V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение изменения климата Архангельской области на основе анализа метеоданных

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шумилов М.В. 1

---

1МБОУ "Верхнетоемская СОШ"

Шумилова М.В. 1

---

1МБОУ "Верхнетоемская СОШ"

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

То, что за последние 150 лет изменился термический режим атмосферы, сомнений уже не вызывает. В IV Докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата 2007г. [Climate Change,2007], получившей Нобелевскую премию мира, однозначно утверждается факт глобального потепления климата примерно на 1-1,5 градуса. Ученые отмечают, что за ХХ век климат в России потеплел в два раза быстрее, чем во всем мире, а за последние 10 лет скорость потепления увеличилась в несколько раз, по сравнению с предыдущим столетием [2]. Особенно быстро теплеет в Арктике и зоне Севера, что уже отражается на экосистемах и жизни людей. Риск возникновения чрезвычайных ситуаций, крупномасштабных природных катастроф представляет собой угрозу, как для населения России, так и для объектов экономики страны. Таким образом, изучение изменения климата является актуальной темой научных исследований.

Цель: исследовать изменение климата в Архангельской области на основе анализа метеоданных

Задачи:

• Проанализировать литературу, источники информации по теме
• Выбрать пункты для метеооценки климатических показателей
• Побывать на местной метеостанции и взять интервью у работника
• Провести анкетирование школьников
• Собрать информацию о наблюдениях климата у старожилов
• Статистически обработать информацию сайтов и архивов погоды
• Сделать выводы о тенденциях изменений климатических показателей в Архангельской области по сравнению с изменением климата в России

Объект исследования: климат Архангельской области

Предмет исследования: архивные метеоданные

Методы: анализ, фильтрация данных, статистический, интервью, анкетирование.

Гипотеза: Климатические изменения в Архангельской области носят характер глобального потепления

Актуальность: Изменения характеристик климата на территории России могут иметь многочисленные и потенциально серьезные последствия. Для получения объективных оценок ущерба или же выгод от изменения климата, необходимы суммирование, систематизация и анализ климатической информации.

Основная часть

Климат Архангельской области

Архангельская область располагается на севере Восточно-Европейской равнины. Климат области умеренно-континентальный, на северо-западе – морской, на северо-востоке – субарктический. Зимний период характеризуется устойчивыми морозами: среднемесячная температура (далее t) в январе составляет от −12 °C на юго-западе до −18 °C на северо-востоке. Летний период непродолжительный и прохладный: среднемесячная t июля колеблется от 16–17,6 °C на юге области и до 8 – 10 °C на севере. Это зона повышенной влажности, за год выпадает осадков 400 - 600 миллиметров в год. В течение календарного года определяется крайне неустойчивый характер погоды, как и частая смена воздушных масс, поступающих из Арктики и средних широт. [7].

Мы решили выбрать для оценки метеоданных 3 объекта в Архангельской области (рис.1): областной центр, расположенный на севере – г. Архангельск (64^o30' с. ш.; 40^o44'в. д.), город Котлас (61^о16' с. ш.; 46^о38' в. д.) – крупный транспортный узел на юге области, и наш районный центр, занимающий промежуточное

Верхняя Тойма

положение – с. Верхняя Тойма

Рис. 1

(62^о6' с. ш.; 45^о4' в. д.). Географически эти объекты расположены по оси с с-з на ю-в Архангельской области. Климатические показатели данных пунктов представлены в Приложении 1, таблица 1-3.

Сбор метеоданных

Экскурсия на местную метеостанцию М-2

Анализ особенностей современного климата показывает, что он создается под совместным действием естественных и антропогенных факторов. Метеоданные, с которыми нам предстояло работать, фиксируются на метеостанциях, и далее передаются в областной Гидрометцентр и в Москву. Мы обратились к работнику метеостанции М-2 в с. Верхняя Тойма, Стуковой Наталье Борисовне (фото 1), чтобы взять у неё интервью и изучить особенности её работы.

На месте мы выяснили, что станция работает с 1934 года, сбор метеоданных проводится каждые 3 часа, 8 раз в сутки. Определяются параметры: видимость (визуально),

Фото 1.

облачность, явления (осадки и т.д.), t на поверхности почвы, t воздуха, t на глубинах 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2 м. А также определяются элементы влажности, направление и скорость ветра, атмосферное давление. Для эффективной работы станция М-2 оснащена приборами «Ива» (измеритель облаков), анеморумбометром, прибором видимости М-71 и др. Порядок производства наблюдений включает: фиксирование данных каждые 3 часа, запись в книжке КМ-1, отправка закодированной телеграммы в Архангельск по электронной почте (Приложение 2, фото 2). Архива данных, статистики климатических параметров на станции нет, доступ к ним ограничен и в Гидрометцентре. На вопрос «Как изменяется климат в Верхней Тойме или области за последние десятилетия-столетие?» мы ответа у Натальи Борисовны не получили, т.к. подобной оценки климата она не ведёт.

Анкетирование обучающихся МБОУ Верхнетоемская СОШ

Далее мы решили выяснить, какое представление по данной проблеме имеют школьники, и провели анкетирование в 8-9 классах районной школы (Приложение 5). Всего опрошено 70 обучающихся. На 1 вопрос «Влияет ли климат на твою жизнь и жизнь твоих близких?» «да» ответило 40 человек (57%), что говорит о понимании проблемы глобального потепления. На 2 вопрос ответы «да» и «слышал об этом» указывают, что школьники в курсе происходящих изменений. Большинство о погоде узнают из TV и интернета. Настораживает, что не все обучающиеся знают, что в населённом пункте есть метеостанция. На вопрос «К чему приводит потепление климата в Архангельской области и с. Верхняя Тойма?» респонденты дают свои, географически грамотные, варианты ответов, учитывая последствия на перспективу. Вопрос 6 носил проблемный характер, и 22 человека не смогли дать на него ответ, остальные ответы предупреждали о возможных стихийных бедствиях, аномальных явлениях в природе. Проанализировав анкеты, мы убедились, что у школьников есть понимание проблемы изменения климата, затрудняются опрашиваемые определить последствия данного явления, ошибаются в оценке изменения климата: «потепление или всё же похолодание происходит?».

Интервью со старожилами

Тогда мы решили обратиться к старейшинам нашего района, людям, на чей жизненный опыт можно опереться. Побеседовав по телефону с Васильевой Анной Александровной, 1950 г.р., и Юрьевой Галиной Николаевной, 1947 г.р. – жительницами п. Авнюгский, мы отметили следующие комментарии: «в прошлом веке зима была зимою, а лето-летом», т.е. сезоны были более выражены, «чего не скажешь о нынешней весне да осени, когда осень до декабря не может реку поставить, а в мае уже тепло. В детстве мы картошку сажали только в июне, а нынче уже в мае». «И такой напасти, как клещи в лесу да заразы всякой на кустарниках не было, вымерзали холодной зимой». Ещё более ценные сведения о климате мы получили от почётного жителя района, Чудакова Акиндина Алексеевича, проживающего в с. Верхняя Тойма, 1927 г.р. С 1965 года он ведёт наблюдения за климатом нашего села, записывая свои заметки в толстые тетради (Приложение 2, фото 1). Побывав у старожила в гостях, (фото 2), мы выяснили, что в его заметках есть сведения о климатических аномалиях, времени замерзания и вскрытия рек,

Фото 2. В гостях у Чудакова А.А.

данные о рыбалке и овощеводстве, которыми он увлекался. На вопрос об изменении климата, он уверенно привёл нам факты: «зима стала теплее, не считая Двинской оттепели, которая завсегда…», «первые заморозки приходят чаще 3 сентября, за ними – 15-20 дней тепла». Акиндином Алексеевичем написана статья, напечатанная в газете «Заря» от 30 декабря 1995 г. «Какими бывают високосные годы». Вот выдержки из неё: «1992 год: мороз -38, ураган, 15 сентября – гроза; 1968 год: морозы -30, ледоход 2 мая, лето холодное; 1952 год: лето дождливое и холодное, сено сгнило; 1984: жаркий май, 20 мая отцвела черёмуха». Кроме этой статьи, вышло ещё несколько, близких по теме. Старожил «похвастал», что даже журналист архангельского телевидения, Синицына, брала у него интервью о дате ледохода, с точностью предсказанного нашим земляком.

Нашли мы в записях Чудакова и аномалии природных явлений, например, в 1976 г – самый ранний ледостав: 19 октября. Рассказал нам старожил и о своём деде, Василии Ефимовиче Чудакове, прожившем 94 года, что и в его жизни «случился природный каприз, когда дед 15 мая 1910 года по льду реки Верхняя Тойма на лошади с санями ездил за сеном».

Таблица 1. Ледостав на р. Северная Двина по десятилетиям 1960-2010 гг.

Таблица 2. Ледоход на р. Северная Двина по десятилетиям 1960-2010 гг.

На основании зафиксированных 56-летних наблюдений Акиндина Алексеевича, мы построили графики повторяемости природных явлений на реке Северная Двина – ледостава и ледохода, и сделали первые выводы: наступление осеннего ледостава «отодвинулось» на конец ноября, что говорит о «потеплении» месяца, время ледохода приходится на конец апреля – начало мая.

Анализ архивных метеоданных

Анализ архивов информ-сайтов

Отобрав для дальнейшей работы надёжные информ-сайты архивов погод ([11], rp5.md, gismeteo.ru), мы поставили перед собой задачу проанализировать изменения показателей климата в двух временных периодах: с 1966 – 2005 гг. и с 2005- 2016 гг.

Для оценки изменения климата приземного слоя атмосферы в Архангельской области и НАО периода с 1966 – 2005 гг. мы взяли данные из Доклада СГМУ[4]. Они выявлялись методом фильтрации (скользящего осреднения) по 10-летиям, в качестве нормы бралась средняя многолетняя величина за период 1966–1990 годов (норма ВМО). Для анализа климатических показателей исследуемых пунктов (Архангельск, Котлас, Верхняя Тойма) нами была сделана выборка из архивов погодных сайтов за период с 2005 по 20016 год, составлены результативные таблицы и графики. Динамика этих показателей отражает современное изменение климата, характерное для области в целом.

Анализ показателей климата с 1966 по 2005 гг.

Анализ многолетнего хода средней годовой t воздуха за более чем 100-летний период [4] показывает, что конец ХIХ – начало ХХ века характеризовались наиболее низкими значениями. С конца 10-х годов ХХ века начался взрывной процесс потепления, известный как «потепление Арктики». На большей части нашей области этот процесс занял 20–40-е годы. Самыми теплыми десятилетиями являлись 1930–1939 и 1931–1940 годы. С конца 40-х годов последовало понижение t воздуха. Наиболее холодными в этот период были десятилетия 1962–1971 и 1963–1972 годов. С середины 60-х годов наметился перелом к потеплению, которое усилилось в 80–90-е годы и продолжается в настоящее время.

Согласно исследованиям, за период 1907–2006 годов в целом по России потепление составило 1,29 °С; 1976–2006-х – 1,33 °С [10, 12]. Анализ t воздуха показал, что потепление в Архангельской области за 1907–2006 годы составило 0,72–0,96 °С/100 лет, за 1976–2006-е колебалось: в северных районах Архангельской области от 1,04 до 1,44 °С/31 год, в южных от 1,62 до 1,74 °С/31 год (рис. 2). Таким образом, средняя годовая t воздуха быстрее повышается на юге, медленнее – на севере.

Рис. 2. Средняя годовая температура воздуха по скользящим 10-летиям

Наблюдения показывают, что 1995–2006 годы (11 лет) были самыми теплыми за весь период инструментальных наблюдений за глобальной t, ведущихся с 1850 года [4]. Однако это данные в целом по земному шару. В Архангельской области к северу от 64° с. ш. наиболее теплым был 2007 год, к югу – 2005 (восточные районы) и 2008 (западные районы) год. Зимой повышение t прослеживалось устойчиво с 80-х до середины 90-х годов ХХ в., и даже превысило потепление 30-х годов. С середины 90-х наметилась тенденция к похолоданию, но положительная аномалия сохраняется. Изменения t в переходные сезоны носят прямо противоположный характер. Весной с 1970-х годов наблюдается резкий рост t, особенно в марте. Осенью, наоборот, прослеживается уменьшение t воздуха, причем решающий вклад вносит ноябрь. Однако за счет теплого октября в последние годы наметилась тенденция к повышению.

3.3. Анализ показателей климата с 2005 по 2016 гг.

Если обратиться к анализу выбранных для исследования пунктов за период 2005-2016 гг, т.е. последнее десятилетие, то можно заметить следующие тенденции (Приложение 2, таблица 1, Приложение 3,4, таблицы 1-5). Например, по сравнению с нормой ВМО 1966-1990 гг., за 12 последних лет произошло увеличение средней t воздуха во всех трёх пунктах: в Архангельске на 1,3 ^оС; в Котласе –на 0,8 ^оС; в Верхней Тойме – на 1,2^оС, что говорит о потеплении климата в области. Причём, потепление последних лет, судя по этим данным, сильнее коснулось северных территорий, чем южных. Продолжается тенденция роста осадков по всей территории, хотя их количество сохраняется в пределах нормы.

Мы сделали выборки основных значений компонентов климата, обозначенных в таблицах, подсчитали средние значения t воздуха по каждому месяцу с 2005 по 2016 текущий год, и построили графики для наглядности изменения среднемесячных t за выбранный период в с. Верхняя Тойма (график 1).

График 1. Многолетние среднемесячные температуры воздуха в с. Верхняя Тойма за период с 2005-2016 гг.

Видно, что за последние 12 лет в Верхней Тойме повысилась t воздуха в феврале (с -14,6 ^оС до -3,7 ^оС, т.е. на 10^о, в марте - на 10^о, в мае - на 3,3^о, в июне - на 3,2^о, в июле - на 5,9^о, в августе - на 1,4^о; в сентябре - на 2,4^о, в декабре - на 1,3^о. Понижение t зафиксировано в январе - на 7,8^о, в апреле и ноябре - на 3,1^о, в октябре - на 1.1^о. В Котласе наиболее значительное повышение t за 12 лет произошло в феврале - на 9,5^о, в марте - на 10,1^о, в июне - на 0,2^о, в июле - на 2,5^о, в августе - на 2,1^о. Понижение t зафиксировано в январе - на 7,2^о, декабре и апреле - на 1,7 ^о, в октябре - на 3,2^о, ноябре - на 10,9 ^о. В Архангельске повысилась t воздуха в феврале - на 7,9^о, в марте - на 8,4^о, в апреле - на 3,9 ^о, в мае - на 2,9^о, в июне - на 0,6^о, в июле - на 2,5^о, в августе - на 0,1^о, в декабре - на 2,1^о. Понизилась t в январе на 9^о и в осенние месяцы: в сентябре – на 0,9^о, в октябре – на 2,7^о, в ноябре – на 9,8^о. Следует вывод, что в период с 2005 по 2016 год наибольшее потепление сдвинулось в области к северу: в Архангельске заметно потеплело, особенно весной, в марте, и похолодало осенью, в ноябре. В Котласе также повысилась t в весенние и летние месяцы, и снова больше в марте; а похолодало зимой и осенью. В нашем населённом пункте, в Верхней Тойме, эта тенденция сохраняется: потеплело в начале весны (февраль-март) и летом, а в октябре-ноябре немного похолодало.

Прогноз дальнейшего изменения климата

Регулярные инструментальные наблюдения за t воздуха с конца ХIХ века фиксируют, что на этом интервале произошло уже две волны глобального потепления. Что будет дальше? До сих пор за фазой потепления следовала фаза понижения t [9]. С середины 1970-х годов началось второе за историю инструментальных наблюдений глобальное потепление, в России прогнозируется дальнейший рост средней t воздуха, а также среднегодового количества осадков преимущественно за счет их увеличения в холодный период [1]. Температура в зимний период на всей территории России к середине XXI века может увеличиться на два-пять градусов Цельсия, предупреждает МЧС РФ [8], Приложение 4, рис.1. Наблюдаемое изменение климата сопровождается и изменением динамики в повторяемости опасных явлений погоды, число которых с каждым годом растёт [6]. На территории Архангельской области и НАО к экстремальным гидрометеорологическим условиям, напрямую или косвенно влияющих на здоровье человека, относятся сильные морозы, сильные осадки в виде дождей, сильные ветры, разливы рек в период половодья [2].

В связи с потеплением климата последнего столетия и их негативными последствиями выполнено и опубликовано много работ с оценками изменений климата в будущем, - через 50, 100 и более лет [3]. Но это лишь возможные сценарии тех многолетних тенденций, ведь климат планеты – очень сложный многокомпонентный механизм.

Заключение. Выводы

В процессе работы мы сделали следующие выводы:

К концу ХХ века факт глобального потепления стал общепризнанным.

За период 1907–2016 гг. в целом по России потепление составило 1,3-1,5 °С

Метод фильтрации данных по 10-летиям зафиксировал факт потепления в Архангельской области за 1907–2006 гг. на 0,72–0,96 °С

Метод анализа архивных метеоданных подтвердил увеличение средней t воздуха по Архангельску, Котласу, Верхней Тойме за период 2005-2016 на 0,8 – 1,3^оС.

Повышение средней t воздуха в с. Верхняя Тойма составило с 2005 по 2016 год в сравнении с нормой на 1,2^оС.

У обучающихся Верхнетоемской школы есть понимание проблемы изменения климата, но они затрудняются определить последствия и динамику данного явления

Ещё замечено старожилами, и подтверждается анализом метеоданных, факт потепления в нашем районе весенне-зимних месяцев (февраль-март-декабрь), а также незначительный рост летних t; похолодания в апреле, октябре и январе.

За последние 50 лет увеличилась частота оттепелей зимой, удлинилось время межсезонья, чаще наблюдаются аномальные природные явления; время ледостава «отодвинулось» на поздние числа ноября.

Прогнозы изменения климата в 21 веке обещают дальнейшее потепление климата в России на 1,3-2^оС, за которым наступит похолодание, т.к. климат изменяется циклически [3], [6].

Таким образом, выдвинутая нами гипотеза, что изменение климатических показателей в Архангельской области носит характер глобального потепления, в данной работе нашла своё подтверждение. Есть перспектива продолжения работы в области исследования последствий данного процесса и их влияния на экосистемы региона.

Список использованных источников и литературы

Опубликованные источники:

1. «Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2009 год», Москва, 2010, Росгидромет. (www.meteorf.ru)
2. «Изменение климата и здоровье» ВАЗ61/14 Материалы 61 сессии Всемирной Ассамблеи Здравоохранения, 2008
3. Интерактивная карта прогноза климата на сайте Главной Геофизической Обсерватории им. А.И. Воейкова. (http://voeikovmgo.ru/ru/izmenenie-klimata-rossii-v-xxi-veke.html)
4. Министерство здравоохранения и социального развития Архангельской области ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации. Стратегия адаптации к воздействию изменения климата на здоровье населения для Архангельской области и Ненецкого автономного округа Российской Федерации Архангельск, Россия, 2012.
5. (http://www.protown.ru/information/articles/articles_2518.html)

Литература:

1. Плюснин Ю.М. Изменение климата и его влияние на жизнедеятельность человека: методическое руководство по организации и осуществлению «народного мониторинга» климатических изменений и их влияния на природопользование и жизнедеятельность человека на Севере. – М.: Издательство Научный мир, 2013. – 200 с.: илл.
2. Россия и сопредельные страны: природоохранные, экономические и социальные последствия изменения климата. WWW России, OXFAM. – М., 2008. – 64 С.
3. Титова А.А., Зеленина Л.И. Использование регионального компонента в научно-исследовательской работе студентов // Современные научные исследования и инновации. 2014.

Интернет-ресурсы:

1. Изменение климата: что ждёт Россию (http://www.mirprognozov.ru/prognosis/climate/izmenenie-klimata), дата обращения: 22.02.2017)
2. Справочные и прогностические оценки климата (http://meteo.ru/pogoda-i-klimat/258-climate-change), (дата обращения: 19.01.2017)
3. Прогноз погоды в мире (https://world-weather.ru), (дата обращения: 10.10. 2016).

Устные источники:

1. Васильева А.А., 1950 г.р., пенсионерка, жительница п. Авнюжский, (п. Авнюжский 12.01.2017);
2. Стукова Н.Б., 1970 г.р., метеоролог, жительница с. Верхняя Тойма, (с. Верхняя Тойма, 09.12. 2016);
3. Юрьева Г.Н., 1947 г.р., пенсионерка, жительница п. Авнюгский, (п. Авнюжский 12.01.2017);
4. Чудаков А.А., 1927 г.р., пенсионер, Почётный житель с. Верхняя Тойма, (с. Верхняя Тойма, 15.01.2017).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Климат выбранных пунктов: г. Архангельск, г. Котлас, с. Верхняя Тойма

Таблица 1. Климат Архангельска

Таблица 2. Климат Котласа

Таблица 3. Климат Верхней Тоймы

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Климатические параметры с. Верхняя Тойма, 2005-2016 гг.

Фото 1. Дневник наблюдений А.А. Чудакова Фото 2. Образец телеграммы М-2

Условные обозначения:

T, температура воздуха (градусы Цельсия) на высоте 2 метра над поверхностью земли

P, атмосферное давление, приведенное к среднему уровню моря (мм. рт.ст.)

U, относительная влажность (%) на высоте 2 метра над поверхностью земли

FF, скорость ветра на высоте 10-12 метров над земной поверхностью, осредненная за 10-минутный период, непосредственно предшествовавший сроку наблюдения (м/с)

Tn, минимальная температура воздуха (градусы Цельсия) за прошедший период

Tx, максимальная температура воздуха (градусы Цельсия) за прошедший период

RRR, количество выпавших осадков (миллиметры)

Таблица 1. Климатические параметры с. Верхняя Тойма за период с 2005-2016 гг.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Результаты анализа климатических параметров архивных сайтов

Таблица 1. Среднемесячные температуры с. Верхняя Тойма за период с 2005-2016 гг.

Таблица 2. Климатические параметры г. Котлас за период с 2005-2016 гг.

Таблица 3.Среднемесячные температуры г. Котлас за период с 2005-2016 гг.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Результаты анализа климатических параметров архивных сайтов (продолжение)

Таблица 4. Среднемесячные температуры г. Архангельск за период с 2005-2016 гг.

Таблица 5. Климатические параметры г. Архангельск за период с 2005-2016 гг.

Рисунок 1. Интерактивная карта прогноза климата на сайте Главной Геофизической Обсерватории им. А.И. Воейкова.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Результаты анкетирования обучающихся 8 - 9-х классов МБОУ «Верхнетоемская СОШ»