Многолетние циклы погодных условий вегетационного периода на юго-востоке Западно-Сибирской равнины
Какова же сумма ежегодная сумма осадков за 87 лет
Рассматривая особенности климата и варьирование погодных условий по годам, мы затронем часто обсуждаемую тему изменения климата.
Существует мнение о том, что в разные годы бывают циклы с более благоприятными условиями для сельского хозяйства, так называемые «влажные» годы, и циклы с неблагоприятными условиями, которые можно назвать «сухими» годами.
Мы предлагаем ознакомиться с анализом количества осадков, выпадающих в период с мая по август, по данным метеостанций, расположенных в типичной степи юго-востока Западно-Сибирской равнины. На рисунке 1 представлены точки, показывающие сумму осадков за май-август по годам за последние 87 лет (с 1936 по 2023 год). Однако анализировать этот график сложно, и, скорее всего, невозможно выявить какие-либо четкие тенденции или закономерности, такие как циклы или периоды.
Используя математические методы, в частности расчет трендов по скользящей средней, мы получили четкую картину периодов лет, когда наблюдалась тенденция либо повышения, либо понижения количества осадков за май-август (рис. 2). Естественно, в любом из этих периодов в отдельные годы происходили резкие колебания, однако это не изменяет общей направленности тенденции.
Оценка через скользящую среднюю позволяет выявить общую направленность тренда в каждом конкретном периоде. За 87 лет можно выделить четыре ключевых периода: два, в течение которых наблюдалось повышение количества осадков, и два, когда фиксировалась тенденция к их понижению за май-август. Продолжительность этих периодов составляет от 18 до 23 лет, в среднем — 21 год.
Рисунок 2 — Сумма осадков май-август (мм) за 87 лет (1936-2023 гг.) в среднем по типичной степи юго-востока Западно-Сибирской равнины (скользящая средняя по 9 точкам)
С 1936 по 1959 год наблюдалось увеличение осадков за май-август. Затем, в период с 1959 по 1981 год, осадки уменьшились. С 1981 по 2000 год снова наблюдался рост осадков, после чего, с 2000 по 2023 год, началось снижение.
Важно отметить, что в рамках этих общих тенденций могут происходить значительные колебания. Например, в 1989 году, в период повышения (1981-2000 гг.), за май-август выпало всего 70 мм осадков, что близко к месячной норме июля. В то же время, в 2018 году, в период понижения (2000-2023 гг.), осадков было 325 мм, что превышает годовую норму для типичной степи. Тем не менее, общая направленность тенденций остается неизменной.
Линейные тренды осадков
Для более четкой картины мы проанализировали тренды для каждого периода отдельно (рис. 3). При использовании метода скользящей средней для построения тренда по каждому периоду наблюдается более выраженная динамика. С 1936 по 1959 год и с 1982 по 2000 год количество осадков за май-август увеличивалось, в то время как в период с 1960 по 1981 год и с 2001 по 2023 год оно снижалось.
Рисунок 3 — Линейный тренд осадков за май-август (пунктир — скользящая средняя по 9 точкам, линия — повышающийся и понижающийся тренд за период)
В результате анализа мы подтвердили наличие периодов, когда количество осадков за май-август увеличивается или уменьшается. Однако это еще не позволяет считать эти периоды более или менее благоприятными для выращивания сельскохозяйственных культур.
Более правильно будет определять благоприятные циклы как те временные промежутки, когда скользящая средняя осадков, как в растущие, так и в падающие годы, находится выше среднемноголетнего уровня. Неблагоприятные циклы, наоборот, — это когда скользящая средняя ниже среднемноголетнего уровня. Среднемноголетнее количество осадков за май-август в типичной степи за анализируемый период составляет 165,7 мм (рис. 4).
Период с 1949 по 1963 год можно считать благоприятным циклом. С 1949 по 1959 год наблюдалось увеличение осадков, а с 1959 по 1963 год — их снижение. Тем не менее, в обоих случаях уровень осадков оставался выше среднемноголетней нормы. Важно отметить, что в течение этого 15-летнего благоприятного периода только в 2 года (1952 г. и 1955 г.) условия были крайне неблагоприятными, когда осадков выпало менее 100 мм. В то же время было 7 очень удачных лет, когда количество осадков превышало 200 мм.
В период с 1964 по 1988 годы наблюдались как восходящие, так и нисходящие тренды, обе части которых находились ниже среднемноголетнего уровня осадков. За эти 25 лет лишь один год - 1986 - оказался особенно удачным, когда количество осадков превысило 200 мм. Следующий этап, охватывающий 24 года с 1989 по 2013 годы, был более благоприятным. В этот период в 8 из 24 лет (33%) уровень осадков превышал 200 мм, что указывает на улучшение климатических условий. Однако последние 10 лет (2014-2023) отмечены тенденцией к снижению осадков, из них два года (20%) оказались экстремально сухими, с осадками менее 100 мм, и столько - благоприятными.
Каким же будет прогноз на последующие года? 2024 год был очень влажным, даже избыточно влажным. За май-август выпало 234 мм осадков против нормы 165,7мм. Последние не означает, что мы имеем дело с предстоящим периодом благоприятных лет.
Исходя из закономерно проявляющихся периодов колебаний осадков за май-август, можно выделить чередующиеся циклы, которые приводят к очередному неблагоприятному этапу. Этот период начался с понижающегося цикла, начавшегося в 2000 году, и достиг своего минимума в 2023 году. Важно отметить, что уровень осадков ниже среднемноголетней нормы был зафиксирован уже в 2013 году. Это обстоятельство не дает оснований полагать, что с 2024 года мы вступим в цикл, когда количество осадков будет стабильно превышать среднемноголетние показатели.
Скорее всего, как и в предыдущие годы, продолжительность как благоприятных, так и неблагоприятных периодов составит около 24-25 лет. Ожидать более-менее стабильного увеличения осадков выше среднемноголетней нормы до 2035-2037 годов представляется маловероятным. Таким образом, следующий благоприятный период, вероятно, придется на 2035-2059 годы.
Как уже упоминалось ранее, и к этой теме мы еще не раз вернемся, в земледельческих зонах Западно-Сибирской равнины гораздо важнее не просто сумма осадков за май-август, а их распределение в течение этих месяцев. Осадки в мае определяют возможность корректировки сроков сева, тогда как дожди в июне и июле непосредственно влияют на формирование урожая. Важно рассмотреть, как изменяются осадки в разрезе месяцев как в периоды общего повышения, так и понижения суммы осадков за май-август.
На рассматриваемой территории можно выделить несколько интересных особенностей. В период двух повышающихся трендов, охватывающих 1936-1959 гг. (рис. 5) и 1982-2000 гг. (рис. 6), наблюдается незначительное снижение количества осадков в мае. В то время как в периоды понижающихся трендов, с 1960 по 1981 год (рис. 7) и с 2001 по 2023 год (рис. 8), количество осадков постепенно уменьшается: от умеренного уровня до значительно низкого. Май остается засушливым месяцем, и начиная с 1936 года, количество осадков в этом месяце неуклонно снижается.
В июне, напротив, в периоды повышающихся трендов 1936-1959 и 1982-2000 годов наблюдается рост осадков, который варьируется от умеренного до среднего уровня (рис. 5, 6). Наибольшее увеличение осадков в рамках возрастания общего количества осадков за май-август фиксируется именно в июле, как в абсолютных, так и в относительных показателях.
В периоды понижающихся общих трендов, охватывающих 1960-1981 годы (рис. 7) и 2001-2023 годы (рис. 8), наблюдается усиление засухи в мае. Снижение количества осадков также фиксируется в июне как в одном, так и в другом периоде. Это свидетельствует о том, что в периодах понижения суммы осадков за май-август засуха продолжается до июля. Однако ситуация в июле несколько иная: в период 1960-1981 годов количество осадков оставалось стабильным, в то время как в 2001-2023 годах наблюдается снижение во всех месяцах. Таким образом, последние два десятилетия характеризуются значительным ухудшением условий для сельского хозяйства в степи на протяжении всех месяцев активной вегетации культур.
Какие прогнозы на будущее?
Подводя итог, можно отметить, что количество осадков в мае за последние 87 лет неуклонно снижалось, несмотря на периодические повышения общего уровня осадков за май-август. Это означает, что май останется сухим, возможно даже более засушливым, чем в предыдущие десятилетия. Осадки в июне либо увеличиваются в годы общего роста, либо остаются на уровне среднемноголетних значений в периоды снижения. Однако в последние 22 года, на фоне общего уменьшения, наблюдается также значительное снижение. В июле, в период общего понижения осадков с 1960 по 1981 годы, уровень осадков оставался постоянным, а вот в период последнего понижения в июле, как и во все месяцы, наблюдался тренд на понижение. Все это в совокупности подтверждает тенденцию аридизации климата (процесс уменьшения степени увлажнения территорий).
Для земледельцев южной лесостепи важно понимать, что майские осадки никогда не были надежным источником влаги, а полагаться на июньские осадки рискованно. Более целесообразно и надежно рассчитывать на осадки в июле и, отчасти, в августе.
Мы проанализировали цикличность осадков на примере типичной степи, поскольку здесь дефицит влаги проявляется наиболее остро, создавая значительные контрасты между влажными и сухими годами. К сожалению, у нас нет столь обширных данных о количестве осадков за период с мая по август для других ландшафтно-географических типов климата, таких как северная лесостепь, южная лесостепь, колочная степь и сухая степь (см. Районирование юго-востока Западно-Сибирской равнины по ландшафтно-географическим типам климата).
Тем не менее, у нас есть данные за последние 19 лет (2005-2023) по этим ландшафтно-географическим типам климата. Учитывая, что в системе многолетних циклов, основанных на примере типичной степи, в период с 2000 по 2023 годы наблюдалось снижение количества осадков за май-август, можно предположить, что аналогичная тенденция характерна для всей территории юго-востока Западно-Сибирской равнины и для всех ландшафтно-географических типов климата.
Мы провели анализ методом трендов по скользящей средней для остальных четырех типов климата, представленных на данной территории. Результаты подтвердили, что закономерность цикличности осадков проявляется во всех изучаемых типах климата. На рисунке 9 представлены тренды изменения количества осадков за период с мая по август для различных ландшафтно-географических типов климата. В период с 2005 по 2023 годы наблюдается циклическая тенденция к снижению количества осадков за указанный период.
