Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Анализ климатических характеристик и индекса засушливости на территории Восточно-Европейской равнины (ВЕР) за 1910-2020 гг. показывает, что период потепления середины 20-го века (ПСДВ), в частности 1920-1940 гг. был отмечен многолетней засухой, последовавшей за непродолжительным периодом повышенного увлажнения. Зафиксированные в этот период засухи (1931,1936,1938,1939 гг.) не рассматривались как события, выходящие из 32 сильных засух, наблюдавшихся на Европейской территории России в 1891-2010 гг., и не изучались в контексте ПСДВ. Проведенный анализ показывает, что дефицит осадков, а также интенсивность и продолжительность периода повторяющихся засух 1934-1940 гг. не имеют аналогов за период наблюдений. Переувлажнение летом 1923, 1926, 1928 гг. не превышало градацию «сильного», хотя есть вероятность его недооценки имеющимися архивами данных. В изменчивости речного стока, описанные аномалии отразились в абсолютных экстремумах обоих знаков и резкому падению от высокой фазы к минимуму водности, что до настоящего времени остается уникальным событием. Сравнимым, но значительно уступающим по амплитуде, было сокращение стока Волги в середине 1970-х гг., которое последовало после многолетнего дефицита осадков в и засухи 1972 г., которая по температурным показателям превосходит пиковое значение в 1938 г., но уступает абсолютному максимуму 2010 гг. Пространственные масштабы гидроклиматических экстремумов 1920-1940 гг. распространялись на север почти до самого побережья Баренцева моря. Экстремальные падение водности и последующее продолжительное маловодье затрагивало бассейны Северной Двины и северо-восточную часть бассейна Волги, включая ее притоки Вятка и Белая. Полученные регрессионные оценки показывают, что аномалии индекса засушливости, PDSI, осредненные по площади водосбора, в этот период объясняют 80% изменчивости годового стока Волги, включая продолжительный маловодный период 1931-1940 гг., причем основной вклад, более 70%, принадлежит летнему сезону. Полученные взаимно-спектральные оценки связи изменчивости годового стока Волги и индекса Североатлантического колебания (NAO) указывают на связь гидроклиматических аномалий периода 1920-1940 х гг. с атмосферной циркуляцией на севере Атлантики. Связь этих явлений подтверждается функцией взаимной когерентности, которая в области периодов 12-14 лет статистически значима и достигает 70-80% общей изменчивости между стоком и циркуляцией, описываемой NAO. В скользящих спектрах изменчивости индекса NAO и Волги, максимум дисперсии в 1930-1940-х гг. совпадает и находится в области периодичностей около 10-16 лет. Второй по значимости максимум дисперсии летнего индекса NAO совпадает по времени с аналогичным максимумом в скользящем спектре годового стока Волги и приходится на конец 1960 – начало 1970-х гг. Этот период, как известно, отмечен второй по рангу, после 2010 г., аномалией летней температуры 1972 г. и дефицитом осадков, имевшим критические последствия для годового стока Волги –снижение его в 1975-1977 гг. до минимального уровня, сравнимого с концом 1930-х гг. Условия крупномасштабной атмосферной циркуляции формирования жары и засухи на ВЕР в 1930-х гг. установленные по результатам анализа полей атмосферного давления на уровне моря (ДУМ) внетропической зоны Северного Полушария связаны с пониженным давлением в приполярной области и существенным усилением и распространением на север и на восток Евразийского континента субтропического пояса высокого давления. Характерное поле аномалий ДУМ в годы температурных максимумов на ВЕР представляет собой трех-очаговую структуру, где основной, антициклонический над ВЕР граничит с циклонической аномалией в приполярной области, которая со стороны Атлантики, южнее Гренландии, «подпирается» обширной антициклонической аномалией. Подобное распределение аномалий давления в сочетании с обширным антициклоном на севере Тихого океана свидетельствует об ослаблении зональной циркуляции и создает условия для блокирования антициклона над ВЕР и закачиванию прогретого и сухого воздуха из субтропиков в умеренные и высокие широты вплоть до акваторий Баренцева и Карского морей. Таким может быть схема циркуляционного механизма формирования жары и засухи в период ПСДВ. Анализ эмпирических ортогональных функций (ЭОФ), проведенный для изменчивости ДУМ (за июль-август) во внетропической зоне СП за 1900-2010 гг., показал, что аномалии 1920-1930 гг., также как 2000-х гг., описываются 3-ей по вкладу в изменчивость пространственной структурой, ЭОФ3. Структура ЭОФ3 – обширная антициклоническая аномалия с центром на территории ВЕР и циклонический очаг в приполярной области тихоокеанского сектора, в основном совпадает с аномалиями, полученными для полей ДУМ в среднем за годы температурных аномалий. Многолетний ход низкочастотной составляющей соответствующей главной компоненты, ГК3, с аномалиями 1920-1930 и 1990-2000-х гг. и абсолютным максимумом в 2010 г., практически совпадают с АМО. Связь циркуляционных условий формирования экстремальной жары и засухи, описываемыми ЭОФ3 и ГК3 изменчивости ДУМ, с потеплением поверхности Северной Атлантики, выражаемым индексом АМО, подтверждается оценками линейной корреляции между ГК3 и АМО, рассчитанной по 15-летним скользящим отрезкам, которая демонстрирует максимум коэффициентов корреляция, 0,5-0,6, в период ПСДВ. Структура аномалий атмосферного давления, выделенная путем разложения по ЭОФ, как и полученная в результате анализа аномалий давления за годы сильных засух 1930-х гг, указывает на расширение субтропического пояса высокого давления над Атлантикой, которое способствует усилению высотных планетарных волн в зоне умеренных широт и, по-видимому, стало одним из факторов формирования устойчивого антициклона над центром ВЕР. В сочетании с циклоническим очагом в приполярной области он образует дипольную структуру, характерную для циркуляционных условий сухого и жаркого лета 1930-х гг. Анализ многолетнего хода ГК3, с максимумами в 1930-1940-х и в 2000-х гг., и его связь с АМО указывает на сходство циркуляционных условий событий экстремальной жары и засухи периода ПСДВ и 1990-2000-х гг. Полученные спектральные оценки, а также анализ ЭОФ аномалий атмосферного давления на уровне моря и ее связь с индексом АМО, позволяет сделать выводы о циркуляционных условиях формирования температурных аномалий и экстремальной засухи 1930-х гг. и их вероятных аналогов в современном климате. Наиболее близким, по интенсивности, продолжительности и влиянию на речной сток, подобием засухи 1930-х гг. можно считать засушливый период с конца 1960 до середины 1970-х гг., с максимумом в 1972 г. В спектре изменчивости годового стока Волги он отражается как второй по значимости максимум дисперсии, после абсолютного максимума в 1930-х гг. По циркуляционным условиям – сходству дипольной структуры аномалий атмосферного давления и связи с положительной фазой АМО, экстремальная жара и засуха 2010 г. может рассматриваться как аналог засухи в период потепления середины ХХ в. В тоже время имеется ряд существенных различий, прежде всего, связанных с возросшим влиянием Тихого океана в 2000-х гг. Другое отличие засухи 2010 г. – отсутствие ощутимых последствий для крупномасштабного речного стока в результате закономерного роста атмосферных осадков при современном потеплении климата, особенно в зимний период, который восполняет потери на испарение на фоне значительного роста летних температур и серии засух в 1990-х гг. Оценки, полученные основе реконструированного архива арктического морского льда, указывают на значительное сокращение площади морского льда в Баренцевом и Карском морях в 1930-х гг. Корреляция между аномалиями площади морского льда в мае и атмосферным давлением на уровне моря в июле показывает, что уменьшение площади морского льда в Баренцевом море весной может привести к образованию антициклонического вихря летом над побереьем Баренцева и Карского морей и способствовать расширению антициклонического блокинга, ответственного за аномальную жару и засуху на севере ВЕР.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Получены оценки вклада региональной структуры температуры поверхности Северной Атлантики в формирование аномалий приповерхностной температуры летнего сезона на территории Восточно-Европейской равнины и площади арктического морского льда в период потепления середины 20-го века. Анализ пространственных особенностей аномалий температуры поверхности океана (ТПО) Северной Атлантики показывает, что июльские аномалии температуры приземного воздуха на Восточно-европейской равнине в период ПСДВ, включая жару и засухи 1930-х гг., связаны не только с общим потеплением Северной Атлантики и положительной фазой Атлантической мультидекадной осцилляции (AMO), но и с определенной пространственной структурой аномалий ТПО, характерной для периода 1920-1950 годов. Разница между ТПО в зонах аномалий противоположных знаков, используемая в качестве индикатора полученной пространственной структуры, показывает устойчивую связь с июльскими аномалиями температуры на Восточно-Европейской равнине (ВЕР) и ответственными за их формирование условиями атмосферной циркуляции. Положительная фаза АМО и расширение субтропического пояса высокого давления могут рассматриваться как глобальные факторы, способствующие возникновению экстремальной жары и засухи 1930-х гг. В многолетней изменчивости полученный показатель демонстрирует тенденцию к снижению с 1960-х гг. и ослабление связи с летним температурным режимом на ВЕР в современный период. Получены оценки связи площади ледяного покров Баренцева и Карского морей в 1920-1940 гг. в конце весны с аномалиями ТПО в марте-апреле, выраженными индексом АМО, с запаздыванием 3 года. Выявлен возможный механизм влияния пространственной неоднородности аномалий ТПО Северной Атлантики на сокращение площади ледяного покрова опосредованно – через связанное с ней ослабление зональной циркуляции и активизацию переноса теплого воздуха субтропиков в Арктику по западной периферии антициклона над Западной Сибирью. Его вклад в сокращение площади ледяного покрова Баренцева моря может достигать 36%. Корреляционные и регрессионные оценки указывают на существенный вклад, сокращения ледяного покрова Баренцева моря в мае в формирование экстремально жары и засухи на территории ВЕР летом (в июле-августе) в период ПСДВ, в частности в 1930-е и 1950-е гг. Около 32% аномалий температуры на ВЕР в целом в 1930-х годах, и 28% в бассейне Северной Двины может быть объяснено влиянием сокращения ледяного покрова. Зависимость аномалий осадков (32%), напротив, более четко проявляется на севере, в бассейне Северной Двины. Циркуляционный механизм этого влияния связан с антициклонической аномалией с центром на побережье Баренцева и Карского морей, формирование которой может быть реакцией на освобождение поверхности Баренцева моря ото льда ранней весной и в начале лета, при его сохранении Карском море. Подобная аномалий в поле давления может усиливать блокирующий антициклон, связанный с ослаблением зонального переноса над Северной Атлантикой. Поступающий по западной периферии антициклона, с юго-востока, на ВЕР, разогретый сухой воздух является непосредственной причиной усиления жары и засухи. Проведен анализ спектральной вейвлетной когерентности изменчивости речного стока и модами климатической изменчивости АМО и PDO (Pacific decadal oscillation) в 1910-2020 гг. Полученные спектральные оценки позволяют выявить связь годового стока Северной Двины и Волги с колебаниями температуры поверхности Северной Атлантики и Тихого океана с периодами от 2 до 16 лет. Проявление аномалий АМО и PDO в рассмотренных речных бассейнах имеет сходства и различия, связанные не только с размерами речных бассейнов, но и с географическом положением. Влияние Тихого океана отмечается в обоих бассейнах, но на севере, в стоке Северной Двины, оно проявляется только в 2000-2010-х гг. в колебаниях с около 2-6 лет, а в бассейне Волги его заметный вклад (в противофазе) проявляется в период ПДСВ, в 1920-1950 гг., в колебаниях от 8 до 16 лет, а также в 1930-х гг., начале 1970-х и в конце 1980-х, с периодичностью 2-4 года. Вклад аномалий АМО в обоих бассейнах превосходит вклад тихоокеанской моды, в изменчивости стока Волги он выше, особенно в период многоводных 1920-х гг. В период ПСДВ вклад АМО проявляется только в бассейне Северной Двины, в области периодов 7-8 лет, в 1920-1940-х гг., и в 1925-1950 гг. в области периодов 12-16 лет. Получены оценки вклада климатических факторов в аномалии годового стока Северной Двины и Волги для периода 1920-1940 гг. На примере годового стока Северной Двины, с применением данных наблюдений и сеточных архивов (HadCRUT5, CRUts4), а также расчетов годового стока на модели локального тепло- влагообмена SWAP (ИВП РАН) и реанализа WFDE5, проанализированы климатические факторы маловодных фаз на фоне изменений климата от ПСДВ до современного потепления (1910–2020). Полученные результаты указывают на изменения режима температуры и осадков в периоды маловодья от ПСДВ к современному климату, а также на существенные различия роли осадков холодного (ХП) и теплого периодов (ТП) в изменчивости годового стока. Оценки, полученные по данным сеточных архивов HadCRUT5, CRUts4, основанных на данных наблюдений, подтверждаются данными реанализа WFDE5 и расчетами годового стока на модели SWAP. Осадки холодного периода вносят основной вклад в формирование объемов стока, но их роль в 110-летней изменчивости, ограничена как временным, так и частотным интервалом. Это связано с процессами формирования снегового стока, способствующими трансформации основного объема снегозапасов в сток. Помимо формирования стока и затрат на испарение, значительная часть осадков ТП идет на увлажнение бассейна и пополнение грунтовых вод, аномалии которых вносят определенный вклад в формирование стока последующих лет. Этим, по-видимому, объясняется преобладающий вклад осадков ТП в изменчивость стока во всем спектре колебаний, включая низкочастотные с периодом 30–35 лет, с которыми связана повторяемость маловодных фаз в бассейне Северной Двины. Показано, что климатический режим современного летнего потепления и снижения водности Северной Двины в конце 2000–2010-х гг. подобен аномалиям периода ПСДВ. В обоих случаях драйвером летнего потепления являются аномалии температуры поверхности Северной Атлантики, выраженные положительной фазой АМО. При этом возросшая температура летнего сезона, не вызывает засухи и существенного падения водности Северной Двины, из-за роста осадков в холодный период, а также за год в целом. Полученные регрессионные оценки вклада осадков ТП и ХП в изменчивость стока Волги для 1920-1940 гг. и их сравнение с оценками режима увлажнения для периода интенсивного потепления 1976-1995 гг., указывают на их сходство с периодом ПСДВ в бассейне Волги. Анализ воспроизведения аномалий летней температуры и атмосферного давления в модельных экспериментах CMIP6 в период ПСДВ и возможных аналогов этого явления в будущем, включающего тестирование моделей на воспроизведение летних температурных аномалий ПСДВ на ВЕР, анализ изменчивости ДУМ, с выделением циркуляционных мод, описывающих структуру аномалий, характерную для ПСДВ, а также периодов их связи с температурными аномалиями на ВЕР, приводит к следующим выводам. Из десяти рассмотренных моделей только 5 моделей прошли тестирование на воспроизведение летних проявлений ПСДВ на Восточно Европейской равнине, три из них – INM-CM5-0, TaiESM1, CESM2-MR, удовлетворительно отражают характерную пространственную структуру летних аномалий ДУМ в одной из трех выделенных первых ЭОФ. Но только модель INM-CM5-0 показывает в конце XXI столетия температурные аномалии, формирование которых может быть связано с условиями, аналогичными экстремальной жаре и засухе 1930-х гг. Величина этих аномалий не может быть определена, из-за ограниченности рассматриваемого периода, но из анализа изменений летней температуры на Восточно-Европейской температуры следует, что все аномалии пренебрежимо малы по сравнению с прогнозируемым потеплением со второй половины ХХI в. Интернет ресурсы: https://istina.msu.ru/projects/523140036/, https://iq.hse.ru/news/878016133.html