Великая сушь

Небывало долгая и интенсивная засуха 1934–1940 годов на Восточно-Европейской равнине вызвала резкое сокращение годового стока и длительное маловодье Волги и Северной Двины. Климатологи из Института географии РАН и НИУ ВШЭ показали, что по воздействию на природную среду эта «великая сушь» превзошла даже аномально жаркое лето 2010 года, когда двухмесячный антициклон в европейской части страны вызвал многочисленные температурные рекорды, мощные лесные пожары и густой смог. Зной и засушливость второй половины 1930-х — проявление глобального потепления середины ХХ века — феномена, всё больше интересующего климатологов. С чем связана экстремальная засуха довоенного периода и в чём её сходство с относительно недавними аналогами, IQ.HSE разобрался с помощью статьи учёных.

Исследование выполнено в рамках проекта Российского научного фонда (РНФ) №22-27-00495 «Климатические и циркуляционные факторы аномалий увлажнения крупных речных бассейнов Европейской России в эпоху потепления середины ХХ столетия».

Непредсказуемое климатическое прошлое

Считается, что нынешние изменения климата — беспрецедентны и что их спровоцировала прежде всего хозяйственная деятельность человека. Но специалисты уточняют: во-первых, глобальное потепление середины ХХ века (ПСДВ), проявившееся, например, в катастрофических засухах 1930-х годов на Великих равнинах Северной Америки, долгой экстремальной засухе второй половины 1930-х в России на Восточно-Европейской равнине, зное в Австралии в первой половине 1940-х, — отчасти сравнимо с нынешним. Хотя тогда темпы роста концентрации парниковых газов в атмосфере были в четыре-пять раз меньше, чем сейчас. Во-вторых, вклад в потепление вносят не только природное и антропогенное воздействия, но и механизмы внутренней изменчивости климата.

Ряд исследований указывают, что ПСДВ во многом объясняется естественными колебаниями климата на фоне роста глобальной температуры, связанного, в том числе, с антропогенным воздействием.

Одним из последствий ПСДВ стало обмеление рек. Наблюдающееся уменьшение водоносности Волги, Дона, Северной Двины и Печоры гидрологи связывают прежде всего с региональным недостатком увлажнения из-за потепления климата.

Поначалу обмеление Дона пытались объяснять такими антропогенными причинами, как слишком большой забор воды, деградация малых рек в бассейне из-за хозяйственных мероприятий. Но несколько лет назад было проведено очень квалифицированное исследование, которое показало, что антропогенный фактор значим, но доминирующая причина — природная, изменения климата. Проявляются они, в частности, в уменьшении количества осадков на водосборной территории Дона.

С Волгой ситуация немного иная. Ей присуща цикличность объёма стока, а сейчас как раз период маловодья. Это бывало и раньше.

Действительно, как отмечают климатологи Института географии РАН Валерия Попова, Татьяна Матвеева и Дарья Бокучава, которая также является сотрудницей НИУ ВШЭ, во второй половине 1930-х годов наблюдалось резкое уменьшение водоносности Волги и Северной Двины. «Этот период отмечен абсолютным минимумом годового стока в бассейне Северной Двины и самым продолжительным за историю наблюдений маловодным периодом в бассейне Волги», — пишут исследовательницы.

По-видимому, такие экстремальные гидрологические события спровоцировала многолетняя засуха на Восточно-Европейской равнине в довоенные годы — проявление ПСДВ.

Потепление в ранней версии

ПСДВ — вторая после современного потепления положительная (то есть со значительным ростом температуры) климатическая аномалия, полагают авторы новой работы. С потеплением того периода могут быть связаны жесточайшие пыльные бури («Пыльный котёл», англ. «Dust Bowl)» и волны жары в 1930-х годах в Северной Америке, мощное наводнение на Миссиссипи в 1927 году, экстремально холодные зимы и летние засухи в 1940-х годах в Европе и пр.

ПСДВ сближают с современным потеплением ярко выраженные аномалии приземной температуры воздуха в высоких широтах Северного полушария. А, кроме того, рост температуры поверхности океана, в частности в Северной Атлантике, с пиком в 1930–1950-е годы. Он рассматривается в качестве основного фактора ПСДВ. Впрочем, эксперименты с климатическими моделями показывают, что за приток дополнительного атмосферного и океанического тепла во внетропические широты Северного полушария отвечает также северный сектор Тихого океана.

Потепление середины ХХ века достигло максимума в 1940–1945 годах. От современного потепления его отделяет период понижения глобальной температуры. Темпы потепления середины и конца ХХ века похожи: 0,47°С и 0,48°С за 30-летние периоды 1916–1945 и 1962–1991 годов соответственно.

Водные аномалии

Региональные проявления ПСДВ в умеренных и высоких широтах Евразии наиболее выражены зимой, в «теплеющей» Арктике, таянии её морских льдов. На него указывают спутниковый мониторинг их площади, анализ температуры поверхностных вод океана и температура приземного слоя воздуха. Это таяние, поясняют учёные, происходит, в том числе, из-за аномалий атмосферной циркуляции (под ней понимают сдвиг воздушных течений, которые влияют на формирование циклонов и антициклонов — областей пониженного и повышенного давления), а также притока тепла из более южных широт.

Однако стоит сфокусироваться и на других проявлениях раннего потепления. Так, в 1920–1940-х годах происходили серьёзные аномалии увлажнения. Сначала произошёл беспрецедентный подъём, а во второй половине 1930-х — резкое сокращение годового стока Волги и Северной Двины. Сток — прямой показатель увлажнения. То есть поначалу оно было повышенным, затем — низким.

Валерия Попова, Татьяна Матвеева и Дарья Бокучава изучили климатические и циркуляционные условия этих событий и рассмотрели их в контексте потепления середины ХХ века. Они также сравнили ПСДВ с современным потеплением.

В исследовании использовались архивы данных наблюдений за приповерхностной температурой — например, GISS Surface Temperature Analysis, атмосферными осадками, а также индексом суровости засухи Палмера (Palmer Drought Severity Index, PDSI), который оценивает степень засушливости в баллах. В работе также применялись данные реанализов ХХ века (массивов метеорологических данных со 100%-м покрытием).

Для выявления циркуляционной структуры, «отвечающей» за формирование засухи на Восточно-Европейской равнине, анализировалась изменчивость аномалий атмосферного давления на уровне моря по данным архива Hadley Centre Sea Level Pressure Dataset. В исследовании также проводился спектральный анализ изменчивости годового стока Волги и осредненного за лето индекса Североатлантического колебания (North Atlantic Oscillation, NAO), который описывает региональную циркуляцию.

Водяные «качели»

Данные о годовом стоке Северной Двины и Волги, а также её притоков Вятки и Белой за 1920–1940-х годы зафиксировали крайне высокую амплитуду аномалий. Так, многоводье 1922–1929 годов в бассейне Волги имеет абсолютный максимум за весь доступный период наблюдений в 1926 году — с величиной аномалии около 60% по отношению к норме (то есть к базовому периоду, с которого отсчитываются данные аномалии; в климатологии такой период — 1961–1990 годы).

А вот с 1930 года началось резкое падение водности. Оно привело к девятилетнему периоду непрерывного дефицита годового стока Волги (в среднем около 18%). Это было максимально продолжительное маловодье за период наблюдений.

У Вятки и Белой описанные явления выражены ещё ярче. В бассейне Вятки маловодный период 1930–1940-х годов, который продолжался больше десяти лет при среднем дефиците водности около 30%, до сих пор беспрецедентен. У реки Белой тоже фиксировались рекорды. А вот западнее, на Оке, этого не наблюдалось, что говорит о юго-восточной составляющей в направлении переноса воздушных масс, вызвавших засуху.

Аномалии стока Северной Двины свидетельствуют, что гидроклиматические экстремумы распространялись на север почти до побережья Баренцева моря. Дефицит стока в бассейне этой реки наблюдался непрерывно в 1936–1940 годах. В пиковые 1936 и 1937 годы он составлял 43% и 33% соответственно.

«Синхронность» изменений циркуляции и экстремумов водности

Спектральный анализ летнего индекса NAO и изменчивости годового стока Волги показал их взаимную когерентность. То есть летние условия циркуляции и вызванные ими климатические экстремумы могли спровоцировать аномалии речного стока 1920–1940 годов. Это подтверждают данные архивов наблюдений и реанализов XX столетия: летние температурные аномалии могли обусловить переход от избыточного увлажнения к долгой засухе на Восточно-Европейской равнине и, соответственно, экстремумы водности Северной Двины и Волги.

Изменения температуры и осадков в регионе за 1910–1950 годы демонстрируют «противоположные» летние экстремумы: холодное и сырое лето в 1926 и 1928 годах, но долгую засуху на фоне аномальной жары в 1931 и 1936–1939 годах.

Скорость роста летней температуры за 1920–1940 годы составила 1,4°С в пределах Восточно-Европейской равнины, что на 0,6°С ниже темпов современного летнего потепления с начала 1990-х. В то же время, изменения индекса суровости засухи Палмера, темпы роста дефицита влаги и продолжительность засухи на территории Восточно-Европейской равнины в 1934–1940 годах не имеют аналогов за весь доступный период наблюдений.

Зимой снега не допросишься

Большой вклад в засухи в регионе внес и дефицит снега зимой. А запас воды в снеге — источник питания рек умеренного пояса и запаса влаги в почве. «Холодные сезоны 1928–1936 годов на Восточно-Европейской равнине были наименее обеспеченными в отношении осадков», — пишут авторы статьи.

Летом минимальные значения индекса засухи Палмера в среднем по территории не опускались ниже -3, — это умеренная засушливость. Но пространственное распределение индекса в среднем за четыре самых засушливых года показало, что на немалой части территории (в областях питания Волги и Северной Двины — в бассейнах Камы и Вычегды, на Верхней и Средней Волге) значения опускались уже ниже -4, а где-то и ниже -5. Там, по классификации Палмера, была сильная и экстремальная засуха.

В среднем по территории Восточно-Европейской равнины величина положительных аномалий, типа переувлажнения, в 1923–1928 годах, равно как и летних осадков, явно уступает отрицательным аномалиям 1936–1940 годов. Регрессии показали, что за 1920–1950 годы аномалии индекса засухи Палмера в среднем по площади водосборов объясняют 80% изменчивости годового стока Волги, включая маловодье 1931–1940 годов.

Глобальные процессы

Длительность летнего зноя и засушливости во второй половине 1930-х годов, по словам исследователей, указывает на «факторы планетарного масштаба, имеющие инерционный характер». К ним относятся аномалии температуры поверхности океана, в частности Северной Атлантики, которые выражаются индексом АМО (Атлантическая мультидекадная осцилляция, изменчивость температуры поверхности воды) и имеют колебания с периодом 60–80 лет.

В 1930-е годы был пик положительной фазы АМО — повышения температуры поверхности Северной Атлантики. По данным ряда исследований, связанные с этим явлением аномалии в североатлантическом секторе могут вызывать климатические изменения, отмеченные в период ПСДВ.

Спектральный анализ изменчивости индекса NAO (атмосферной циркуляции в регионе Северной Атлантики) и годового стока Волги показал, что наиболее интенсивные события с максимумом в 1930–1940-х годах примерно совпадают по времени с пиком повышения температуры поверхности воды Северной Атлантики.

Знойное лето 2010-го

В 1970-е годы также наблюдалась «синхронность» летнего индекса NAO и максимума годового стока Волги. «В изменении климатических показателей этот период отмечен второй по рангу, после 2010 года, аномалией летней температуры 1972 года и продолжительным периодом дефицита осадков», — поясняют исследователи. Эти аномалии резко снизили годовой сток Волги в 1975–1977 годах.

Следующий за периодом потепления середины ХХ века максимум АМО наблюдался в конце 1990-х – 2000-х годах. Тогда было резкое потепление на Восточно-Европейской равнине. Его ярчайшим проявлением — с абсолютным максимумом сезонной температуры — стало лето 2010 года.

Тогда антициклон «завис» над европейской частью страны почти на два месяца — с 21 июня по 19 августа. Стояла более чем тридцатиградусная жара и засуха, бушевали лесные пожары, а в воздухе висел густой смог. Годовой сток Волги тогда снизился, особенно заметно. Между тем, дефицит осадков, интенсивность и продолжительность периода повторяющихся засух 1934–1940 годов не имеют аналогов за весь период наблюдений.
IQ
 

Авторы исследования:

Валерия Попова, ведущий научный сотрудник Лаборатории климатологии Института географии РАН

Татьяна Матвеева, старший научный сотрудник Лаборатории климатологии Института географии РАН

Дарья Бокучава, доцент факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ, младший научный сотрудник Лаборатории климатологии Института географии РАН

Автор текста: Соболевская Ольга Вадимовна, 6 декабря, 2023 г.