацию по сравнению с положением фронта по наблюдениям. Среди возможных причин неудовлетворительного воспроизведения фронта следует отметить, в первую очередь, погрешности расчета глобальными моделями региональной атмосферной циркуляции. Так, например, смещение путей перемещения циклонов, занижение их числа и глубины в моделях относительно данных наблюдений может заметно искажать энерго- и массобмен между умеренными и высокими широтами. Ошибки в описании меридионального переноса тепла и влаги могут в свою очередь заметно сказываться на качестве расчета таких характеристик полярного фронта, как его пространственная ориентация и интенсивность.
Оценки полярного фронта по модели CCC_T47 и данным наблюдений за период 1980-1989 имеют близкую пространственную ориентацию, однако фронт по данным модели смещен на градус севернее. При сравнении положения полярного фронта по модели CNRM с наблюденным их положения совпадают только до 51 град. в.д., а восточнее модельный фронт смещается в юго-восточном направлении на территорию Казахстана. Полярный фронт по модели CSIRO в 1980-1999 гг. ориентирован несколько больше в меридиональном направлении по сравнению с фронтом по данным анализа наблюдений. По расчетам этой модели градиенты температуры в области фронта характеризуются малыми абсолютными значениями, а также устойчивым положением в летние месяцы. По результатам численного моделирования в ситуации возможного потепления к середине XXI в. в среднем от 1.3 до 2.5 град. С ожидаемое положение полярного фронта не подвергнется существенным изменениям, хотя изменения градиентов температуры по данных климатических моделей CNRM, CCC_T47, CSIRO и ECHAM в 2046-2065 гг. по сравнению 1980-1999 годами являются статистически значимыми на уровне 95%. В целом, несмотря на значительный межмодельный разброс положение фронта к середине XXI в. по данным рассмотренных четырех моделей прогнозируется достаточно устойчивым. Заметного смещения максимальных зонально осредненных значений градиента температуры по данным этих моделей в период 2046—2065 гг. в меридиональном направлении не ожидается (рис. 7). Степень доверия возможным изменениям положения полярного фронта определяется в значительной степени качеством расчета современными моделями характеристик атмосферной циркуляции, в частности глубины, числа и направления перемещения циклонов. Применяемые в данном исследовании модели CMIP3 имеют сравнительно невысокое разрешение (100-300 км) и, по-видимому, несколько недооценивают циклоническую активность на данной территории. Здесь открываются перспективы для использования моделей более высокого разрешения, в том числе региональных, имеющих шаги сеток в диапазоне 10-100 км и описывающих больший спектр атмосферных исследований.
В данном проекте положение восточно-европейской ветви полярного фронта и его изменения над Восточно-Европейской равниной летом исследованы по результатам численного моделирования климата на региональной климатической модели (РКМ) ГГО в периоды 1991-2000 и 2041-2050 гг. РКМ встроена в глобальную модель общей циркуляции атмосферы ГГО T24L14 и имеет горизонтальное разрешение 50 км. Расчеты выполнены по сценарию эмиссий парниковых газов и аэрозолей B2 МГЭИК, дающему умеренный рост содержания парниковых газов в атмосфере в XXI в. РКМ ГГО с наименьшими ошибками воспроизводит температуру в центральной части территории. Поле температуры более всего искажается моделью на юге и востоке, что связано с влиянием орографических эффектов (Кавказ и Урал). Сравнение градиентов температуры по модели и данным наблюдений за период 1991-2000 гг. показывает, что модель удовлетворительно воспроизводит полярный фронт. Но модельный фронт имеет более широтно-ориентированное направление, чем фронт по данным наблюдений. Среднеширотное положение фронта составляет 52-53 град. Прогнозируемое на исследуемой территории предстоящее потепление в 2041-2050 гг. не превысит 0.7 град. С, причем интенсивность потепления будет снижаться по направлению с юга на север. Оценка прогноза положения полярного фронта в 2041-2050 гг. по сравнению с 1991-2000 гг. свидетельствует об относительно устойчивом положении фронта в будущем, хотя есть небольшая вероятность его смещения примерно на один градус широты к югу (рис.8).



Рис.7. Широтное изменение градиента температуры (° С) за лето в период 1980-1999 гг. (пунктирная линия) и 2046-2065 гг. (сплошная линия) над Восточно-Европейской равниной по данным МОЦАО: а) CCC_T47, б) CNRM, в) CSIRO, г) ECHAM.


Рис.8. Широтное изменение градиента температуры (° С) за лето в период 1991-2000 гг. (пунктирная линия) и 2041-2050 гг. (сплошная линия) над Восточно-Европейской равниной по данным РКМ ГГО.

Новизна заключается в следующих полученных в проекте результатах:
1) Восточно-Европейская ветвь полярного фронта достоверно выделяется по всем показателям. Азиатская ветвь фронта подтверждается в основном полем градиента температуры.
2) Локализация полярного фронта не выходит за пределы степной и лесостепной зон во все месяцы лета, а миграция фронта в течение лета малозаметна.
3) Смещение к югу локализации центров циклонов на Восточно-Европейской равнине в период интенсивного глобального потепления (1991-2007 гг.) по сравнению с периодом 1948-1990 гг.
4) Удовлетворительное воспроизведение полярного фронта численными экспериментами на РКМ ГГО в заданную декаду 1991-2000 гг.
5) Интенсификация глобального потепления в конце ХХ - начале XXI веках проявилось в смещении Восточно-Европейской ветви полярного фронта к югу, что подтверждается смещением максимальной повторяемости центров циклонов и обострением градиента осадков. Градиент температуры оставался устойчивым в периоды 1931-1960, 1961-1990 и 1991-2007 гг.
6) С полярным фронтом связано формирование зонального сигнала в поле осадков сезона активной вегетации на юго-востоке Европейской России (51-52 град. с.ш.) и в Западной Сибири (53-54 град. с.ш.).
7) Размещение полярного фронта летом и обусловленные им осадки поддерживают контрастность степной растительности Европейской России на 51-52 град. с.ш.
8) Положение восточно-европейской ветви полярного фронта к середине XXI в. по данным рассмотренных четырех глобальных климатических моделей (CNRM, CCC_47, CSIRO и ECHAM) прогнозируется достаточно устойчивым.
9) Региональная климатическая модель РКМ ГГО прогнозирует устойчивое положение восточно-европейской ветви полярного фронта к середине XXI в. с небольшой вероятностью его смещения к югу.