Abstract
Kuukausittaista sademäärää ja kolmen kuukauden standardisoitua sadeindeksiä (SPI) käytettiin paljastamaan sademäärän ja vakavan kuivuuden esiintymistiheyden mallit Itä-Euroopan tasangolla kaudella 1953-2011 kvasibienniaalisen värähtelyn vastakkaisina vaiheina. Toukokuun ja kesäkuun sademäärien ja vakavan kuivuuden esiintymistiheyden erot QBO:n länsi- ja itävaiheissa selittyvät verenkierron vaihteluilla. Analyysi osoittaa, että vakavia kuivuusilmiöitä esiintyy harvemmin Ukrainan yläpuolella ja Venäjän eurooppalaisen osan keskiosassa toukokuussa länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa, mikä johtuu Itä-Euroopan tasangon yli kulkevan myrskyradan voimistumisesta. Toukokuun ja kesäkuun sääolosuhteet olivat länsisuuntaisen QBO-vaiheen vuosina suotuisammat sadon kannalta. Kevätvehnän sadon ero länteen ja itään suuntautuvassa QBO-vaiheessa ylittää saman talvivehnän sadon eron Keski-Mustanmaan alueella ja eteläisillä alueilla. Ukraina ja Asovanmeren itäpuolinen alue ovat haavoittuvimpia alueita, joilla vakavien kuivuusriskien riski kasvaa aktiivisen kasvukauden aikana 1900-luvun lopussa ja 2000-luvun alussa.
1. Johdanto
Kuivuus vaikuttaa luonnonilmiönä ekosysteemeihin pitkään aiheuttaen katastrofaalisia vahinkoja ympäristölle ja ihmisen toiminnalle. Muodollisesti kuivuus liittyy kokonaiskosteuspitoisuuden tilapäiseen vähenemiseen, joka johtuu sateiden vähyydestä; siihen liittyy myös antisykloniaktiviteetti. Kuivuus on kuitenkin monitahoinen tapahtuma, ja sen esiintymisriski ei johdu pelkästään ilmastotekijöistä.
Kuivuuden käynnistäviä prosesseja tutkitaan kuivuuden syiden, sen synnyn ja positiivisten/negatiivisten takaisinkytkentämekanismien selvittämiseksi. Suuren mittakaavan ilmakehämekanismit, jotka liittyvät ilmaston vaihtelutapoihin ja meren pintalämpötilan (SST) anomalioihin, tunnistettiin vaikuttaviksi tekijöiksi. Erilaisista vaikuttavista tekijöistä paljastuivat El-Nino/Southern-oskillaatio, Pohjois-Atlantin oskillaatio, Pohjois-Atlantin merenpinnan lämpötila ja kvasibiennaalinen oskillaatio. Maailmanlaajuisten ilmakehän prosessien kvasibienniaalinen värähtely vaikuttaa kuitenkin merkittävästi ilmastojärjestelmän korkeintaajuiseen komponenttiin.
Tiedetään, että QBO vaikuttaa ilmakehän kiertokulkuun lauhkeilla leveysasteilla ja sen vaikutus leviää maan pinnalle. Päiväntasaajan vyöhykkeen radiosondiasemilla on tehty säännöllisiä mittauksia keskimääräisistä vyöhyketuulikomponenteista vuodesta 1953 lähtien. Värähtelyjakso on noin 28 kuukautta. QBO:n itäisen vaiheen tuulet ovat noin kaksi kertaa voimakkaampia kuin läntisen vaiheen tuulet. Trooppisen stratosfäärin päiväntasaajan vyöhyketuulien kvasiperiodinen värähtely (quasibiennial oscillation (QBO)) on globaalin ilmakehän kiertokulun osatekijä, ja se on trooppisen stratosfäärin vuotuisen vaihtelun hallitseva moodi. Sittemmin monissa tutkimuksissa selvitettiin mekanismia, johon liittyy päiväntasaajan sisäisten painovoima-aaltojen vuorovaikutus päiväntasaajan stratosfäärin zonaalisen tuulen kanssa. QBO:n ilmastovaikutuksen mekanismia ei kuitenkaan ole lopullisesti selvitetty .
QBO-syklin signaalia ei havaittu ainoastaan stratosfäärin zonaalisen ja meridionaalisen tuulen, lämpötilan ja geopotentiaalisen korkeuden vaihtelussa (esim, ), vaan myös sen vaikutuksesta myös pintameteorologisiin parametreihin, esimerkiksi ilman lämpötilaan , sademäärään ja lumipeitteeseen .
Aiemmissa tutkimuksissa merkittävää QBO-signaalia havaittiin syys- ja lokakuun sademäärissä vuosina 1953-1980 Brittein saarten alueella, Keski-Euroopan alueella ja Valko-Venäjällä. Itä-Ukrainan alueilla ja Venäjään rajoittuvilla alueilla oli merkittävä QBO-signaali toukokuun sademäärissä . Kvasibiennaalisen värähtelyn ja 11-vuotisen aurinkosyklin yhteisvaikutuksen havaitsemisesta sademääriin ja sadonkorjuuseen on tehty paljon tutkimuksia. Tutkimuksessamme ei kuitenkaan havaittu vastaavaa suhdetta.
Sen vuoksi rajasimme tutkimuksen valinnan vain QBO:n huomioimiseen.
Viljasadon sato määräytyy ensisijaisesti viljelykäytäntöjen (tekniikan) tason, maaperätyypin ja ilmaston mukaan. Itä-Euroopan tasangon viljavyöhyke sijaitsee alueella, jolla on vähäiset vesivarat ja epävakaat kosteusolosuhteet. Näissä olosuhteissa muuttuvien sää- ja ilmastotekijöiden mahdollisten vaikutusten ennustaminen sadon määrään on erittäin tärkeää. Viljasadon vaihtelua ja kausittaisen sademäärän vaihtelua entisen Neuvostoliiton Euroopan puoleisella osalla on tutkittu aiemmissa tutkimuksissa kvasibiennaalivaihtelun vaikutuksesta .
Tässä tutkimuksessa laajennettiin aiempien tutkimusten ajanjaksoa sisällyttämällä siihen myös äkillisen ilmastonmuutoksen ajanjakso (1900-luvun lopussa ja 2000-luvun alussa). Itä-Euroopan tasangon eteläosan kevät- ja kesäsateiden, kuivuuden ja viljasadon alueelliset erityispiirteet paljastuivat globaalien ilmakehän prosessien kvasibiennaalisen oskillaation vaikutuksesta. Tutkimme myös liikkeeseen liittyviä eroja länteen ja itään suuntautuvissa QBO:n vaiheissa, jotka voivat olla syynä sademäärien ja kuivuuden eroihin.
Tämän työn tarkoituksena on tutkia kvasibiennaalisen värähtelyn mahdollista vaikutusta kausittaisen sademäärän vaihteluun, kevät-kesäisen ilmakehän kuivuuden esiintymistiheyteen ja jyväsadon satoon Itä-Euroopan tasangolla sekä tutkia syklonien ja antisyklonien aktiivisuutta lauhkeilla leveyspiireillä molemmissa QBO:n vaiheissa.
2. Aineisto ja menetelmät
Tässä tutkimuksessa keskitytään Ukrainan ja Venäjän federaation eurooppalaisen osan (EPR, Venäjän alue Ural-vuoristosta länteen) tärkeimpiin vilja-alueisiin, jotka sijaitsevat Itä-Euroopan tasangon kuivuusherkällä alueella (54° pohjoista leveyttä etelään) (kuva 1). Alueeseen kuuluu erilaisia maisemavyöhykkeitä: puoliavoimia, kuivia ja tyypillisiä aroja, eteläisiä ja tyypillisiä metsästeppejä, soistuneita metsäalueita ja lehtimetsiä.
Kuukausittaiset sademäärätiedot, joiden ruudukkomuotoinen resoluutio on 0,5° × 0,5°, otettiin maailmanlaajuisesta kuukausittaisesta CRU:n tietokokonaisuudesta TS 3.21 (http://badc.nerc.ac.uk/), jotta voitiin tutkia sademäärän vaihtelua molemmissa QBO-aiheissa. Standardized Precipitation Index (SPI) -tiedot, joiden resoluutio on 1°, saatiin National Center for Atmospheric Researchin (http://rda.ucar.edu/) maailmanlaajuisesta kuukausittaisesta tietokokonaisuudesta, ja niitä käytettiin analysoimaan ilmakehän kuivuuden vakavuutta. Thomin tutkimuksen mukaan gammajakauma sopii havaittuun sademäärän aikasarjaan. Kumulatiivisen todennäköisyyden havaittu sademäärä muunnettiin vakionormaalijakaumaksi, jonka keskiarvo on nolla, jotta voitiin laskea SPI-arvot säännöllisen ruudukon jokaisessa solmussa. Negatiiviset arvot viittaavat keskimääräistä pienempiin sademääriin ja kuiviin jaksoihin: 0-0,99 – -0,99, lievä kuivuus, -1 -1,49 – -1,49, kohtalainen kuivuus, -1,5 – -1,99, vakava kuivuus ja -2 tai vähemmän, äärimmäinen kuivuus. McKee et al. laskivat alun perin SPI:n eri aikaskaaloille 3 kuukaudesta 48 kuukauteen. Tässä tutkimuksessa käytettiin 3 kuukauden SPI-aikasarjoja. Tutkimuksessa keskitytään touko- ja kesäkuun vakaviin kuivuuskausiin, koska ne voivat aiheuttaa suuria satotappioita. Kuivuuden esiintymistiheys kussakin ruudukkosolussa laskettiin kuivuusvuosien lukumäärän ja kaikkien vuosien lukumäärän suhteena. Vakavan kuivuuden trendi jokaisessa ruudukon solmussa laskettiin SPI:n aikasarjan lineaarisena regressiokertoimena (jossa yli -1,5:n SPI-arvot korvattiin nollalla).
QBO-vaihe ajanjaksolla 1953-2011 määriteltiin 30 hPa:n päiväntasaajan tuulen suunnan perusteella huhti-kesäkuussa (Freie Universität Berlinin tietokanta, https://climatedataguide.ucar.edu/). Positiivinen tuulennopeus liittyy länteen suuntautuvaan QBO-vaiheeseen ja negatiivinen itään suuntautuvaan vaiheeseen. Näin ollen länsisuuntainen vaihe kaudella 1953-2011 käsittää 28 vuotta ja itäsuuntainen vaihe 31 vuotta. SPI-, sade- ja satotiedot luokiteltiin näiden kvasibiennaalivärähtelyn vaiheiden mukaisesti.
On hyvin tiedossa, että kasvukauden aikaisella sademäärällä on keskeinen rooli kasvien fenologian kannalta, sillä se on tärkein tuottavuustekijä. Kevätviljakasvit (mukaan lukien kevätvehnä ja kevätohra) ovat herkkiä ilmakehän kuivuudelle Itä-Euroopan tasangon eteläosassa varhaisella kasvukaudella, ja ne ovat kuivuutta kestävämpiä kypsässä vaiheessa. Entisen Neuvostoliiton maatalousmenetelmiä on parannettu merkittävästi viime vuosisadan 1980-luvulla. Tutkimuksessa tarkasteltiin talvivehnän, kevätvehnän ja kevätohran vuotuisia satoja keskimäärin Ukrainan ja Venäjän alueilla maataloustilastojen (http://agroua.net/statistics/, http://www.gks.ru/) mukaan.
Synoptisten pyörteiden sijainnin analysoinnissa käytettiin päivittäisiä NCEP/NCAR-reanalyysin geopotentiaalisen korkeuden geopotentiaalista korkeutta 1000 hPa:n tasolla (spatiaalinen erottelukyky 2.5°) . Tässä tutkimuksessa synoptisen pyörteen koon luonnehtimiseksi otettiin huomioon alueen pinta-ala suurimman ulkoisen suljetun rajatun ääriviivan sisäpuolella. Syklonin/antisyklonin keskipisteen määritelmä on sellainen, että sen sijainti ei saa vastata sitä rasterisolua, jossa rasterin minimiarvo on paikallistettu (ks. tarkemmin ). Synoptisten pyörteiden pitkän aikavälin keskimääräinen suhteellinen frekvenssi 5° × 5°:n ruudukkosolmussa määritettiin osuutena ajasta, jolloin pyörteen keskus sijaitsee 5° × 5°:n solussa, jonka keskipisteenä on solmu.
Tässä tutkimuksessa yritämme verrata vakavan kuivuuden esiintymistiheyden malleja, sademäärän malleja ja synoptisten pyörteiden malleja vastakkaisissa QBO-vaiheissa Itä-Euroopan tasangolla vehnä- ja ohrasadon kasvukauden (kasvukauden) alussa, ja pyrimme paljastamaan huomattavia eroja. -testiä riippumattomille otoksille ryhmittäin (0,95-todennäköisyystasolla) sovellettiin sademäärä- ja satoerojen tilastollisen merkitsevyyden määrittämiseksi. QBO-vaiheiden erojen tilastollinen merkitsevyys kuivuuden esiintymistiheyden suhteen määritettiin käyttäen Fisherin tarkkaa testiä, jota useimmiten sovelletaan dikotomisiin nimellismuuttujiin.
3. Tulokset ja pohdinta
Aiemmasta tutkimuksesta kävi ilmi, että kuivuus Itä-Euroopan tasangolla esiintyy seuraavissa globaaleissa ilmakehän kiertokulkuasetelmissa: (i)Atlantin syklonin kylmän etelärintaman taakse muodostunut arktinen ilmamassa ulottuu Itä-Euroopan tasangon länsi- ja keskiosaan. Korkeapaineen alue syntyy ja yhdistää arktisen antisyklonin eteläiseen antisykloniin lämpimänä vuodenaikana. Näissä olosuhteissa esiintyvää laajaa kuivuutta esiintyy useammin Venäjän Euroopan eteläosassa.(ii)Kun arktinen ilmamassa tunkeutuu Atlantin alueelle tai Länsi-Eurooppaan, muodostuu Azorien antisyklonin haara, joka liikkuu itään aina Länsi-Siperian eteläpuolelle asti. Näissä olosuhteissa laaja kuivuus esiintyy useammin Ukrainassa.(iii)Kuivuus EPR:n tai Ukrainan yllä voi johtua useista antisykloneista, jotka jäävät jäljelle Azorien antisyklonin haaran tuhoutumisen jälkeen, tai Euroopan Venäjän itäpuolen yläpuolella olevasta korkeapaineen alueesta.
Kuvassa 2 on esitetty SPI:n aineiston mukainen ilmakehän kuivuuden keskimääräinen esiintymistiheys vuosilta 1953-2011 Itä-Euroopan eteläisen tasangon eteläpuolella touko- ja kesäkuun molemmissa QBO-aiheissa. Suurin kuivuuden esiintymistiheys toukokuussa ja kesäkuussa jaksolla 1953-2011 esiintyi länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa Pohjois-Kaspian alueella (jopa 6 % tapauksista toukokuussa ja jopa 10 % kesäkuussa) ja eteläisellä Pre-Uralilla (jopa 10 % toukokuussa ja jopa 12 % kesäkuussa), Volgan alueen aroilla (enintään 6 % toukokuussa ja enintään 10 % kesäkuussa), Ukrainan länsiosassa (enintään 8 % toukokuussa) ja Ukrainan itäosassa (enintään 6 % toukokuussa ja enintään 8 % kesäkuussa) (kuvat 2(a) ja 2(b)). Itä-Euroopan tasangon eteläosassa esiintyvien vakavien kuivuusjaksojen keskimääräinen esiintymistiheys itään suuntautuvassa QBO-vaiheessa oli suurempi kuin länteen suuntautuvassa vaiheessa (kuvat 2(c) ja 2(d)). Toukokuussa toistuvin vakava kuivuusjakso havaittiin koko Itä-Euroopan tasangon eteläosassa itään suuntautuvassa QBO-vaiheessa: Ukrainan keskiosassa jopa 12 prosenttia, Asovanmeren alueella jopa 14 prosenttia ja Kaspianmeren luoteispuolella jopa 14 prosenttia (kuva 2 c). Itäisen vaiheen kesäkuun vakavaa kuivuutta esiintyi eniten Ukrainan itäosassa (jopa 10 %) ja Mustanmeren ja Kaspianmeren välisellä alueella (jopa 10 %) (kuva 2(d)). Kuivuuden esiintymistiheys Volgan alueella ja eteläisen Pre-Uralin alueella itään suuntautuvassa QBO-vaiheessa oli toukokuussa enintään 6 % (kuva 2(c)) ja kesäkuussa enintään 3 % (kuva 2(d)).
Kuten kuvista 3(a) ja 3(b) käy ilmi, Ukrainassa ja Venäjän Euroopan puoleisen osan eteläosassa havaittiin touko- ja kesäkuussa länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa suurempia sademääriä. Merkittävät länsi-itäsuuntaisen vaiheen erot toukokuun sademäärissä paikallistuvat Keski-Ukrainaan (erot 27 %:sta 59 %:iin), Venäjän keskisen Mustan maan alueen länsiosaan (erot 27 %:sta 37 %:iin) ja Donin alajuoksun alajuoksulle (33 %:sta 58 %:iin). Erot kesäkuun sademäärissä molemmissa QBO-vaiheissa ovat merkittäviä vain pienillä alueilla Kaspianmeren pohjoispuolella. Tuloksemme ovat yhdenmukaisia aiempien tutkimusten kanssa .
Kuvasta 3(c) käy ilmi, että toukokuun vakavan kuivuuden esiintymistiheys oli pienempi länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa verrattuna itään suuntautuvaan QBO-vaiheeseen Itä-Euroopan tasangon eteläosassa (pieniä alueita lukuun ottamatta). Merkittäviä eroja toukokuun ankaran kuivuuden esiintymistiheydessä havaittiin Keski-Ukrainassa (erot 13-16 ankaraa kuivuutta 100 vuotta kohti) ja Kaspianmeren pohjoispuolella (erot 13-20 ankaraa kuivuutta 100 vuotta kohti). Analyysi osoitti, että sama esiintymistiheys kesäkuussa on alhaisempi Pohjois-Ukrainassa (erot 9-12 vakavaa kuivuutta 100 vuodessa), Keski-Mustanmaan alueen länsiosassa (erot 9 vakavaa kuivuutta 100 vuodessa) sekä Rostovin alueella ja Krasnodarin maakunnassa (erot 9 vakavaa kuivuutta 100 vuodessa), mutta korkeampi Volgan alueella (erot 11 kuivuutta 100 vuodessa). Merkittäviä eroja havaittiin kuitenkin vain pienillä alueilla Keski-Mustanmaan alueen länsiosassa ja Ukrainan pohjoisosassa.
Huolimatta siitä, että merkittävien erojen alueet ovat suhteellisen kompakteja, on huomattava, että eron merkin alueellinen johdonmukaisuus laajoilla alueilla osoittaa vahvasti QBO-vaiheen vaikutuksen sekä sademäärään että kuivuuteen.
Itä-Euroopan tasangon vakavan kuivuuden lineaarisen trendin monisuuntaiset kertoimet molemmissa QBO-vaiheissa tunnistettiin aktiivisen ilmastonmuutoksen aikana vuosina 1991-2011 (kuvat 4(a), 4(b), 4(c), 4(d)). Kuivuuslukujen kasvu oli suurinta itään suuntautuvassa QBO-vaiheessa: suurimmat negatiiviset suuntaukset toukokuussa havaittiin Ukrainassa (lukuun ottamatta läntisiä alueita) (kuva 4(c)), ja vastaavat suuntaukset kesäkuussa havaittiin Ukrainan keskiosassa, Azovinmeren itäpuolella ja Volgan alueella (kuva 4(d)). Länsisuuntaisen QBO-vaiheen negatiivisia trendejä havaittiin vain toukokuussa Ukrainan pohjoisosassa (kuva 4(a)).
Venäjän Euroopan puoleisessa osassa kevätvehnän sadon kasvu läntisen QBO-vaiheen vuosien keskiarvona on sopusoinnussa samalla ajanjaksolla havaitun sademäärän lisääntymisen ja Itä-Euroopan tasangolla havaitun ankaran kuivuuden esiintymistiheyden vähenemisen kanssa. Kevätvehnän sato kasvoi eniten EPR:n läntisillä alueilla (35,5 % Brjanskin alueella, 25,9 % Belgorodin alueella, 26,8 % Rostovin alueella, 23,9 % Volgogradin alueella ja 23,3 % Voronežin alueella), ja se väheni koilliseen päin (kuva 5(a)). Talvivehnän satomallit molemmissa QBO-vaiheissa eivät ole yhtä johdonmukaisia sademäärien ja ankaran kuivuuden mallien kanssa kuin kevätvehnän satomallit (kuvat 3 ja 5(b)). Tämä vaikutus voidaan selittää sillä, että syksyn kasvukauden kasvukauden kannalta tärkeitä kasvillisuuden sääolosuhteita ja talviolosuhteita talvivehnäsadon kannalta ei ole analysoitu. Talvivehnän sato kasvoi keskimäärin eniten länsisuuntaisen QBO-vaiheen vuosina verrattuna itäsuuntaisen vaiheen vuosiin Uljanovskin alueella (21,3 %), Tatarstanin tasavallassa (21,8 %) ja Luhanskin alueella (21,4 %). Merkittävä ero talvivehnän sadossa molemmissa vaiheissa havaittiin vain Luhanskin alueella. Tulokset ovat yhdenmukaisia aiempien tutkimusten kanssa, jotka koskevat talvi- ja kevätvehnän satojen vaihtelua QBO-vaiheissa. On huomattava, että QBO-signaalin kestävyys eri alueilla määräytyi tutkittavan jakson mukaan.
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
Jaksolla 1958-2011 länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa lisääntyneiden sademäärän ja kevätohran sadon sekä kuivuuden esiintymistiheyden vähenemisen alueiden vertailun tulokset ovat yhteneväiset (kuviot 3 ja 5(c)). Kevätohran sato kasvoi eniten länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa Bashkortostanin tasavallassa (30 %), Rostovin alueella (28,3 %), Rjazanin alueella (26,8 %), Kalmykian tasavallassa (26,9 %) ja Luhanskin alueella (27,6 %) (kuva 5(c)).
Kummankin vehnätyypin sato Venäjän Euroopan puoleisessa osassa länsisuuntaisessa QBO-vaiheessa ylittää saman sadon itäsuuntaisessa vaiheessa Mustan maan keskiosassa (3-10 %) ja eteläisillä alueilla (5-12 %) ajanjaksolla 1953-2011 (kuva 5(d)). Suurempi ero kevätvehnän osalta liittyi sen herkkyyteen sateiden vähyydelle ja kuivuudelle aktiivisen kasvukauden aikana toukokuussa Itä-Euroopan tasangolla.
Kosteuden lisääntyminen Itä-Euroopan tasangon eteläosassa toukokuussa jaksolla 1953-2011 länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa selittyy syklonisen aktiivisuuden erolla vastakkaisissa QBO-vaiheissa (kuva 6). Alueen pääasiallinen myrskyrata on paikallistettu vyöhykkeellisesti noin 50° pohjoista leveyttä Ukrainan yläpuolelle; se on siirtynyt luoteeseen noin 35° itäistä pituutta toukokuussa molemmissa QBO-vaiheissa. Myrskyrata voimistui kuitenkin voimakkaasti länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa, ja korkein syklonitaajuus siirtyi Ukrainan lännestä itään Pultavan ja Harkovan alueelle (alue I kuvassa 6(a)). Lisäksi myrskyradan voimistuminen ja laajeneminen johti syklonikeskusten tiheyden kasvuun EPR:n eteläpuolella Rostovin alueella ja Krasnodarin maakunnassa (alue II kuvassa 6(a)). Sateet liittyvät syklonin kulkuun; ne aiheuttivat lisääntynyttä kostumista Itä-Euroopan Venäjän eteläosassa länsisuuntaisessa QBO-vaiheessa. Huomattakoon, että kesäkuussa esiintyvien syklonien esiintymistiheydessä ei havaittu merkittävää eroa (ei esitetty).
(a)
(b)
(a)
(b)
Kuvio 6. .
Analysoimme ilmakehän kiertokulun vaihteluita käyttämällä antisyklonitoiminnan keskimääräisiä ominaisuuksia (komposiitteja) selittääksemme lisääntynyttä ja vähentynyttä kostumista. Havaittiin kosteuden väheneminen Voronežin alueella, Rostovin alueella, Volgogradin alueella, Astrakhanin alueella ja Kalmykian tasavallassa touko- ja kesäkuussa länsisuuntaisessa QBO-vaiheessa. Kohonnut kosteuspitoisuus esiintyi Pohjois-Kaukasuksella ja eteläisellä Pre-Uralilla. Toukokuun vähäisempi kuivuus liittyy alhaisempaan antisyklonitaajuuteen (alue M1 kuvassa 7(a)) sekä korkeampaan syklonien toistuvuuteen (kuva 6(a)). Samaan aikaan Pohjois-Kaukasuksella (alue M2 kuvassa 7(a)) havaittiin korkeampi antisyklonitaajuus länsivaiheessa.
Eteläisen Pre-Uralin antisyklonitaajuus toukokuussa molemmissa QBO-vaiheissa on suunnilleen sama, mutta antisyklonien koot ovat siellä suuremmat, ja siksi laajemmilla alueilla vallitsevat kuivuutta edistävät olosuhteet. Lisäksi suuremmat ja vähemmän liikkuvat antisyklonit estävät tehokkaasti pyörremyrskyjä Kaspianmeren pohjoispuolella (alue III kuvassa 6(b)).
Kuten kuvasta 8 käy ilmi, kesäkuun vastakkaisissa vaiheissa havaitaan samankaltaisia antisyklonien aktiivisuuden malleja (länsivaiheessa: antisyklonien vähentynyt esiintymistiheys J1-alueella (kuva 8(a)); lisääntynyt esiintymistiheys J2-alueella (kuva 8(a)); suuremmat syklonit J3-alueella (kuva 8(c)). Antisyklonialueen maksimi itäisessä vaiheessa Ukrainan itäpuolella tuskin johtaa kuivuuden lisääntymiseen Itä-Euroopan tasangon eteläosassa, koska antisyklonien esiintymistiheys on alhainen (kuvat 8(b) ja 8(d)).
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
Länsisuuntaisen QBO-vaiheen vuosina länsisuuntaisen QBO-vaiheen vuosiin verrattuna itäsuuntaisen vaiheen vuosiin verrattuna vuosina 1953-2011 keskimäärin enemmän sademäärää ja harvemmin esiintyvää ankaraa ilmakehän kuivuutta Itä-Euroopan tasangolla, mikä johti kevätvehnän suurempiin satoihin. Havaitut vaikutukset selittyvät QBO-vaiheiden kiertoeroilla. Näin ollen kevätvehnän käytön asettaminen etusijalle Keski-Mustanmaan alueella ja Venäjän Euroopan puoleisen osan aroilla länsisuuntaisessa vaiheessa voi vähentää maatalouden riskejä. Tässä tapauksessa kvasibiennaalista värähtelyä voidaan käyttää yhtenä luotettavana ennusteena. Tämä aihe vaatii kuitenkin lisätutkimuksia, joissa otetaan huomioon myös muut tekijät, jotka vaikuttavat satoon.
4. Johtopäätökset
Merkittävä QBO-signaali sademäärissä, ilmakehän kuivuudessa ja satotasossa touko-kesäkuussa Itä-Euroopan tasangon eteläosassa havaittiin ajanjaksolla 1953-2011, mukaan luettuna aktiivisen ilmastonmuutoksen aika. Suurimmat alueet, joilla sademäärien ja kuivuuden esiintymistiheyden merkitseviä eroja QBO-vaiheissa havaittiin toukokuussa. Itä-Euroopan tasangon eteläosassa havaittiin touko- ja kesäkuussa (lukuun ottamatta Kaspianmeren pohjoispuolella sijaitsevaa aluetta) enemmän sadetta ja vähemmän vakavaa kuivuutta länsisuuntaisessa QBO-vaiheessa verrattuna itäsuuntaiseen QBO-vaiheeseen. Merkittävät läntisen ja itäisen vaiheen erot toukokuun sademäärissä paikallistuivat Keski-Ukrainaan, Venäjän Keski-Mustanmaan alueen länsiosaan ja Donin alajuoksun alajuoksulle. Epätasaisemmat sademäärät Itä-Euroopan tasangon eteläosassa paljastuivat kesäkuussa. Merkittäviä eroja vakavan kuivuuden esiintymistiheydessä toukokuussa havaittiin Keski-Ukrainassa ja Kaspianmeren pohjoispuolella. Analyysi osoitti, että sama esiintymistiheys kesäkuussa on alhaisempi Ukrainan pohjoisosassa, Keski-Mustanmaan alueen länsiosassa, Rostovin oblastissa ja Krasnodarin alueella, mutta korkeampi Volgan alueella.
Suurten kuivuusjaksojen suuntaukset Itä-Euroopan tasangolla molemmissa QBO:n vaiheissa aktiivisen ilmastonmuutoksen kaudella 1991-2011 olivat samaan aikaan alueellisesti epäyhtenäisiä. Suurimmat kuivuuden lisääntymisen suuntaukset toukokuussa ja kesäkuussa Ukrainassa (enimmäkseen keskiosissa) ja Asovanmeren itäpuolisella alueella ilmenivät itäisessä QBO-vaiheessa. Samansuuntaisia trendejä havaittiin länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa vain Ukrainassa. Näin ollen Ukraina ja Asovanmeren itäpuolinen alue todettiin haavoittuvimmiksi alueiksi, joilla vakavien kuivuusriskien riski kasvaa aktiivisena kasvukautena 1900-luvun lopun ja 2000-luvun alun välisenä aikana Itä-Euroopan tasangon eteläosassa.
Toukokuun ja kesäkuun toukokuun ja kesäkuun sademäärän ja vakavien kuivuusriskien esiintymistiheyden erot QBO:n vaiheissa kaudella 1953-2011 selittyvät eroilla virtauskäyttäytymismalleissa QBO:n länsi- ja itäisessä vaiheessa. Itä-Euroopan tasangon yli toukokuussa kulkevan myrskyradan voimistuminen länsisuuntaisessa QBO-vaiheessa johtaa kosteuden vähenemiseen Ukrainassa ja Venäjän eurooppalaisen osan keskiosassa. Sen ohella kuivuuden lisääntyminen Volgan alueella ja eteläisessä Pre-Uralissa touko- ja kesäkuussa liittyy laajempiin ja/tai voimakkaampiin laaja-alaisiin antisykloneihin.
Sääolosuhteet touko- ja kesäkuussa länsisuuntaisen QBO-vaiheen vuosina vuosina 1953-2011 olivat sadon kannalta suotuisammat. Talvivehnän, kevätvehnän ja kevätohran keskisato Itä-Euroopan eteläisellä tasangolla länsisuuntaisen QBO-vaiheen aikana vuosina 1953-2011 ylitti saman sadon itäsuuntaisen vaiheen aikana. Kevätvehnän satoero Venäjän Euroopan puoleisessa osassa länteen suuntautuvassa QBO-vaiheessa ylittää saman eron itään suuntautuvassa vaiheessa Keski-Mustanmaan alueella (3-10 %) ja eteläisillä alueilla (5-12 %) vuosina 1953-2011. Suurempi ero kevätvehnän osalta liittyi sen herkkyyteen sateiden puutteelle ja kuivuudelle aktiivisen kasvukauden aikana Itä-Euroopan tasangolla.
Conflict of Interests
Tekijät ilmoittavat, että tämän artikkelin julkaisemiseen ei liity eturistiriitoja.
Kiitokset
Tutkimus suoritettiin Venäjän tiedeakatemian hyväksymän ohjelman ”Kuivien maiden aavikoituminen Etelä-Venäjällä ilmastonmuutoksen yhteydessä” taloudellisella tuella
.