1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Водные ресурсы
  4. T. 50, № 4, 2023

Водные ресурсы, 2023, T. 50, № 4, стр. 423-437

Моделирование динамики характеристик режима формирования снежного покрова на территории Российской Федерации 1. Полевые участки ЕТР в исторический период

Е. М. Гусев a, *, О. Н. Насонова a, Е. Э. Ковалев a, Е. А. Шурхно a

a Институт водных проблем РАН
119333 Москва, Россия

* E-mail: sowaso@yandex.ru

Поступила в редакцию 05.10.2022
После доработки 07.02.2023
Принята к публикации 07.02.2023

Аннотация

Проведена проверка методики расчетов различных характеристик формирования снежного покрова, основанной на использовании модели взаимодействия подстилающей поверхности суши с атмосферой SWAP, для полевых участков Европейской территории России для исторического периода (1967−2019 гг.). Сопоставление результатов моделирования с соответствующими данными наблюдений продемонстрировало хорошее качество воспроизведения снегозапасов на указанных объектах. Проведен анализ изменения климатических значений характеристик формирования снежного покрова на протяжении исторического периода, что позволило выявить тенденции изменения этих характеристик для полевых участках в течение рассмотренного периода.

Ключевые слова: снегозапасы, период залегания снежного покрова, модель взаимодействия поверхности суши с атмосферой SWAP, проект ESM-SnowMIP.

Список литературы

  1. Арктика: стратегическое значение для России. https://russtrat.ru/reports/20-dekabrya-2020-1614-2511 (дата обращения: 22.01.2022)

  2. Воейков А.И. Климаты земного шара, в особенности России. СПб.: Издание картографического заведения А. Ильина, 1884. 640 с.

  3. Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД). http://meteo.ru (дата обращения: 07.06.2021)

  4. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой. М.: Наука, 2010. 328 с.

  5. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлагообмена в бореальных лесных экосистемах // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 2. С. 182–200.

  6. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлагообмена в системе “грунтовые воды–почва–растительный/снежный покров– атмосфера” для территорий с четко выраженной сезонной изменчивостью климата // Почвоведение. 2000. № 6. С.733–748.

  7. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Расчеты формирования снежного покрова в различных природных условиях на основе модели взаимодействия поверхности суши с атмосферой SWAP // Лед и снег. 2019. Т. 59. № 2. С. 167–181. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2-401

  8. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Моделирование стока на малых водосборах в зоне многолетней мерзлоты на основе модели SWAP // Вод. ресурсы. 2006. Т. 33. № 2. С. 133–145.

  9. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Ковалев Е.Э. Моделирование составляющих теплового и водного балансов поверхности суши земного шара // Вод. ресурсы. 2006. Т. 33. № 6. С. 664–676.

  10. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Ковалев Е.Э., Шурхно Е.А. Сценарные прогнозы изменения снегозапасов в связи с возможными изменениями климата в различных районах земного шара // Вод. ресурсы. 2021. Т. 48. № 1. С. 100–113.

  11. Кренке А.Н., Черенкова Е.А., Чернавская М.М. Устойчивость залегания снежного покрова на территории России в связи с изменением климата // Лед и Снег. 2012. Т. 52. № 1. С. 29–37. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2012-1-29-37

  12. Слишком много севера. www.demoscope.ru/weekly/2003/095/tema03.php (дата обращения: 10.01.2022)

  13. Сосновский Н.И. Осокин Г.А. Черняков А.В. Влияние климатических изменений на высоту снежного покрова в лесу и поле в первой декаде XXI века // Криосфера Земли. 2018. Т. XXII. № 2. С. 91–100. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2018-2(91-100)

  14. Чурюлин Е.В., Копейкин В.В., Розинкина И.А., Фролова Н.Л., Чурюлина А.Г. Анализ характеристик снежного покрова по спутниковым и модельным данным для различных водосборов на Европейской территории Российской Федерации // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2018. № 2 (368). С. 120–143.

  15. ACIA. Impacts of a Warming Arctic: Arctic Climate Impact Assessment. ACIA Overview report. Cambridge Univ. Press. 2004. 140 p.

  16. AMAP. SWIPA (Snow, Water, Ice, and Permafrost in the Arctic) Executive Summary. Oslo. Norway. Arctic Monitoring and Assessment Program. 2011. 15 p.

  17. Bartlett P.A., MacKay M.D., Verseghy D.L. Modified snow algorithms in the Canadian land surface scheme: Model runs and sensitivity analysis at three boreal forest stands // Atmosphere−Ocean. 2006. V. 44. № 3. P. 207−222. https://doi.org/10.3137/ao.440301

  18. Boone A., Habets F., Noilhan J., Clark D., Dirmeyer P., Fox S., Gusev Y., Haddeland I., Koster R., Lohmann D., Mahanama S., Mitchell K., Nasonova O., Niu G.-Y., Pitman A., Polcher J., Shmakin A.B., Tanaka K., van den Hurk B., Verant S., Verseghy D., Viterbo P., Yang Z.-L. The Rhone-aggregation land surface scheme intercomparison project: An overview // J. Clim. 2004. V. 17. P. 187–208.

  19. Boone A., Mognard N.M., Decharme B., Douville H., Grippa M., Kerrigan K. The impact of simulated soil temperatures on the estimation of snow depth over Siberia from SSM/I compared to a multi-model climatology // Remote Sensing Environ. 2006. V. 101. P. 482–494.

  20. Brown R.D., Mote P.W. The response of Northern Hemisphere snow cover to a changing climate // J. Clim. 2009. V. 22. P. 2124–2145. https://doi.org/10.1175/2008JCLI2665.1

  21. Callaghan T.V., Johansson M., Brown R.D., Groisman P.Ya., Labba N., Radionov V., Barry R.G., Bulygina O.N., Essery R.L.H., Frolov D.M., Golubev V.N., Grenfell T.C., Petrushina M.N., Razuvaev V.N., Robinson D.A., Romanov P., Shindell D., Shmakin A.B., Sokratov S.A., Warren S., Yang D. The Changing Face of Arctic Snow Cover: A Synthesis of Observed and Projected Changes // AMBIO. J. Human Environ. 2011. 40 (sup1). P. 17–31. https://doi.org/10.1007/s13280-011-0212-y

  22. Champeaux J.L., Masson V., Chauvin F. ECOCLIMAP: a global database of land surface parameters at 1 km resolution // Meteorol. Appl. 2005. V. 12. P. 29–32. https://doi.org/10.1017/S1350482705001519

  23. Clapp R.B., Hornberger G.M. Empirical equations for some soil hydraulic properties // Water Resour. Res. 1978. V. 14. № 4. P. 601–604.

  24. Climate Change and Water. Technical Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds B.C. Bates, Z.W. Kundzewicz, S. Wu, J.P. Palutikof. Geneva: IPCC Secretariat, 2008. 210 p.

  25. Cosby B.J., Hornberger G.M., Clapp R.B., Ginn T.R. A statistical exploration of the relationships of soil moisture characteristics to the physical properties of soils // Water Resour. Res. 1984. V. 20. № 3. P. 682–690.

  26. Derksen C., Brown R. Spring snow cover extent reductions in the 2008–2012 period exceeding climate model projections // Geophys. Res. Letters. 2012. V. 39. P. 1–6. https://doi.org/10.1029/2012GL053387

  27. Dirmeyer P.A., Gao X., Zhao M., Guo Z., Oki T., Hanasaki N. GSWP-2: Multimodel Analysis and Implications for Our Perception of the Land Surface // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2006. V. 87. № 10. P. 1381–1397. https://doi.org/10.1175/BAMS-87-10-1381

  28. Dutra E., Viterbo P., Miranda P.M.A., Balsamo G. Complexity of snow schemes in a climate model and its impact on surface energy and hydrology // J. Hydrometeor. 2012. V. 13. P. 521–538. https://doi.org/10.1175/jhm-d-11-072

  29. Essery R., Kim H., Wang L., Bartlett P., Boone A., Brutel-Vuilmet C., Burke E., Cuntz M., Decharme B., Dutra E., Fang X., Gusev Y., Hagemann S., Haverd V., Kontu A., Krinner G., Lafaysse M., Lejeune Y., Marke T., Marks D., Marty C., Menard C.B., Nasonova O., Nitta T., Pomeroy J., Schädler G., Semenov V., Smirnova T., Swenson S., Turkov D., Wever N., Yuan H. Snow cover duration trends observed at sites and predicted by multiple models // The Cryosphere. 2020. V. 14. P. 4687–4698. https://doi.org/10.5194/tc-14-4687-2020

  30. Frei A., Gong G. Decadal to century scale trends in North American snow extent in coupled atmosphere-ocean general circulation models // Geophys. Res. Let. 2005. V. 32. 5 p.

  31. Frei A., Tedesco M., Lee S., Foster J., Hall D.K., Kelly R., Robinson D.A. A review of global satellite-derived snow products // Advances Space Res. 2012. V. 50. № 8. P. 1007–1029. https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.12.021

  32. Grigoriev V.Y., Frolova N.L. Terrestrial water storage change of European Russia and its impact on water balance // Geogr. Environ. Sustainability. 2018. V. 11. P. 38–50. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2018-11-1-38-50

  33. Gusev Ye.M., Nasonova O.N., Kovalev E.E., Aizel G.V. Modelling river runoff and estimating its weather-related uncertainty for 11 large-scale rivers located in different regions of the globe // Hydrol. Res. 2018. V. 49. № 4. P.1072–1087.

  34. Hall A. The role of surface albedo feedback in climate // J. Clim. 2004. V. 17. P. 1550–1568. https://doi.org/10.1175/1520-0442(2004)017<1550:TROSAF>2.0.CO;2

  35. Hosaka M., Nohara D., Kitoh A. Changes in Snow Cover and Snow Water Equivalent Due to Global Warming Simulated by a 20km-mesh Global Atmospheric Model // SOLA. 2005. V. 1. P. 093‒096. https://doi.org/10.2151/sola.2005?025

  36. Krinner G., Derksen C., Essery R., Flanner M., Hagemann S., Clark M., Hall A., Rott H., Brutel-Vuilmet C., Kim H., Ménard C.B., Mudryk L., Thackeray C., Wang L., Arduini G., Balsamo G., Bartlett P., Boike J., Boone A., Chéruy F., Colin J., Cuntz M., Dai Y., Decharme B., Derry J., Ducharne A., Dutra E., Fang X., Fierz C., Ghattas J., Gusev Y., Haverd V., Kontu A., Lafaysse M., Law R., Lawrence D., Li W., Marke T., Marks D., Nasonova O., Nitta T., Niwano M., Pomeroy J., Raleigh M.S., Schaedler G., Semenov V., Smirnova T., Stacke T., Strasser U., Svenson S., Turkov D., Wang T., Wever N., Yuan H., Zhou W. ESM-SnowMIP. Assessing models and quantifying snow-related climate feedbacks // Geosci. Model Dev. 2018. V. 11. P. 5027–5049.

  37. Marchuk E.A., Stepanenko V.M. Parametrization of snow accumulation under forest canopy for INM RAS-MSU land surface model // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020. V. 611. P. 012019. https://doi.org/10.1088/1755-1315/611/1/012019

  38. Menard C.B., Essery R., Arduini G., Bartlett P., Boone A., Brutel-Vuilmet C., Burke E., Cuntz M., Dai Y., Decharmer B., Dutra E., Fang X., Fierz C., Gusev Y., Hagemann S., Haverd V., Kim H., Krinner G., Lafaysse M., Marke T., Nasonova O., Nitta T., Niwano M., Pomeroy J., Schadler G., Semenov V., Smirnova T., Strasser U., Swenson S., Turkov D., Wever N., Yuan H. Scientific and human errors in a snow model intercomparison // Bull. Am. Meteorol. Soci. 2021. V. 102. Iss. 1. P. E61–E79. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0329

  39. Menard C.B., Essery R., Barr A., Bartlett P., Derry J., Dumont M., Fier C., Kim H., Kontu A., Lejeune Y., Marks D., Niwano M., Raleigh M., Wang L., Wever N. Meteorological and evaluation datasets for snow modelling at 10 reference sites: description of in situ and bias-corrected reanalysis data // Earth Syst. Sci. Data. 2019. V. 11. P. 865–880.

  40. Mote P.W., Li S., Lettenmaier D.P., Xiao M., Engel R. Dramatic declines in snowpack in the western US // npj Clim. Atmos. Sci. 2018. V. 1. https://doi.org/10.1038/s41612-018-0012-1 https://www.nature.com/articles/s41612-018-0012-1#citeas (дата обращения: 12.01.2020)

  41. Mudryk L.R., Kushner P.J., Derksen C., Thackeray C. Snow cover response to temperature in observational and climate model ensembles // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44. P. 919–926. https://doi.org/10.1002/2016GL071789

  42. Nolin A.W., Daly C. Mapping “at-risk” snow in the Pacific Northwest, USA // J. Hydrometeorol. 2006. V. 7. P. 1166–1173

  43. Qu X., Hall A. On the persistent spread in snow-albedo feedback // Clim. Dyn. 2014. V. 42. P. 69–81. https://doi.org/10.1007/s00382-013-1774-0

  44. Räisänen J. Warmer climate: Less or more snow? // Clim. Dyn. 2008. V. 30. P. 307–319. https://doi.org/10.1007/s00382-007-0289-y

  45. Schlosser C.A., Slater A., Robock A., Pitman A.J., Vinnikov Ya., Henderson-Sellers A., Speranskaya N.A., Mitchell K., Boone A., Braden H., Chen F., Cox P., de Rosnay P., Desborough C.E., Dickinson R.E., Dai Y-J., Duan Q., Entin J., Etchevers P., Gedney N., Gusev Y.M., Habets F., Kim J., Koren V., Kowlaczyk E.A., Nasonova O.N., Noilhan J., Schaake J., Shmakin A.B., Smirnova T.G., Verseghy D.L., Wetzel P., Xue Y., Yang Z.L. Simulations of a boreal grassland hydrology at Valdai, Russia: PILPS Phase 2(d) // Monthly Weather Rev. 2000. V. 128. № 2. P. 301–321.

  46. Schmucki E., Marty C., Fierz C., Lehning M. Simulations of 21st century snow response to climate change in Switzerland from a set of RCMs // Int. J. Climatol. 2015. V. 35. № 11. P. 3262–3273. https://doi.org/10.1002/joc.4205

  47. Slater A.G., Schlosser C.A., Desborough C.E., Henderson-Sellers A., Robock A., Vinnikov K.Ya., Mitchell K., Boone A., Braden H., Chen F., Cox P.M., de Rosnay P., Dickinson R.E., Dai Y.-J., Duan Q., Entin J., Etchevers P., Gedney N., Gusev Ye.M., Habets F., Kim J., Koren V., Kowalczyk E.A., Nosonova O.N., Noilhan J., Schaake S., Shmakin A.B., Smirnova T.G., Verseghy D., Wetzel P., Xue Y., Yang Z.-L., Zeng Q. The representation of snow in land surface schemes: results from PILPS 2(d) // J. Hydrometeorol. 2001. V. 2. P. 7–25.

  48. Vionnet V., Brun E., Morin S., Boone A., Faroux S., Moigne P.L., Martin E., Willemet J.M. The detailed snowpack scheme Crocus and its implementation in SURFEX v7.2 // Geosci. Model Development. 2012. V. 5. P. 773–791.

  49. Ye H., Mather J.R. Polar snow cover changes and global warming // Int. J. Climatol. 1997. V. 17. P. 155–162.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Водные ресурсы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал