Abstract
Maandelijkse neerslag en de 3-maandelijkse gestandaardiseerde neerslagindex (SPI) werden gebruikt om de neerslagpatronen en de frequentie van ernstige droogte boven de Oost-Europese vlakte in de periode 1953-2011 in de tegengestelde fasen van de quasibiënniale oscillatie (QBO) zichtbaar te maken. Verschillen in neerslag- en ernstige droogtefrequentie in mei en juni in de westwaartse en oostwaartse fasen van de QBO-fasen worden verklaard door circulatievariaties. De analyse wijst op minder frequente ernstige droogte boven Oekraïne en in het centrum van het Europese deel van Rusland in mei in de westwaartse QBO-fase als gevolg van de intensivering van de stormbaan over de Oost-Europese Laagvlakte. De weersomstandigheden in mei en juni in de jaren van de westwaartse QBO-fase waren gunstiger voor de opbrengst. Het verschil van de opbrengst van zomertarwe in de westwaartse en de oostwaartse QBO-fase is groter dan hetzelfde verschil van de opbrengst van wintertarwe in de regio Centraal Zwarte Aarde en in de zuidelijke regio’s. Oekraïne en de regio ten oosten van de Zee van Azov zijn de meest kwetsbare gebieden met een verhoogd risico op ernstige droogte tijdens het actieve groeiseizoen aan het einde van de 20e en het begin van de 21e eeuw.
1. Inleiding
Droogte als natuurverschijnsel tast de ecosystemen gedurende lange tijd aan en veroorzaakt catastrofale schade aan het milieu en aan menselijke activiteiten. Formeel wordt een droogte geassocieerd met een tijdelijke daling van het totale vochtgehalte ten gevolge van een neerslagtekort; zij begeleidt ook de anticyclonale activiteit. Droogte is echter een complexe gebeurtenis en het risico dat zij zich voordoet wordt niet alleen veroorzaakt door klimatologische factoren.
De processen die droogte in gang zetten worden bestudeerd om de oorzaken van droogte, het ontstaan ervan, en positieve/negatieve terugkoppelingsmechanismen aan het licht te brengen. De grootschalige atmosferische mechanismen die verband houden met de klimaatschommelingen en de anomalieën van de temperatuur van het zeeoppervlak (SST) werden geïdentificeerd als beïnvloedende factoren. Onder de verschillende forceringen werden de El-Nino/Zuidelijke Oscillatie, de Noord-Atlantische Oscillatie, de Noord-Atlantische zeetemperatuur, de quasibiënniale oscillatie aan het licht gebracht. De quasibiënniale oscillatie van de wereldwijde atmosferische processen heeft echter een aanzienlijke invloed op de hoogst-frequente component van het klimaatsysteem.
Het is bekend dat de QBO de atmosferische circulatie in de gematigde breedten beïnvloedt en dat zijn invloed zich tot het aardoppervlak uitbreidt. Regelmatige metingen van de gemiddelde zonale windcomponenten worden sinds 1953 verricht door de radiosondestations van de equatoriale gordel. De periode van de oscillatie is ongeveer 28 maanden. De winden in de oostwaartse fase van de QBO zijn ongeveer twee keer zo sterk als die in de westwaartse fase. Als onderdeel van de globale atmosferische circulatie is de quasiperiodieke oscillatie van de equatoriale zonale wind in de tropische stratosfeer (quasibiënniale oscillatie (QBO)) de dominante wijze van interjaarlijkse stratosferische variabiliteit in de tropen. Een mechanisme, waarbij de interactie van interne equatoriale zwaartekrachtgolven met de equatoriale stratosferische zonale wind betrokken is, werd vervolgens in vele studies opgehelderd. Het mechanisme van de QBO-invloed op het klimaat is echter niet definitief opgehelderd.
Het signaal van de QBO-cyclus werd niet alleen gedetecteerd in de variabiliteit van de stratosferische zonale en meridionale wind, de temperatuur en de geopotentiaalhoogte (b.v, ), maar ook in de invloed ervan op de meteorologische parameters aan de oppervlakte, bijvoorbeeld luchttemperatuur, neerslag en sneeuwbedekking.
In eerdere studies werd het significante QBO-signaal ontdekt in de neerslag in september en oktober in de periode van 1953 tot de jaren tachtig in de regio van de Britse eilanden, in de Midden-Europese regio en in Wit-Rusland. In de regio’s van Oost-Oekraïne en de aangrenzende regio’s van Rusland was er een significant QBO-signaal in de neerslag in mei. Er zijn veel studies over de ontdekking van de gecombineerde invloed van de quasibiënniale oscillatie en de 11-jarige zonnecyclus op neerslagpatronen en oogstopbrengsten . In ons onderzoek werd een soortgelijke relatie echter niet gevonden.
Daarom hebben wij de studiekeuze beperkt tot het in aanmerking nemen van alleen de QBO.
Opbrengst van graangewassen wordt in de eerste plaats bepaald door het niveau van de landbouwpraktijken (technologie), het bodemtype, en het klimaat. De graangordel van de Oosteuropese Laagvlakte bevindt zich op een grondgebied met een geringe watervoorraad en onstabiele vochtomstandigheden. In deze omstandigheden is de voorspelling van de mogelijke effecten van veranderende weers- en klimaatfactoren op de gewasopbrengst van groot belang. De variabiliteit van de graanopbrengst en de fluctuatie van de seizoensneerslag in het Europese deel van de voormalige USSR zijn in eerdere studies onderzocht onder invloed van de quasibiënnale oscillatie.
In deze studie hebben we de periode van eerdere studies uitgebreid met een periode van abrupte klimaatverandering (aan het eind van de 20e eeuw en het begin van de 21e eeuw). De regionale eigenaardigheden van neerslag in de lente en de zomer, droogte en graanopbrengst in het zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte werden onthuld onder invloed van quasibiënnale oscillatie van globale atmosferische processen. Wij onderzoeken ook circulatieverschillen in de westwaartse en oostwaartse QBO fasen, die de oorzaak kunnen zijn van verschillen in neerslag en droogte.
Het doel van dit artikel is onderzoek naar de mogelijke invloed van de quasibiënniale oscillatie op de variabiliteit van de seizoensneerslag, de frequentie van de atmosferische droogte in de lente-zomer, en de graanopbrengst boven de Oosteuropese Laagvlakte en onderzoek naar de cycloon- en anticycloonactiviteit in de gematigde breedten in beide fasen van de QBO.
2. Gegevens en methoden
De belangrijkste graanregio’s van Oekraïne en het Europese deel van de Russische Federatie (EPR, het grondgebied van Rusland ten westen van de Oeral) gelegen in het droogtegevoelige gebied van de Oosteuropese Laagvlakte (ten zuiden van 54°NB) staan in het middelpunt van deze studie (figuur 1). Het gebied omvat verschillende landschapszones: halfwoestijn, droge en typische steppe, zuidelijke en typische bos-steppe, moerassige bosgebieden en loofbossen.
Maandelijkse neerslaggegevens met een gerasterde resolutie van 0,5° × 0,5° werden ontleend aan de wereldwijde maandelijkse dataset CRU TS 3.21 (http://badc.nerc.ac.uk/) om de variaties van de hoeveelheid neerslag in beide QBO-fasen te onderzoeken. De gestandaardiseerde neerslagindex (SPI) gegevens met een gerasterde resolutie van 1° werden verkregen uit de wereldwijde maandelijkse dataset van het National Center for Atmospheric Research (http://rda.ucar.edu/) en werden gebruikt om de ernst van de atmosferische droogte te analyseren. Volgens het onderzoek van Thom past de gamma-verdeling bij de waargenomen neerslagtijdreeksen. De cumulatieve waarschijnlijkheid van de waargenomen neerslag werd getransformeerd naar de standaard normale verdeling met een gemiddelde van nul om de SPI-waarden in elk knooppunt van het reguliere raster te berekenen. De negatieve waarden wijzen op minder dan de mediane neerslag en op droge perioden: 0 tot -0,99, milde droogte, -1 tot -1,49, matige droogte, -1,5 tot -1,99, ernstige droogte, en -2 of minder, extreme droogte. McKee et al. berekenden de SPI oorspronkelijk voor verschillende tijdschalen van 3 maanden tot 48 maanden. Voor deze studie zijn SPI-tijdreeksen van 3 maanden gebruikt. Ernstige droogtes in mei en juni staan centraal in de studie, omdat ze grote opbrengstverliezen kunnen veroorzaken. De droogtefrequentie in elke gridcel werd berekend als de verhouding tussen het aantal jaren met droogte en het totale aantal jaren. De trend van ernstige droogte in elk knooppunt van het raster werd berekend als de lineaire regressiecoëfficiënt van een tijdreeks van SPI (waarbij de SPI-waarden boven -1,5 werden vervangen door nul).
De QBO-fase voor de periode 1953-2011 werd bepaald door de 30-hPa equatoriale windrichting van april tot juni (de dataset van de Freie Universität Berlin, https://climatedataguide.ucar.edu/). Positieve windsnelheid wordt geassocieerd met de westwaartse QBO fase en negatieve met de oostwaartse fase. Het resultaat is dat de westwaartse fase voor de periode 1953-2011 28 jaar omvat en de oostwaartse fase 31 jaar. De SPI, de neerslag en de gewasopbrengstgegevens werden gecategoriseerd volgens deze fasen van de quasibiënniale oscillatie.
Het is algemeen bekend dat de neerslag tijdens de vegetatieperiode de sleutelrol speelt voor de fenologie van de planten als de belangrijkste factor voor de productiviteit. Zomergraangewassen (met inbegrip van zomertarwe en zomergerst) zijn in het zuiden van de Oosteuropese laagvlakte in het vroege groeiseizoen gevoelig voor atmosferische droogte en in het volgroeide stadium zijn zij beter bestand tegen droogte. De landbouwmethoden in de voormalige Sovjet-Unie zijn in de jaren tachtig van de vorige eeuw aanzienlijk verbeterd. De jaarlijkse opbrengsten van de wintertarwe, zomertarwe, en zomergerst gemiddeld in de regio’s van Oekraïne en Rusland volgens de landbouwstatistieken (http://agroua.net/statistics/, http://www.gks.ru/) werden onderzocht in de studie.
De dagelijkse NCEP/NCAR heranalyse gegevens van de geopotentiële hoogte van het isobarische niveau 1000 hPa (ruimtelijke resolutie 2.5°) werd gebruikt voor de analyse van de locatie van de synoptische vortices . De oppervlakte van het gebied binnen de maximale externe gesloten begrenzingscontour werd in deze studie in aanmerking genomen om de grootte van de synoptische draaikolk te karakteriseren. De definitie van het cycloon/anticyclonaal centrum is zodanig dat de locatie ervan niet mag overeenkomen met de rastercel waar de minimum rasterwaarde is gelokaliseerd (voor details zie ). De gemiddelde relatieve frequentie op lange termijn van synoptische wervels in het 5° × 5° rasterknooppunt werd bepaald als de proportie van de tijd wanneer het vortexcentrum zich bevindt in de 5° × 5° cel gecentreerd rond het knooppunt.
In deze studie trachten we de frequentiepatronen van ernstige droogte, neerslagpatronen, en de synoptische wervelpatronen in de tegengestelde QBO fasen boven de Oost-Europese vlakte aan het begin van het groeiseizoen (vegetatie) voor tarwe- en gerstgewassen te vergelijken en significante verschillen aan het licht te brengen. -test voor onafhankelijke steekproeven door groepen (op het waarschijnlijkheidsniveau van 0,95) werd toegepast voor het bepalen van de statistische significantie van neerslagverschillen en opbrengstverschillen. De statistische significantie van de verschillen in QBO-fasen in termen van droogtefrequentie werd bepaald met behulp van Fisher’s exact test, die meestal wordt toegepast op dichotome nominale variabelen.
3. Resultaten en Discussie
Uit de vorige studie bleek dat de droogte boven de Oosteuropese Laagvlakte zich voordoet onder de volgende wereldwijde atmosferische circulatiepatronen.(i)Arctische luchtmassa gevormd achter het koufront van de Atlantische cycloon breidt zich uit naar het westelijke en centrale deel van de Oosteuropese Laagvlakte. Er ontstaat een hogedrukgebied dat de Arctische anticycloon in het warme seizoen verbindt met de zuidelijke anticycloon. Onder deze omstandigheden treedt er vaker grote droogte op in het zuiden van het Europese deel van Rusland. ii) Wanneer de arctische luchtmassa het Atlantische gebied of West-Europa binnendringt, wordt er een tak van de Azoren-anticycloon gevormd en deze trekt oostwaarts tot het zuiden van West-Siberië. Onder deze omstandigheden treedt vaker uitgebreide droogte op in Oekraïne.(iii)De droogte boven EPR of Oekraïne kan ontstaan doordat er meerdere anticyclonen overblijven na de vernietiging van een tak van de Azoren-anticyclon of een hogedrukgebied boven het oosten van Europees Rusland.
De gemiddelde frequentie van atmosferische droogtes voor 1953-2011 in het zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte in mei en in juni in beide QBO-fasen volgens de SPI-gegevens wordt getoond in figuur 2. De hoogste droogtefrequentie in mei en in juni in de periode 1953-2011 deed zich in de westelijke QBO-fase voor in de noordelijke Kaspische regio (tot 6% gevallen in mei en tot 10% in juni), in de zuidelijke Pre-Urals (tot 10% in mei en tot 12% in juni), in de steppen van het Wolga-gebied (tot 6% in mei en tot 10% in juni), in het westen van Oekraïne (tot 8% in mei), en in het oosten van Oekraïne (tot 6% in mei en tot 8% in juni) (figuren 2(a) en 2(b)). De gemiddelde frequentie van perioden van ernstige droogte in het zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte was in de oostwaartse QBO-fase hoger dan in de westwaartse fase (fig. 2(c) en 2(d)). De ernstige droogte met de hoogste herhaalbaarheid in mei werd waargenomen in het gehele zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte in de oostwaartse QBO-fase: in het centrum van Oekraïne tot 12%, in de regio van de Zee van Azov tot 14%, en ten noordwesten van de Kaspische Zee tot 14% (figuur 2(c)). De hoogste frequentie van ernstige droogte in juni in de oostelijke fase werd waargenomen in het oosten van Oekraïne (tot 10%) en in het gebied tussen de Zwarte Zee en de Kaspische Zee (tot 10%) (figuur 2(d)). De droogtefrequentie in het Wolga-gebied en in het zuidelijke Voor-Oeralgebied tijdens de oostwaartse QBO-fase bedroeg niet meer dan 6% in mei (figuur 2(c)) en 3% in juni (figuur 2(d)).
Zoals blijkt uit de figuren 3(a) en 3(b), werd in mei en juni in de westwaartse QBO-fase meer neerslag waargenomen in Oekraïne en in het zuiden van het Europese deel van Rusland. De significante westwaartse/oostwaartse faseverschillen in de neerslag in mei zijn gelokaliseerd in Centraal-Oekraïne (verschillen van 27% tot 59%), in het westen van Centraal Zwarte Aarde gebied van Rusland (verschillen van 27% tot 37%) en in het lager gelegen Don bekken (van 33% tot 58%). Verschillen in de hoeveelheid neerslag in juni in beide QBO-fasen zijn alleen significant in kleine gebieden ten noorden van de Kaspische Zee. Onze resultaten komen overeen met die van eerdere studies.
Figuur 3(c) toont aan dat de lagere frequentie van ernstige droogte in mei in de westelijke QBO-fase vergeleken met de oostelijke werd waargenomen in het zuiden van de Oosteuropese Laagvlakte (met uitzondering van kleine gebieden). De significante verschillen in de frequentie van ernstige droogte in mei werden vastgesteld in Centraal-Oekraïne (verschillen van 13 tot 16 ernstige droogte per 100 jaar) en ten noorden van de Kaspische Zee (verschillen van 13 tot 20 ernstige droogte per 100 jaar). Uit analyse is gebleken dat dezelfde frequentie in juni lager is in het noorden van Oekraïne (verschillen van 9 tot 12 ernstige droogte per 100 jaar), in het westen van de regio Centraal Zwarte Aarde (verschillen tot 9 ernstige droogte per 100 jaar), en in de oblast Rostov en in de kraj Krasnodar (verschillen tot 9 ernstige droogte per 100 jaar), maar hoger in het Wolga-gebied (verschillen tot 11 ernstige droogte per 100 jaar). Er zijn echter slechts kleine gebieden met significante verschillen in het westen van het centrale deel van de Zwarte Zee en in het noorden van Oekraïne.
Ondanks het feit dat de gebieden met significante verschillen relatief compact zijn, moet worden opgemerkt dat de ruimtelijke samenhang van het verschilteken over uitgestrekte regio’s sterk wijst op de invloed van de QBO-fase op zowel de neerslag als de droogte.
Multidirectionele coëfficiënten van de lineaire trend van ernstige droogte in de Oost-Europese vlakte in beide QBO-fasen werden vastgesteld tijdens de periode van actieve klimaatverandering van 1991-2011 (Figuren 4(a), 4(b), 4(c), en 4(d)). De grootste toename van het aantal droogtegevallen werd vastgesteld in de oostelijke QBO-fase: de grootste negatieve trends in mei werden vastgesteld in Oekraïne (met uitzondering van de westelijke regio’s) (figuur 4(c)), en soortgelijke trends in juni werden vastgesteld in het centrum van Oekraïne, ten oosten van de Azov Zee, en in de Wolga regio (figuur 4(d)). Negatieve trends in de westelijke QBO-fase kwamen alleen in mei aan het licht in het noorden van Oekraïne (figuur 4(a)).
De toename van de opbrengst van zomertarwe in het Europese deel van Rusland, gemiddeld over de jaren van de westelijke QBO-fase, komt overeen met de toename van de neerslag en de afname van de frequentie van ernstige droogte boven de Oost-Europese vlakte die in dezelfde periode werd waargenomen. De grootste toename van de opbrengst van zomertarwe werd geconstateerd in de westelijke regio’s van de EPR (35,5% in de oblast Bryansk, 25,9% in de oblast Belgorod, 26,8% in de oblast Rostov, 23,9% in de oblast Volgograd en 23,3% in de oblast Voronezh), afnemend in de richting naar het noordoosten (figuur 5(a)). De opbrengstpatronen van wintertarwe in beide QBO-fasen zijn minder consistent met patronen van neerslag en ernstige droogte dan die van zomertarwe (figuren 3 en 5(b)). Dit effect kan worden verklaard door het feit dat belangrijke weersomstandigheden van de vegetatie voor het groeiseizoen in de herfst en de winteromstandigheden voor de wintertarweoogst niet zijn geanalyseerd. De grootste toename van de gemiddelde opbrengst van wintertarwe in de westelijke QBO-fase-jaren in vergelijking met dezelfde in de oostelijke fase is geconstateerd in de oblast Oeljanovsk (21,3%), in de Republiek Tatarstan (21,8%) en in de oblast Luhansk (21,4%). Een significant verschil in de opbrengst van wintertarwe in beide fasen werd alleen in de oblast Luhansk geconstateerd. De resultaten komen overeen met eerdere studies naar de variabiliteit van de opbrengst van winter- en zomertarwe in de QBO-fasen. Merk op dat de duurzaamheid van het QBO-signaal in verschillende regio’s werd bepaald door de bestudeerde periode.
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
De resultaten van de vergelijking van de gebieden met toenemende neerslag en opbrengst van zomergerst en de gebieden met afnemende droogte in de westelijke QBO-fase in de periode 1958-2011 zijn consistent (Figuren 3 en 5(c)). De grootste toename van de opbrengst van zomergerst in de westwaartse QBO-fase werd geconstateerd in de Republiek Basjkortostan (30%), in de oblast Rostov (28,3%), in de oblast Rjazan (26,8%), in de Republiek Kalmukkië (26,9%) en in de oblast Luhansk (27,6%) (figuur 5(c)).
De opbrengst van beide tarwesoorten in het Europese deel van Rusland in de westwaartse QBO-fase overtreft dezelfde opbrengst in de oostwaartse fase in de regio Centraal Zwarte Aarde (met 3-10%) en in de zuidelijke regio’s (met 5-12%) in de periode 1953-2011 (figuur 5(d)). Het grotere verschil voor zomertarwe hing samen met zijn gevoeligheid voor neerslagtekort en droogte tijdens het actieve groeiseizoen in mei op de Oost-Europese Laagvlakte.
De toegenomen bevochtiging in het zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte in mei in de periode 1953-2011 in de westwaartse QBO-fase kan worden verklaard door het verschil in de cyclonale activiteit in de tegengestelde QBO-fasen (figuur 6). Het belangrijkste stormspoor in de regio is zonaal gelokaliseerd rond 50°N boven Oekraïne; het is noordwestwaarts verplaatst op ongeveer 35°E in mei in beide QBO fasen. Echter, de stormbaan intensiveerde sterk in de westwaartse QBO fase en de hoogste cycloonfrequentie verschoof van het westen naar het oosten van Oekraïne naar de regio Poltava-Kharkiv (gebied I in figuur 6(a)). Bovendien leidde de intensivering en uitbreiding van de stormbaan tot een toename van de dichtheid van de cyclooncentra in het zuiden van EPR in de oblast Rostov en in de Krai Krasnodar (gebied II in figuur 6(a)). Regenval wordt geassocieerd met de passage van een cycloon; het veroorzaakte de toegenomen bevochtiging in het zuiden van Oost-Europa Rusland in de westwaartse QBO fase. Merk op dat een significant verschil in de frequentie van het voorkomen van de cyclonen in juni niet werd gevonden (niet getoond).
(a)
(b)
(a)
(b)
Wij analyseerden de variaties van de atmosferische circulatie met behulp van de gemiddelde kenmerken van de anticyclonale activiteit (composieten) om de toegenomen en afgenomen bevochtiging te verklaren. De afname van het vochtgehalte in de oblast Voronezh, de oblast Rostov, de oblast Volgograd, de oblast Astrakhan en de republiek Kalmykia in mei en juni werd waargenomen in de westwaartse QBO-fase. Het toegenomen vochtgehalte deed zich voor in de Noordelijke Kaukasus en in het zuidelijke Voor-Oeral. De verminderde droogte in mei is geassocieerd met een lagere anticyclonefrequentie (gebied M1 in figuur 7(a)) samen met een hogere cycloonrecurrentie (figuur 6(a)). Tegelijkertijd werd een hogere frequentie van de anticycloon in de westelijke fase waargenomen in de Noordelijke Kaukasus (gebied M2 in de Figuur 7(a)).
De anticyclonefrequentie in het zuidelijke Voor-Oeral in mei in beide QBO-fasen is ongeveer gelijk, maar de omvang van de anticyclonen is daar groter en daardoor worden grotere gebieden onderworpen aan omstandigheden die hier bevorderlijk zijn voor de droogte. Bovendien blokkeren grotere en minder beweeglijke anticyclonen effectief cyclonen ten noorden van de Kaspische Zee (gebied III in figuur 6(b)).
Zoals uit figuur 8 blijkt, worden in juni in de tegengestelde fasen soortgelijke patronen van anticycloonactiviteit waargenomen (in de westelijke fase: verminderde frequentie van de anticyclonen in het J1-gebied (figuur 8(a)); verhoogde frequentie van de anticyclonen in het J2-gebied (figuur 8(a)); de grotere cyclonen in het J3-gebied (figuur 8(c)). Het maximum van het anticyclonale gebied in de oostelijke fase boven het oosten van Oekraïne leidt nauwelijks tot extra toename van de droogte in het zuiden van de Oosteuropese Laagvlakte, vanwege de lage frequentie van het voorkomen van de anticyclonen (Figuren 8(b) en 8(d)).
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
Meer neerslag en minder vaak ernstige atmosferische droogte boven de Oost-Europese vlakte gemiddeld in de jaren van de westwaartse QBO-fase in vergelijking met de oostwaartse fase gedurende de periode 1953-2011 resulteerden in meer opbrengsten van de zomertarwe. De waargenomen effecten worden verklaard door circulatieverschillen in de QBO-fasen. Daarom kan de prioriteit van het gebruik van zomertarwe in de centrale regio van de Zwarte Aarde en in de steppen van het Europese deel van Rusland in de westwaartse fase de landbouwrisico’s verminderen. In dit geval kan de quasibiënniale oscillatie worden gebruikt als een van de betrouwbare voorspellers. Dit onderwerp vereist echter verdere studie met inbegrip van de andere drijvende krachten van de invloed op de gewasopbrengst.
4. Conclusie
Significant QBO signaal in neerslag, atmosferische droogte, en gewasopbrengst in mei-juni in het zuiden van de Oost-Europese vlakte werd gedetecteerd in de periode van 1953-2011, met inbegrip van de periode van actieve klimaatverandering. De grootste gebieden met significante verschillen in neerslag- en droogtefrequentie in de QBO-fasen werden vastgesteld in mei. Meer neerslag en minder ernstige droogte in mei en juni (met uitzondering van het gebied ten noorden van de Kaspische Zee) werden waargenomen in het zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte in de westwaartse QBO-fase vergeleken met de oostwaartse QBO-fase. De significante westwaartse/oostwaartse faseverschillen in de neerslag in mei waren gelokaliseerd in Centraal-Oekraïne, in het westen van Centraal Zwarte Aarde gebied van Rusland, en in het lager gelegen Don bekken. Minder uniforme neerslagpatronen in het zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte kwamen in juni aan het licht. De significante verschillen in de frequentie van ernstige droogte in mei werden vastgesteld in Centraal-Oekraïne en ten noorden van de Kaspische Zee. Analyse heeft aangetoond dat dezelfde frequentie in juni lager is in het noorden van Oekraïne, in het westen van Centraal Zwarte Aarde regio, in de Rostov Oblast, en in de Krasnodar Krai, maar hoger in de Wolga regio.
Op hetzelfde moment, trends van ernstige droogte in de Oost-Europese vlakte in beide QBO fasen tijdens de periode van actieve klimaatverandering van 1991-2011 waren ruimtelijk niet uniform. De grootste trends van toegenomen droogte in mei en juni in Oekraïne (vooral in de centrale regio’s) en in de regio ten oosten van de Zee van Azov kwamen aan het licht in de oostelijke QBO-fase. Trends van hetzelfde teken in de westwaartse QBO-fase werden alleen in Oekraïne waargenomen. Aldus werden Oekraïne en de regio ten oosten van de Zee van Azov geïdentificeerd als de meest kwetsbare regio’s met een verhoogd risico op ernstige droogte tijdens het actieve groeiseizoen aan het einde van de 20e-begin van de 21e eeuw in het zuiden van de Oost-Europese Laagvlakte.
Verschillen in neerslag en frequentie van ernstige droogte in mei en juni in de periode 1953-2011 in de QBO-fasen worden verklaard door verschillen in circulatiepatronen in de westwaartse en oostwaartse fasen van de QBO. De intensivering van de stormbaan over de Oost-Europese Laagvlakte in mei in de westwaartse QBO fase resulteert in de afname van de bevochtiging in Oekraïne en in het centrum van het Europese deel van Rusland. Daarnaast is de toegenomen droogte in het Wolga-gebied en het zuidelijke Voor-Oeral in mei en juni geassocieerd met de hogere frequentie en/of krachtiger extensieve anticyclonen.
De weersomstandigheden in mei en juni in de jaren van de westwaartse QBO-fase in de periode 1953-2011 waren gunstiger voor de opbrengst. De gemiddelde opbrengst van wintertarwe, zomertarwe en zomergerst in het zuiden van de Oost-Europese vlakte in de westwaartse QBO-fase gedurende de periode 1953-2011 was hoger dan dezelfde opbrengst in de oostwaartse fase. Het verschil van de opbrengst van zomertarwe in het Europese deel van Rusland in de westwaartse QBO-fase overtreft hetzelfde verschil in de oostwaartse fase in de regio Centraal Zwarte Aarde (met 3-10%) en in de zuidelijke regio’s (met 5-12%) in de periode 1953-2011. Het grotere verschil voor zomertarwe werd in verband gebracht met zijn gevoeligheid voor neerslagtekort en droogte tijdens het actieve groeiseizoen op de Oost-Europese Laagvlakte.
Conflict of Interests
De auteurs verklaren dat er geen belangenconflict is met betrekking tot de publicatie van dit artikel.
Aankondiging
De studie werd uitgevoerd met de financiële steun van het door de Russische Academie van Wetenschappen aanvaarde programma “Woestijnvorming van Droge Landen in het Zuiden van Rusland in de Context met Klimaatveranderingen.”