Changes in Crimea’s climate over the recent decades

До недавнего времени изменение климата на планете обычно связывали с его периодическими изменениями на масштабах в десятки и сотни тысяч лет, обусловленными изменениями параметров орбиты Земли. Это так называемые циклы Миланковича, с которыми связаны сильные изменения температуры воздуха и воды, амплитуда которых достигала 10 градусов по Цельсию. Они широко известны как оледенения (ледниковые периоды) и межледниковья, неоднократно повторявшиеся на планете за последние 2 миллиона лет ^[1]. Так, по данным измерений содержания изотопов водорода и кислорода во льдах Антарктиды четко выделяется четыре таких периода за последние 420 тысяч лет. В этом смысле сейчас имеет место очередное межледниковье, начавшееся 11 тыс. лет назад, после чего должен наступить очередной ледниковый период (рис. 1). Из-за последнего оледенения (Вюрмского) 18 тыс. лет назад уровень океана был на 85 м ниже современного, а на севере материков, включая Скандинавский полуостров, Карелию и даже Москву, находились ледники толщиной 1-1,5 км.

До 1980 г. как раз эта теория была общепринятой, то есть утверждалось, что с конца 1930-х годов на планете происходит похолодание и это означает начало очередного ледникового периода. И действительно данные наблюдений за температурой воздуха в прошлом веке это подтверждали. Однако, с 80-х годов 20-го века данные измерений температуры приземного слоя воздуха и температуры воды в морях и океанах стали свидетельствовать о потеплении климата (рис. 2). Тогда и возникла современная теория глобального потепления, которое стали связывать с увеличением концентрации углекислого газа и некоторых других газов в атмосфере. По данным измерений концентрация этого газа в атмосфере уже превысила доиндустриальное значение на 40% и стала беспрецедентно большой за последние 1400 лет. Сейчас уже мало кто сомневается в его реальности: регулярно обновляются температурные рекорды, происходят беспрецедентно сильные наводнения, засухи, ураганы. За сто лет уровень океана из-за таяния ледников и теплового расширения воды поднялся на 10 – 20 см, причем уже 90-е годы его подъем шел в 3 раза быстрее, чем в среднем за 100 лет. То есть подъем уровня воды на сантиметр в год становится реальностью.

Рис. 1. Изменение температуры воздуха в умеренных широтах Европы по палеоклиматическим данным.

Стало ясно, что если раньше изменения температуры на 2 – 3 градуса происходили за несколько тысяч лет, то есть составляли порядка 0,1 градус за 100 лет, то только за последнее десятилетие с 2010 по 2020 г.г. изменение температуры составило свыше 0,2 оС. Пришло, также, понимание того обстоятельства, что скорость этого изменения существенно отличается в разных регионах и для разных времен года (сезонов). Кроме того, удалось выяснить, что сравнительно небольшой тренд глобального потепления проявляется на фоне очень значительной межгодовой изменчивости (рис. 2), что затрудняет осреднение полученных данных наблюдений и оценку этого тренда.

Рис. 2. Изменение средней температуры поверхностных вод в Черном море по данным прибрежных измерений.

Проведение климатических исследований в разных регионах стало настолько актуальным, что Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и организация ООН по охране окружающей среды (ЮНЭП) создали в 1988 г. межправительственную группу экспертов по изменению климата МГЭИК (IPCC). Каждые шесть лет эта группа готовит оценочные доклады, последний (пятый) доклад опубликован в 2014 г., шестой ожидается в мае 2020 г. По данным последнего доклада с 1880 г. температура приземного слоя воздуха увеличилась в среднем по планете на 0,85. Большое внимание в докладе уделяется и региональным отличиям ^[5].

Как правило, непосредственной причиной аномально теплых лет является изменение циркуляции воздуха в атмосфере, например, увеличение повторяемости теплых атлантических циклонов. Такая ситуация наблюдалась в Европейской части России зимой 2019/2020 года. В свою очередь, она связана с тем же таянием льдов Арктики, из-за чего вся система атмосферной циркуляции сместилась на север. Циркуляция вод океана также является важным климатическим фактором. Одним из возможных последствий глобального потепления, как известно, может стать так называемый «коллапс Гольфстрима», связанный с распреснением поверхностных вод в районе образования глубинных вод вблизи Гренландии из-за таяния льдов ^[7]. При этом зимняя температура в странах Западной Европы может понизится на десятки градусов. Такого рода эпизоды, известные как события типа Дриас, уже имели место при переходе к голоцену 10 – 14 тысяч лет назад (рис. 1). В этом смысле парниковый эффект, способный изменить температуру всего на несколько градусов, сыграет роль триггерного механизма, запустив гораздо более мощный климатический механизм регионального похолодания. Несомненно, это затронет климат всей Европы, включая Крым. Говоря о столь сильных последствиях изменения климата на юге Европы и в Причерноморье, нельзя не вспомнить и Библейский потоп. По современным представлениям ему соответствует катастрофический подъем уровня Черного моря в результате соединения его со Средиземным морем 5 – 7 тысяч лет назад уже во время голоцена. Разумеется, такого рода события происходят в результате длительных процессов, создающих неустойчивость в климатической системе в течение сотен и тысяч лет, однако являющаяся их следствием климатическая катастрофа реализуется на масштабах всего нескольких лет.

Пока же данные наблюдений за последние десятилетия свидетельствуют о постепенном потеплении климата Европы. По сравнению со средней температурой за 1961-1991 гг. температура воздуха к 2014 г. увеличилась по земному шару на 0,8°С, по северному полушарию – на 1,2 ℃, по странам СНГ – на 1,5 ℃, а в Центральном федеральном округе России – на 2,1 ℃. В Крыму за последние 30 лет среднегодовая температура повысилась на 1,5 ℃. Таким образом, темпы изменения климата в Крыму и в России в целом в 2-3 раза превышают средние по планете.

По данным расчетов с помощью климатических моделей для юга Европы и Средиземноморья одним из основных ближайших последствий изменения климата станет усиление его засушливости. По прогнозам 5-го оценочного доклада в первой половине 21-го века здесь негативные последствия изменения климата будут гораздо сильнее, чем в Северной Европе. Ожидаются сильные волны жары, уменьшение осадков, в связи с чем, в частности, прогнозируются серьезные проблемы с водоснабжением населения и значительный ущерб для сельского хозяйства, в том числе виноградарства. Ожидается проникновение новых видов растений и животных в экосистему Крыма, а также изменение сроков цветения растений и миграции птиц. Впрочем, и для Европы наряду с сильными наводнениями также прогнозируются дефицит воды и лесные пожары.

Современные исследования показывают, что на фоне глобального потепления достаточно сильно проявляются естественные колебания климата с периодами до 20 лет, связанные, например, с теплыми эпизодами Эль-Ниньо или Северо-Атлантическим колебанием. Таким образом, важно исследовать изменение климата за достаточно большой интервал времени, 50-60 лет чтобы делать на их основе долгосрочные климатические прогнозы.

Большинство работ в этой области связано с анализом только среднегодовых значений температуры воздуха по данным гидрометеостанций ^[6], тогда как в Пятом докладе IPCC подчеркивается важность изучения изменения среднемесячных и сезонных температур. В известном смысле среднегодовые значения маскируют происходящие изменения. Известно, например, что в конце 20-го века, судя по данным о среднемесячных температурах, январские и летние температуры в Крыму увеличивались, а февральские, весенние и осенние – уменьшались (рис. 3). При этом темпы изменения среднегодовой температуры были на порядок меньше, чем сезонных температур. Оценка трендов для периода 1980-1999 годов показала, что потепление значимо в Севастополе во все летние месяцы даже при уровне доверия 95 %, в Ялте оно значимо летом при уровнях доверия 80-90 %, а в Феодосии значимым оказался только тренд похолодания в декабре. В июле тренд потепления в отдельные месяцы за этот период достигал в Севастополе 1.75°С /10 лет, а тренд похолодания в Феодосии -1.63°С за 10 лет. Анализ данных по температуре воды показал, что максимальные тренды также приходятся на летние месяцы. Для июля и августа тренды, как правило, значимы при уровне доверия 90 % ^{[3, 4]}.

Рис. 3. Линейные тренды изменения среднемесячных температур за период 1970 – 2000 г.г.: 1 - в Севастополе, 2 - в Феодосии.

Согласно соответствующим прогнозам, приведенным в Пятом оценочном докладе, в большинстве регионов будет больше аномально жарких периодов и меньше дней с сильными морозами. Но при этом вовсе не исключаются и аномально низкие температуры. Следует отметить, что именно этот показатель (абсолютный минимум температуры) сильно отличается в разных регионах Крыма. Самые низкие температуры, отмеченные за все время наблюдений, составляет для Крыма - 36, для Севастополя - 24, для Ялты - 18.

Для России вообще одним из главных последствий потепления является увеличение в разы частоты повторяемости опасных гидрометеорологических явлений. Так, для севера Евразии уже к 2050 г. прогнозируется увеличение повторяемости аномальных температур и осадков в 2-4 раза. Это означает, что если в 1990-х годах подобные аномалии случались раз в 20 лет, то к 2050 г., они будут происходить уже раз в 5-10 лет. К таким явлениям относятся, например, сильные паводки и волны жары. Такого рода аномально высокие температуры наблюдались летом 2010 г. Тогда в 2,5 раза увеличились вызовы скорой помощи по причине инсультов, в 5 раз – из-за пневмонии. Повышение температуры также сопровождается в ряде регионов распространением возбудителей опасных болезней – клещей и малярийных комаров. Из-за сильных осадков усиливается опасность оползней. Однако, по статистике наибольший ущерб из-за изменения климата в России приходится именно на засухи (50%), тогда как ущерб от наводнений составляет только 25%.

Повторяемость аномальных явлений пропорциональна их вероятности, которая обычно описывается нормальным (гауссовским) распределением. Пусть x – отклонение от среднего значения температуры, тогда его вероятность:

P(x) , ( 1 )

где Ϭ – среднеквадратичное отклонение значений х. График этого распределения представляет куполообразную кривую, симметричную относительно оси ординат. При потеплении климата увеличивается среднее значение температуры и поэтому на графике этот «купол» смещается на x вправо по оси абсцисс. Соответственно вероятность аномалии величиной △x при этом меняется на △Р = △x. Но входящая сюда производная сама пропорциональна х:

x , ( 2 )

так что относительное изменение повторяемости аномалии температуры △Р/Р пропорционально величине самой аномалии х. Это означает, что наиболее сильно меняется повторяемость больших аномалий, для высоких температур она увеличивается, для низких – уменьшается. То есть именно волны сильной жары становятся заметно чаще, а сильные морозы – заметно реже.