Abstract
Miesięczne opady atmosferyczne i 3-miesięczny Standardized Precipitation Index (SPI) zostały wykorzystane do ujawnienia wzorców opadów i częstotliwości występowania poważnej suszy nad Niziną Wschodnioeuropejską w okresie 1953-2011 w przeciwnych fazach oscylacji quasibiennialnej (QBO). Różnice w częstości występowania opadów i poważnej suszy w maju i czerwcu w zachodnich i wschodnich fazach QBO są wyjaśnione zmianami cyrkulacji. Analiza wskazuje na mniejszą częstość występowania poważnych susz nad Ukrainą i w centrum europejskiej części Rosji w maju w zachodniej fazie QBO, co wynika z intensyfikacji toru burzowego nad Niziną Wschodnioeuropejską. Warunki pogodowe w maju i czerwcu w latach z zachodnią fazą QBO były bardziej korzystne dla plonów. Różnica plonów pszenicy jarej w zachodniej i wschodniej fazie QBO przekracza taką samą różnicę plonów pszenicy ozimej w regionie środkowo-czarnomorskim oraz w regionach południowych. Ukraina i region na wschód od Morza Azowskiego są obszarami najbardziej narażonymi na zwiększone ryzyko wystąpienia poważnej suszy podczas aktywnego okresu wegetacyjnego pod koniec XX i na początku XXI wieku.
1. Wstęp
Susza jako zjawisko naturalne oddziałuje na ekosystemy przez długi czas powodując katastrofalne szkody w środowisku i działalności człowieka. Formalnie susza związana jest z przejściowym spadkiem wilgotności całkowitej na skutek niedoboru opadów; towarzyszy również aktywności antycyklonalnej. Susza jest jednak zjawiskiem złożonym, a ryzyko jej wystąpienia jest powodowane nie tylko przez czynniki klimatyczne.
Procesy inicjujące suszę są badane w celu ujawnienia przyczyn suszy, jej genezy oraz mechanizmów dodatniego/ujemnego sprzężenia zwrotnego. Wielkoskalowe mechanizmy atmosferyczne związane z trybami zmienności klimatu i anomaliami temperatury powierzchni morza (SST) zostały zidentyfikowane jako czynniki wpływające. Wśród różnych wymuszeń ujawniły się: oscylacja El-Nino/Southern Oscillation, oscylacja północnoatlantycka, temperatura powierzchni morza na północnym Atlantyku, oscylacja quasibiennial. Jednakże oscylacja quasibiennialna globalnych procesów atmosferycznych w istotny sposób wpływa na składową o najwyższej częstotliwości systemu klimatycznego.
Wiadomo, że QBO wpływa na cyrkulację atmosferyczną w umiarkowanych szerokościach geograficznych, a jej wpływ propaguje się do powierzchni Ziemi. Regularne pomiary średnich składowych wiatru strefowego prowadzone są przez stacje radiosondażowe w pasie równikowym od 1953 roku. Okres oscylacji wynosi około 28 miesięcy. Wiatry w fazie wschodniej QBO są około dwukrotnie silniejsze niż w fazie zachodniej. Jako element globalnej cyrkulacji atmosferycznej, quasiperiodyczna oscylacja równikowego wiatru strefowego w stratosferze tropikalnej (quasibiennial oscillation (QBO)) jest dominującym sposobem międzyrocznej zmienności stratosfery w tropikach. Mechanizm, polegający na interakcji wewnętrznych równikowych fal grawitacyjnych z równikowym stratosferycznym wiatrem strefowym, został następnie wyjaśniony w wielu badaniach. Mechanizm wpływu QBO na klimat nie jest jednak ostatecznie wyjaśniony .
Sygnał cyklu QBO został wykryty nie tylko w zmienności stratosferycznego wiatru strefowego i meridionalnego, temperatury i wysokości geopotencjału (np., ), ale także w jego wpływie na powierzchniowe parametry meteorologiczne, np. temperaturę powietrza, opady i pokrywę śnieżną .
W poprzednich badaniach znaczący sygnał QBO był wykrywany w opadach wrześniowych i październikowych w okresie od 1953 do lat 80-tych w rejonie Wysp Brytyjskich, w regionie Europy Środkowej i na Białorusi. Regiony wschodniej Ukrainy i przyległe regiony Rosji miały znaczący sygnał QBO w opadach w maju. Istnieje wiele badań dotyczących wykrycia łącznego wpływu oscylacji quasibiennikowej i 11-letniego cyklu słonecznego na kształtowanie się opadów i plonów. However, in our research, a similar relationship was not found.
Therefore we limited study choosing for consideration of only the QBO.
Grain crop yield is primarily defined by the level of farming practices (technology), soil type, and climate. Pas zbożowy Niziny Wschodnioeuropejskiej znajduje się na terenie o niskich zasobach wodnych i niestabilnych warunkach wilgotnościowych. W tych warunkach bardzo ważne jest przewidywanie potencjalnego wpływu zmieniających się czynników pogodowych i klimatycznych na plony roślin uprawnych. W dotychczasowych pracach badano zmienność plonów zbóż i wahania opadów sezonowych w europejskiej części byłego ZSRR pod wpływem oscylacji quasibiennialnej .
W niniejszej pracy rozszerzono okres dotychczasowych badań, włączając okres gwałtownych zmian klimatycznych (koniec XX wieku i początek XXI wieku). Ujawniono regionalne osobliwości opadów wiosenno-letnich, suszy i plonów zbóż w południowej części Niziny Wschodnioeuropejskiej pod wpływem quasibiennale oscylacji globalnych procesów atmosferycznych. Badano również różnice cyrkulacyjne w zachodniej i wschodniej fazie QBO, które mogą być przyczyną różnic w opadach i suszy.
Celem niniejszej pracy jest zbadanie możliwego wpływu oscylacji quasibiennialnej na zmienność opadów sezonowych, częstość występowania wiosenno-letniej suszy atmosferycznej i plonów zbóż nad Niziną Wschodnioeuropejską oraz zbadanie aktywności cyklonów i antycyklonów w umiarkowanych szerokościach geograficznych w obu fazach QBO.
2. Dane i metody
Przedmiotem badań są główne regiony zbożowe Ukrainy i europejskiej części Federacji Rosyjskiej (EPR, terytorium Rosji na zachód od Uralu) położone na wrażliwym na suszę terytorium Niziny Wschodnioeuropejskiej (na południe od 54°N) (rys. 1). Terytorium to obejmuje różne strefy krajobrazowe: półpustynie, suchy i typowy step, południowy i typowy las-step, lasy bagienne i lasy liściaste.
Miesięczne dane opadowe o rozdzielczości 0.5° × 0.5° zostały pobrane z globalnego miesięcznego zbioru danych CRU TS 3.21 (http://badc.nerc.ac.uk/) w celu zbadania zmienności ilości opadów w obu fazach QBO. Dane Standardized Precipitation Index (SPI) o rozdzielczości siatki 1° uzyskano z globalnego miesięcznego zbioru danych National Center for Atmospheric Research (http://rda.ucar.edu/) i wykorzystano do analizy nasilenia suszy atmosferycznej. Zgodnie z badaniami Thom’a rozkład gamma pasuje do obserwowanych szeregów czasowych opadów. Skumulowane prawdopodobieństwo obserwowanych opadów zostało przekształcone do standardowego rozkładu normalnego ze średnią równą zero w celu obliczenia wartości SPI w każdym węźle regularnej siatki. Wartości ujemne wskazują na opady mniejsze od mediany i okresy suszy: 0 do -0,99, łagodna susza, -1 do -1,49, umiarkowana susza, -1,5 do -1,99, poważna susza i -2 lub mniej, ekstremalna susza. McKee i in. pierwotnie obliczyli SPI dla różnych skal czasowych od 3 miesięcy do 48 miesięcy. W niniejszym opracowaniu wykorzystano 3-miesięczne szeregi czasowe SPI. Poważne susze w maju i czerwcu są w centrum uwagi, ponieważ potencjalnie powodują duże straty w plonach. Częstotliwość występowania suszy w każdej komórce siatki obliczono jako stosunek liczby lat, w których wystąpiła susza, do liczby lat ogółem. Trend poważnej suszy w każdym węźle siatki obliczono jako współczynnik regresji liniowej szeregu czasowego SPI (gdzie wartości SPI powyżej -1,5 zastąpiono zerem).
Fazę QBO dla okresu 1953-2011 określono na podstawie kierunku wiatru równikowego 30-hPa od kwietnia do czerwca (zbiór danych Freie Universität Berlin, https://climatedataguide.ucar.edu/). Dodatnia prędkość wiatru związana jest z fazą zachodnią QBO, a ujemna z fazą wschodnią. W rezultacie, faza zachodnia dla okresu 1953-2011 obejmuje 28 lat, a faza wschodnia 31 lat. Dane dotyczące SPI, opadów atmosferycznych i plonów zostały skategoryzowane zgodnie z tymi fazami oscylacji quasibiennialnej.
Wiadomo, że opady atmosferyczne w okresie wegetacyjnym odgrywają kluczową rolę dla fenologii roślin jako najważniejszego czynnika produktywności. Zboża jare (w tym pszenica jara i jęczmień jary) są wrażliwe na suszę atmosferyczną w południowej części Niziny Wschodnioeuropejskiej na początku okresu wegetacyjnego i są bardziej odporne na suszę w fazie dojrzałej. Metody uprawy roli w byłym Związku Radzieckim zostały znacznie ulepszone w latach 80-tych ubiegłego wieku. W pracy zbadano roczne plony pszenicy ozimej, pszenicy jarej i jęczmienia jarego uśrednione w regionach Ukrainy i Rosji według statystyki rolnej (http://agroua.net/statistics/, http://www.gks.ru/).
Do analizy położenia wirów synoptycznych wykorzystano dzienne dane reanalizy NCEP/NCAR o wysokości geopotencjału poziomu izobarycznego 1000 hPa (rozdzielczość przestrzenna 2,5°). Do scharakteryzowania wielkości wirów synoptycznych przyjęto obszar regionu znajdujący się wewnątrz maksymalnego zewnętrznego zamkniętego konturu ograniczającego. Definicja centrum cyklonu/antycyklonu jest taka, że jego położenie nie powinno pokrywać się z komórką siatki, w której zlokalizowana jest minimalna wartość siatki (szczegóły patrz ). Długookresowa średnia względna częstość wirów synoptycznych w węźle siatki 5° × 5° została określona jako proporcja czasu, w którym centrum wiru znajduje się w komórce 5° × 5° wyśrodkowanej w węźle.
W tym badaniu próbujemy porównać wzorce częstości poważnych susz, wzorce opadów i wzorce wirów synoptycznych w przeciwnych fazach QBO nad Niziną Wschodnioeuropejską na początku sezonu wegetacyjnego dla upraw pszenicy i jęczmienia oraz ujawnić znaczące różnice. -Do określenia istotności statystycznej różnic opadów i plonów zastosowano test prób niezależnych dla poszczególnych grup (na poziomie prawdopodobieństwa 0,95). Istotność statystyczną różnic w fazach QBO pod względem częstości występowania suszy określono za pomocą dokładnego testu Fishera, który najczęściej stosuje się do dychotomicznych zmiennych nominalnych.
3. Wyniki i dyskusja
Wcześniejsze badania wykazały, że susza nad Niziną Wschodnioeuropejską występuje przy następujących układach globalnej cyrkulacji atmosferycznej.(i)Arktyczna masa powietrza powstała za zimnym frontem cyklonu atlantyckiego rozciąga się na zachodnią i centralną część Niziny Wschodnioeuropejskiej. Powstaje obszar wysokiego ciśnienia, który w ciepłej porze roku łączy antycyklon arktyczny z antycyklonem południowym. Rozległe susze występujące w tych warunkach pojawiają się częściej na południu europejskiej części Rosji.(ii)Kiedy arktyczna masa powietrza wkracza w rejon Atlantyku lub Europy Zachodniej, tworzy się odnoga antycyklonu azorskiego, która przemieszcza się na wschód aż do południowej części Syberii Zachodniej. W tych warunkach rozległa susza częściej występuje nad Ukrainą.(iii)Susza nad EPR lub Ukrainą może powstać na skutek kilku antycyklonów pozostałych po zniszczeniu gałęzi antycyklonu azorskiego lub obszaru wysokiego ciśnienia nad wschodnią częścią europejskiej Rosji.
Średnią częstość występowania susz atmosferycznych za lata 1953-2011 na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej w maju i w czerwcu w obu fazach QBO według danych SPI przedstawiono na rysunku 2. Największa częstość susz w maju i w czerwcu w okresie 1953-2011 wystąpiła w zachodniej fazie QBO w północnym regionie Morza Kaspijskiego (do 6% przypadków w maju i do 10% w czerwcu), w południowym Pre-Uralu (do 10% w maju i do 12% w czerwcu), na stepach nadwołżańskich (do 6% w maju i do 10% w czerwcu), na zachodzie Ukrainy (do 8% w maju) i na wschodzie Ukrainy (do 6% w maju i do 8% w czerwcu) (rys. 2(a) i 2(b)). Średnia częstość epizodów wielkiej suszy na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej w fazie wschodniej QBO była wyższa od częstości w fazie zachodniej (rys. 2(c) i 2(d)). Poważna susza o największej powtarzalności w maju występowała na całym obszarze południowej części Niziny Wschodnioeuropejskiej w fazie wschodniej QBO: w centrum Ukrainy do 12%, w rejonie Morza Azowskiego do 14%, a na północny zachód od Morza Kaspijskiego do 14% (rys. 2(c)). Największą częstotliwość występowania poważnej suszy w czerwcu w fazie wschodniej zaobserwowano na wschodzie Ukrainy (do 10%) i na terytorium między Morzem Czarnym a Morzem Kaspijskim (do 10%) (rys. 2(d)). Częstość suszy w rejonie Wołgi i na południowym Przedmurzu w fazie wschodniej QBO nie przekraczała 6% w maju (rys. 2(c)) i 3% w czerwcu (rys. 2(d)).
Jak wynika z rys. 3(a) i 3(b), wyższe opady na Ukrainie i na południu europejskiej części Rosji obserwowano w maju i czerwcu w fazie zachodniej QBO. Znaczące różnice w wielkości opadów w maju w fazie zachód/wschód występują w środkowej Ukrainie (różnice od 27% do 59%), w zachodniej części regionu środkowo-czarnomorskiego Rosji (różnice od 27% do 37%) oraz w dorzeczu dolnego Donu (od 33% do 58%). Różnice w ilości opadów w czerwcu w obu fazach QBO są istotne tylko na niewielkich obszarach na północ od Morza Kaspijskiego. Nasze wyniki są zgodne z wcześniejszymi badaniami .
Rysunek 3(c) pokazuje, że mniejsza częstość występowania silnej suszy w maju w zachodniej fazie QBO w porównaniu ze wschodnią była obserwowana na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej (z wyjątkiem niewielkich obszarów). Istotne różnice w częstości występowania poważnej suszy w maju stwierdzono w centralnej Ukrainie (różnice od 13 do 16 poważnych susz na 100 lat) oraz na północ od Morza Kaspijskiego (różnice od 13 do 20 poważnych susz na 100 lat). Analiza wykazała, że taka sama częstotliwość występowania suszy w czerwcu jest niższa w północnej części Ukrainy (różnice od 9 do 12 poważnej suszy na 100 lat), w zachodniej części regionu środkowo-czarnomorskiego (różnice do 9 poważnej suszy na 100 lat) oraz w obwodzie rostowskim i Kraju Krasnodarskim (różnice do 9 poważnej suszy na 100 lat), ale wyższa w obwodzie nadwołżańskim (różnice do 11 poważnej suszy na 100 lat). Wykryto jednak tylko niewielkie obszary znaczących różnic w zachodniej części regionu Centralnej Czarnej Ziemi i na północy Ukrainy.
Mimo, że obszary istotnych różnic są stosunkowo zwarte, należy zauważyć, że spójność przestrzenna znaku różnicy na rozległych obszarach silnie wskazuje na wpływ fazy QBO zarówno na opady atmosferyczne, jak i suszę.
W okresie aktywnych zmian klimatu 1991-2011 zidentyfikowano wielokierunkowe współczynniki trendu liniowego wielkiej suszy na Nizinie Wschodnioeuropejskiej w obu fazach QBO (ryc. 4(a), 4(b), 4(c) i 4(d)). Największe tempo wzrostu liczby susz wykryto we wschodniej fazie QBO: największe negatywne trendy w maju ujawniły się na Ukrainie (z wyłączeniem regionów zachodnich) (rys. 4(c)), a podobne trendy w czerwcu zidentyfikowano w centrum Ukrainy, na wschód od Morza Azowskiego i w rejonie Wołgi (rys. 4(d)). Negatywne trendy w zachodniej fazie QBO ujawniły się tylko w maju na północy Ukrainy (Rysunek 4(a)).
Wzrost plonów pszenicy jarej w europejskiej części Rosji uśredniony dla lat zachodniej fazy QBO jest zgodny z obserwowanym w tym samym okresie wzrostem opadów i zmniejszeniem częstości występowania poważnych susz nad Niziną Wschodnioeuropejską. Największy wzrost plonów pszenicy jarej stwierdzono w zachodnich regionach EPR (35,5% w obwodzie Briańskim, 25,9% w obwodzie Biełgorodzkim, 26,8% w obwodzie Rostowskim, 23,9% w obwodzie Wołgogradzkim i 23,3% w obwodzie Woroneskim), malejący w kierunku północno-wschodnim (Rysunek 5(a)). Wzorce plonów pszenicy ozimej w obu fazach QBO są mniej spójne z wzorcami opadów i ostrej suszy w porównaniu z plonami pszenicy jarej (rysunki 3 i 5(b)). Efekt ten moĪna wytáumaczyü faktem, Īe nie przeanalizowano waĪnych warunków pogodowych wegetacji dla okresu wegetacyjnego jesienią i warunków zimowych dla plonów pszenicy ozimej. Największy wzrost plonu pszenicy ozimej uśrednionego dla lat z zachodnią fazą QBO w porównaniu z takim samym w fazie wschodniej wystąpił w obwodzie Uljanowskim (21,3%), w Republice Tatarstanu (21,8%) i w obwodzie Ługańskim (21,4%). Istotną różnicę w plonach pszenicy ozimej w obu fazach stwierdzono tylko w obwodzie ługańskim. Wyniki te są zgodne z wcześniejszymi badaniami nad zmiennością plonów pszenicy ozimej i jarej w fazach QBO. Należy zauważyć, że trwałość sygnału QBO w różnych regionach była określona przez badany okres.
(a)
(b)
(c)
.
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
Wyniki porównania obszarów zwiększonych opadów i plonów jęczmienia jarego oraz obszarów zmniejszenia częstości suszy w zachodniej fazie QBO w okresie 1958-2011 są zgodne (rys. 3 i 5(c)). Największy wzrost plonów jęczmienia jarego w zachodniej fazie QBO odnotowano w Republice Baszkortostanu (30%), w obwodzie rostowskim (28,3%), w obwodzie riazańskim (26,8%), w Republice Kałmucji (26,9%) i w obwodzie ługańskim (27,6%) (rys. 5(c)).
Zbiory obu gatunków pszenicy w europejskiej części Rosji w zachodniej fazie QBO przewyższają te same zbiory w fazie wschodniej w regionie środkowo-czarnomorskim (o 3-10%) i w regionach południowych (o 5-12%) w okresie 1953-2011 (Rysunek 5(d)). Większa różnica dla pszenicy jarej związana była z jej wrażliwością na niedobór opadów i suszę w aktywnym okresie wegetacyjnym w maju na Nizinie Wschodnioeuropejskiej.
Większe uwilgotnienie na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej w maju w okresie 1953-2011 w zachodniej fazie QBO można tłumaczyć różnicą w aktywności cyklonalnej w przeciwnych fazach QBO (rys. 6). Główny tor burzy w tym regionie jest zlokalizowany strefowo około 50°N nad Ukrainą i jest przesunięty na północny zachód na około 35°E w maju w obu fazach QBO. Jednak w zachodniej fazie QBO tor burzowy uległ silnej intensyfikacji, a największa częstotliwość występowania cyklonów przesunęła się z zachodu na wschód Ukrainy do regionu Połtawa-Kharków (obszar I na Rysunku 6(a)). Ponadto, intensyfikacja i rozbudowa toru burzowego spowodowała wzrost gęstości centrów cyklonalnych na południu EPR w obwodzie rostowskim i Kraju Krasnodarskim (obszar II na Rysunku 6(a)). Z przejściem cyklonu związane są opady deszczu, które spowodowały wzrost nawilżenia powietrza na południu wschodniej części Rosji w zachodniej fazie QBO. Należy zauważyć, że nie stwierdzono istotnej różnicy w częstości występowania cyklonów w czerwcu (nie pokazano).
(a)
(b)
(a)
(b)
.
Przeanalizowaliśmy zmiany cyrkulacji atmosferycznej wykorzystując średnie charakterystyki aktywności antycyklonalnej (kompozyty) do wyjaśnienia zwiększonego i zmniejszonego nawilżenia. Zaobserwowano spadek wilgotności w Obwodzie Woroneskim, Obwodzie Rostowskim, Obwodzie Wołgogradzkim, Obwodzie Astrachańskim i Republice Kałmucji w maju i czerwcu w zachodniej fazie QBO. Wzrost wilgotności wystąpił na Kaukazie Północnym i w południowym Pre-Uralu. Zmniejszona jałowość w maju wiąże się z mniejszą częstotliwością występowania antycyklonów (obszar M1 na ryc. 7(a)) oraz większą powtarzalnością cyklonów (ryc. 6(a)). Jednocześnie wyższą częstość antycyklonu w fazie zachodniej obserwowano na Kaukazie Północnym (obszar M2 na ryc. 7(a)).
Częstotliwość antycyklonu w południowym Pre-Uralu w maju w obu fazach QBO jest mniej więcej taka sama, ale rozmiary antycyklonów są tam większe i dlatego większe obszary poddawane są warunkom sprzyjającym występowaniu suszy. Dodatkowo większe i mniej mobilne antycyklony skutecznie blokują cyklony na północ od Morza Kaspijskiego (obszar III na rys. 6(b)).
Jak wynika z ryciny 8, obserwuje się podobne wzorce aktywności antycyklonów w czerwcu w przeciwnych fazach (w fazie zachodniej: zmniejszona częstość antycyklonów w obszarze J1 (ryc. 8(a)); zwiększona częstość antycyklonów w obszarze J2 (ryc. 8(a)); większe cyklony w obszarze J3 (ryc. 8(c)). Maksimum obszaru antycyklonalnego w fazie wschodniej nad wschodnią Ukrainą praktycznie nie prowadzi do dodatkowego wzrostu jałowości na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej, ze względu na małą częstość występowania antycyklonów (rys. 8(b) i 8(d)).
(a)
(b)
(c)
(d)
.
(a)
(b)
(c)
(d)
Większa ilość opadów i mniejsza częstość występowania silnej suszy atmosferycznej nad Niziną Wschodnioeuropejską średnio w latach z zachodnią fazą QBO w porównaniu z fazą wschodnią w okresie 1953-2011 skutkowała większymi plonami pszenicy jarej. Obserwowane efekty tłumaczone są różnicami cyrkulacyjnymi w fazach QBO. Dlatego pierwszeństwo stosowania pszenicy jarej w regionie środkowoczarnomorskim i na stepach europejskiej części Rosji w fazie zachodniej może zmniejszyć ryzyko rolnicze. W tym przypadku oscylacja quasibiennikowa może być wykorzystana jako jeden z wiarygodnych predyktorów. Temat ten wymaga jednak dalszych badań z uwzględnieniem innych czynników wpływających na plon roślin uprawnych.
4. Wnioski
Wykryto istotny sygnał QBO w opadach, suszy atmosferycznej i plonie roślin uprawnych w maju-czerwcu w południowej części Niziny Wschodnioeuropejskiej w okresie 1953-2011, w tym w okresie aktywnych zmian klimatu. Największe obszary istotnych różnic opadów i częstości suszy w fazach QBO zidentyfikowano w maju. Więcej opadów i mniejszą częstość suszy w maju i czerwcu (z wyłączeniem obszaru na północ od Morza Kaspijskiego) obserwowano na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej w zachodniej fazie QBO w porównaniu z fazą wschodnią QBO. Istotne różnice fazowe opadów w maju występowały w środkowej Ukrainie, na zachodzie regionu środkowo-czarnomorskiego Rosji oraz w dorzeczu dolnego Donu. Mniej jednolite wzorce opadów na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej ujawniły się w czerwcu. Znaczące różnice w częstotliwości występowania ostrej suszy w maju stwierdzono w centralnej Ukrainie i na północ od Morza Kaspijskiego. Analiza wykazała, że ta sama częstotliwość w czerwcu jest niższa na północy Ukrainy, na zachodzie regionu środkowo-czarnomorskiego, w obwodzie rostowskim i Kraju Krasnodarskim, ale wyższa w regionie nadwołżańskim.
Tendencje występowania poważnej suszy na Nizinie Wschodnioeuropejskiej w obu fazach QBO w okresie aktywnych zmian klimatu 1991-2011 były niejednolite przestrzennie. Największe trendy nasilenia suszy w maju i czerwcu na Ukrainie (głównie w regionach centralnych) oraz w regionie na wschód od Morza Azowskiego ujawniły się we wschodniej fazie QBO. Trendy o tym samym znaku w zachodniej fazie QBO wykryto tylko na Ukrainie. Tym samym Ukraina i region na wschód od Morza Azowskiego zostały uznane za regiony najbardziej narażone na zwiększone ryzyko wystąpienia poważnej suszy w okresie wegetacji aktywnej na przełomie XX i XXI wieku w południowej części Niziny Wschodnioeuropejskiej.
Różnice w częstości występowania opadów i poważnej suszy w maju i czerwcu w okresie 1953-2011 w fazach QBO tłumaczone są różnicami w cyrkulacji w zachodniej i wschodniej fazie QBO. Intensyfikacja toru burzowego nad Niziną Wschodnioeuropejską w maju w zachodniej fazie QBO powoduje spadek uwilgotnienia na Ukrainie i w centrum europejskiej części Rosji. Wraz z tym zwiększona jałowość w rejonie Wołgi i południowego Przedgórza w maju i czerwcu związana jest z większą częstotliwością i/lub większą siłą rozległych antycyklonów.
Warunki pogodowe w maju i czerwcu w latach z zachodnią fazą QBO w okresie 1953-2011 były bardziej korzystne dla plonów. Średni plon pszenicy ozimej, pszenicy jarej i jęczmienia jarego na południu Niziny Wschodnioeuropejskiej w zachodniej fazie QBO w okresie 1953-2011 przewyższał ten sam plon w fazie wschodniej. Różnica plonów pszenicy jarej w europejskiej części Rosji w zachodniej fazie QBO przewyższa tę samą różnicę w fazie wschodniej w regionie środkowo-czarnomorskim (o 3-10%) i w regionach południowych (o 5-12%) w okresie 1953-2011. Wyższa różnica dla pszenicy jarej związana była z jej wrażliwością na niedobór opadów i suszę w aktywnym okresie wegetacyjnym na Nizinie Wschodnioeuropejskiej.
Konflikt interesów
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów w związku z publikacją niniejszej pracy.
Podziękowanie
Badania przeprowadzono przy wsparciu finansowym programu zaakceptowanego przez Rosyjską Akademię Nauk „Pustynnienie suchych ziem na południu Rosji w kontekście zmian klimatycznych”.