Обзор исследований климата Кыргызстана, его изменение и прогноз

1. Климат Земли, его изменение и прогноз

Климат нашей планеты непрерывно менялся с момента возникновения на ней литосферы, атмосферы и гидросферы, а после возникновения жизни на Земле в этот процесс активно включилась и ее живая оболочка – биосфера. Погода и климат на Земле формируется путем преобразования поступающей к ней солнечной энергии в так называемой климатической системе Земли (КСЗ), которая включает атмосферу, океан, сушу, криосферу (ледовый покров) и биосферу. Океан занимает 70,8% поверхности планеты и лидирует в КСЗ по массе и теплоемкости, а значит, и по роли в ее долговременных изменениях. Он является основным энергоаккумулятором климатической системы, забирающим дополнительную энергию Солнца в теплое полугодие и отдающим энергию в атмосферу в холодное полугодие. Не будь на Земле океана, средняя температура ее поверхности была бы -21 °C, т. е. на 36 °C ниже существующей. Энергозапасы тепла в атмосфере в 11 раз меньше, чем в грунте и в 70 раз меньше чем в океане.

Погода - это текущее состояние атмосферы в данный момент времени, а климат определяет совокупность всех погодных условий, наблюдавшихся на конкретной территории за продолжительный промежуток времени (минимально - за 30 лет). Если погода меняется очень быстро, то изменения климата идут намного медленнее, поэтому за погодой наблюдают, а климат - рассчитывают. Под изменением климата понимают наблюдаемые и прогнозируемые долгосрочные изменения средних климатических показателей. Самые важные из них - это температура приземного слоя воздуха, поверхности океана и количество атмосферных осадков. Причиной изменения климата являются его естественные колебания, на которые прямо или косвенно накладываются процессы, вызывающей изменения в составе атмосферы, обусловленные деятельностью человека и наблюдаемые за последнюю сотню лет.

За этот период времени в результате промышленной деятельности и роста населения планеты резко возросли выбросы парниковых газов, которые поступая в атмосферу усиливают ее естественный парниковый эффект. Наиболее распространенными и дающими наибольший эффект парниковыми газами являются водяной пар (H2O), углекислый газ (CO2), метан (CH4), оксид азота (N2O) и хлорфторуглеводороды (CFCs). Объединяет все эти газы тот факт, что они поглощают инфракрасное излучение, идущее от почвы и океана в космос, что ведет к усилению парникового эффекта – часть этого тепла задерживается ими в атмосфере и переизлучается назад на землю, повышая тем самым температуру приземного слоя воздуха, поверхности почвы и океана.

Глобальные климатические модели (ГКМ), которые используются для расчета климата в будущем, а также для расчета климатических сценариев, базируются на данных о нижнем слое атмосферы, верхнем 10 метровом слое грунта и 240 метрового поверхностного слоя океана, так как именно эти слои участвуют в сезонном энергообмене (летний нагрев и зимнее охлаждение) с атмосферой. Модели климата – это физико-математические представления климатической системы, выраженные в виде компьютерных программ и выполняемые на мощных компьютерах. Они составляются на основе компьютерной версии климатической системы Земли максимально возможно приближенной к реальной. Сюда же подключаются подсистемы этой системы, образуемые по результатам лабораторных исследований и измерений в природных условиях.

Глобальная модель составляется из данных результатов нескольких моделей, изучающих различные части системы Земли (такие, например, как круговорот углерода или атмосферная химия) и при помощи компьютера, если это возможно, модели объединяются. Точность и возможности моделей проверяются сопоставлением смоделированного ими климата прошлого времени с достоверными данными современных климатических наблюдений. Климатологи вычисляют будущие изменения системы климата при помощи различных моделей, основанных на так называемых "сценариях". Климатический сценарий – это оценка будущих выбросов парниковых газов и аэрозолей согласно определенным предположениям о нашем будущем развитии. Так как мы точно не знаем, как наш мир будет развиваться в политическом, общественном, технологическом и экономическом аспектах, мы вынуждены принимать несколько вариантов сценариев, которые условно делятся на "мягкие", "средние" и "жесткие".

В планетарных климатических моделях атмосфера делится на горизонтальную сетку, нанесенную на земную поверхность и вертикальную – на воздухе. В каждой точке сетки подсчитываются различные метеорологические, гидрологические и климатические параметры во времени. В вертикальном разрешении атмосфера, например, раздроблена приблизительно на 20 слоев, достигающих высоты около 30 км. Слои в океанских моделях уходят до глубины 5000 м, то есть практичекски до морского дна. Для планетарных моделей размер каждой ячейки сетки составляет 100 – 300 км, в то время как для региональных смоделированы меньшие площади, например, для Европы размер каждой ячейки составляет 25-50 км.

2. Особенности географического расположения и климата Кыргызстана

Кыргызская Республика расположена в центре Евразийского континента, на северо-востоке региона Центральной Азии. Значительная сложность рельефа Кыргызстана - глубокая расчлененность, различная экспозиция горных склонов по отношению к солнцу и потокам воздуха, создает исключительное разнообразие особенностей климата и определяет четко выраженную вертикальную климатическую поясность и территориальные особенности по различным климатическим областям республики.

В высотной зональности климата Кыргызстана можно выделить четыре климатических пояса, заметно различающихся между собой.

Долинно-предгорный пояс (высота от 500-600 до 900-1200 м над уровнем моря) занимает 9,2 % территории КР. Здесь засушливый континентальный климат, с жарким летом (средняя температура воздуха до 28°С), умеренно-прохладной и бесснежной зимой с большим дефицитом осадков.

Среднегорный пояс (высота от 900-1200 до 2000- 2200 м) занимает 26,2 % территории страны и имеет типичный умеренный климат с теплым летом и умеренно-холодной и довольно устойчивой снежной зимой. Лето здесь теплое (средние температуры в июле 18–19°С), зима довольно холодная - в январе 7–8°С мороза, в декабре и феврале средняя температура составляет 3-5°С ниже нуля. На высотах 1000–1500 м безморозный период продолжается 7 месяцев и более, что при достаточном количестве влаги создает условия для произрастания многих видов теплолюбивых растений.

Высокогорный пояс (высота от 2000–2200 до 3000–3500 м), занимает 40,8 % территории КР, с холодным континентальным климатом, отличается прохладным летом и холодной, местами многоснежной зимой. Июльская температура воздуха здесь всего 11–16°С, зима продолжительная (ноябрь-март), с январскими температурами 8–10°С мороза. В верхней части высокогорного пояса безморозный период сокращается до 3–4 месяцев и менее, а выше он может и отсутствовать, т. е. без мороза не обходятся и самые теплые летние месяцы.

Нивальный пояс (от 3500 м и выше) занимает 23,8% территории республики и характеризуется суровым, очень холодным климатом близким к арктическому. Это пояс аккумуляции влаги: ледников, снежников и скал. Даже в нижней части этого пояса средние июльские температуры не превышают 4–7°С, а январские опускаются до 19–22°С мороза. Самая низкая температура воздуха (-53,6°С) была зарегистрирована на гидрометеорологической станции Ак–Сай (3135 м над уровнем моря).

Таким образом, менее 30 % территории КР относятся к районам с комфортными условиями для проживания.

Крупные системы горных хребтов, ориентированные в разных направлениях, обусловили создание четырех климатических регионов или областей республики, климат в которых достаточно однороден внутри региона и отличен от климата других (рис. 1).

Рисунок 1. Деление территории Кыргызстана по климатическим регионам

Расположение системообразующих горных хребтов на территории КР таково, что в климатическом отношении совершенно четко можно выделить 4 региона:

1. Северо-западный Кыргызстан (СЗ), куда входят Таласская, Чуйская и Чон-Кеминская долины с их горными обрамлениями. Характеризуется умеренно теплым и относительно увлажненным климатом, максимум осадков выпадает в период с апреля по май.

2. Юго-западный Кыргызстан, включающий Ферганскую и Алайскую долины с ее горным обрамлением в пределах Кыргызстана. Это наиболее теплая и увлажненная климатическая область Кыргызстана. Высокая температура воздуха в теплый сезон года, засуха в конце лета и основное количество осадков в зимне-весенний период являются типичными чертами субтропического континентального климата предгорий Ферганской долины, но более холодная зима характерна для климата умеренного пояса.

3. Северо-восточный Кыргызтан. На климатические условия замкнутой низкогорной Иссык-Кульская котловины большое влияние оказывает незамерзающее озеро Иссык-Куль, занимающее основную часть ее днища. Здесь ровный климат с нежарким летом и мягкой, малоснежной зимой, максимум осадков приходится на летний период.

4. Внутренний Тянь-Шань. Это высокое внутреннее нагорье, замкнутое со всех сторон мощными горными хребтами, получает мало влаги, так как осадки выпадают на внешних склонах хребтов при переваливании через них воздушных масс. Здесь резко континентальный климат с суровой зимой и небольшим количеством осадков. Только в восточной части области, в районе хребта Ак-Шийрак и Меридионального расположена обширная зона оледенения, где годовая сумма осадков достигает 800 мм и более.

3. Хронология исследований изменение климата КР и его прогнозирования

Климат Кыргызстана, как и любой другой области Земли, постоянно меняется. Сеть метеостанций в Кыргызстане, которые наблюдают за погодой и климатом, в основном работает примерно с 1930-годов. Именно по этим 90-летним данным можно уверенно судить о прошедших и настоящих изменениях климата, которые можно распространить на последующие 100 лет. Изменение климата Кыргызской Республики выражено в повышении температуры воздуха, деградации горного оледенения и росте частоты и интенсивности экстремальных явлений, таких, как засуха, непредсказуемая сезонная погода и все большее число стихийных бедствий, таких как оползни, сели и лавины. Эти последствия приводят к угрозе жизни и средств к существованию, а также негативно сказываются на ключевых секторах экономики страны, включая сельское хозяйство и энергетику.

Первые закономерности климатических территории республики изменений по 2000 г. были оценены в Первом Национальном Сообщении по изменению климата Кыргызстана (1 НС) по 9 метеостанциям КР. По результатам этих расчетов для всей территории Кыргызстана средняя годовая температура в ХХ веке в пересчете на 100 лет возросла на 1,6С, что значительно выше глобального потепления Земли, равного 0,6С на тот момент времени. Наибольшее потепление наблюдалось зимой (2,6С), а наименьшее летом (1,2С). Количество осадков за этот же период увеличилось от 6-22% в Северо-западном Кыргызстане до 16-32% в Юго-западном Кыргызстане, а во Внутреннем Тянь-Шане они практически остались неизменными. В 1НС климат Кыргызстана на середину-конец 21 века, был рассчитан по трем климатическим моделям и двум сценариям выбросов парниковых газов. Для умеренного сценария, на середину 21 века прогнозировалось повышение температуры примерно на 1,5°С, а на его конец – примерно на 3°С по сравнению с базовым климатическим периодом 1961 – 90 гг. Прогнозируемое среднегодовое количество значительно возрастало – на 37% и 54%, к 2050 и 2100 гг. соответственно.

Во Втором Национальном Сообщении (2 НС), подготовленном через 5 лет в 2008 г., изменения климата были оценены для территории Кыргызстана только по одному параметру – температуре воздуха, но по большему числу метеостанций. Согласно полученной оценке 2НС за весь период инструментальных наблюдений с 1883 по 2005 гг. средний рост температуры в целом по всей территории Кыргызской Республики составил 0,79С на 100 лет. Прогноз будущего климата был выполнен по ансамблю из 17 усовершенствованных к этому времени моделей для двух сценариев выбросов парниковых газов. По прогнозу в среднем для Кыргызстана 2100 году ожидалось повышение температуры на 4,7°С по мягкому сценарию и на 6,1°С по жесткому сценарию, при этом более сильное повышение температуры ожидается летом (5,3°С), а более слабое соответствует зиме и весне (4,3°С). Прогнозировалось, что потепление будет сопровождаться сильным уменьшением летних осадков при высоких ожидаемых температурах – на 31% по мягкому сценарию и на 36% по среднему. В Кыргызстане именно осадки теплой половины года являются преобладающими и они же наиболее важны для сельского хозяйства, поэтому их уменьшение приведет к значительному повышению засушливости климата. В целом прогнозы 2НС давали гораздо худшие условия будущего климата, чем первоначально предполагалось в сценариях 1 Национального сообщения.

Третье Национальное Сообщении Кыргызстана по Рамочной конвенции ООН об изменении климата (3 НС) вышло в 2015 г. По его оценке среднегодовая температура за период в 125 лет (с 1885–2010 гг.) в Кыргызской Республике значительно возросла и скорость изменения температуры существенно увеличилась. Если за весь период наблюдений скорость роста среднегодовой температуры составляла по республике 0,01оС/год, то за период 1960–2010 гг. скорость возросла более, чем в двое и составила 0,025оС /год. Возрастание среднегодовой температуры наблюдается во всех климатических зонах и регионах республики и по всем высотам. В Северо-Западном Кыргызстане температура воздуха повысилась в среднем на 1,65оС, в Северо-Восточном – на 1,04оС, в Юго-Западном на 2,14оС и во внутреннем Тянь-Шане 1,41оС. При этом наибольшая скорость потепления отмечается для зимних месяцев, причем минимальные месячные температуры растут значительно быстрее максимальных. Что касается атмосферных осадков, то в целом они изменялись незначительно. Прогноз будущего климата КР в 3 НС был рассчитан по 17 ГКМ, рост средней годовой температуры воздуха на территории Кыргызской Республики по сравнению с ее значением на 2010 г в зависимости от сценария составит на конец 21 века 1 - 3,7оС (в среднем на 1,76оС), тогда как сумма годовых осадков практически не изменится (слабый рост 3-5%).

4. Современный анализ изменения климата Кыргыстана и его прогноз до конца текущего столетия

Со времени начала подготовки 3НС прошло 13 лет и сейчас республика находится на этапе подготовки Национального адаптационного плана (НАП) и Четвертого Национального сообщения по изменению климата КР (4 НС). Министерство природных ресурсов, экологии и технического надзора Кыргызской Республики в 2023 г представило "Концепцию долгосрочных действий для достижения углеродной нейтральности Кыргызской Республики до 2050 г", подготовленную в рамках разработки 4 НС об изменении климата КР. В нем приводятся анализ фактического изменения климата республики по температуре воздуха и осадкам, а также прогноз этих изменений до конца текущего столетия.

Представленная информация указывает на значительный рост температуры воздуха на территории КР за период с 1901–2017 гг (рис. 2). Так, если за период с начала прошлого столетия рост среднегодовой температуры составил в среднем по республике 0,1°С каждые 10 лет, то за период 1976–2017 гг. скорость роста возросла вдвое и составила 0,2°С/10 каждые 10 лет. В сезонном характере изменения средней температуры воздуха наибольшие темпы роста для всей территории республики отмечаются в весенний период – на 0,45°С каждые 10 лет; в зимний, летний и осенний периоды изменение температуры составляет 0,22°С, 0,12°С и 0,14°С каждые 10 лет соответственно. При месячном рассмотрении наибольший рост температуры в целом для республики отмечается в марте и составляет 0,85°С каждые 10 лет и феврале – на 0,42°С каждые 10 лет.

Режим осадков (рис. 3) в Кыргызской Республике, кроме значительной территориальной и сезонной изменчивости, характеризуется также межгодовой изменчивостью и цикличностью. В целом для республики, с начала прошлого столетия наблюдается незначительная тенденцией к увеличению годовой суммы осадков - на 0,11%/год (или на 1% каждые 10 лет). С середины 70-х годов прошлого века скорость роста среднегодовых возрастает и составляет 0,2% в год (или 2% каждые 10 лет).

Отчет по фактическому состоянию климата КР, выполненный в 2023 г в рамках проекта "Продвижение процесса разработки Национального адаптационного плана (НАП) для среднесрочного и долгосрочного планирования и реализации адаптационных мер к изменению климата в Кыргызской Республике" гораздо информативнее и более детален.

В нем для современных климатических трендов были использованы фактические данные по температуре и осадкам 22-х метеостанций Кыргызстана за период 1980-2021 гг., предоставленные Кыргызгидрометом. При проведении анализа рассматривается как территория Кыргызстана в целом, так и его области (табл. 1.).

Рост среднегодовой температуры воздуха происходит на всей территории Кыргызстана во все сезоны и составляет 0.28°С/10 лет, варьируясь по отдельным областям от 0.25 до 0.32°С/10 лет. Максимальны рост температуры наблюдается в весенний период – 0.6-0.7°С/10 лет, особенно в марте, где они почти достигают или превышают 1°С/10 лет, минимальный в ноябре – декабре, а также в августе. Зимние тренды колеблются от 0.13-0.14°С/10 лет в Чуйской и Иссык-Кульской областях до 0.25-0.29°С/10 лет в Баткенской, Ошской и Таласской; летние – от 0.12-0.15°С/10 лет до 0.20-0.23°С/10 лет. Максимальный рост температуры наблюдается весной в Таласской, Чуйской, Нарынской и Баткенской областях (0,74°С/10 лет – 0,60°С/10 лет), а минимальный - летом в Жалал-Абадской области – 0.06°С/10 лет.

Что касается осадков, то в целом по Кыргызстану наблюдается их небольшой рост – около 4 мм/10 лет, в Таласской и Ошской областях – их небольшое снижение – около 5 мм/10 лет. Несколько отличается от прочих Жалал-Абадская область, где годовой тренд осадков составил более 20 мм/10 лет, правда, при высокой их среднегодовой норме – около 600 мм/год, тогда как для страны в целом эта норма составляет около 400 мм/год.

Для анализа изменения климата на территории Кыргызстана в будущем использовались в обоих представленных документах использовались расчеты по моделям общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) международного проекта CMIP6.

В "Концепции долгосрочных действий для достижения углеродной нейтральности Кыргызской Республики до 2050 г", МПРЭТН были использованы результаты оценки будущего изменения температуры воздуха и атмосферных осадков на основе ансамбля из 11 моделей для температуры и 30 моделей для осадков (табл. 2). В аналитическом подходе к прогнозным оценкам изменения климата КР разработчиками проекта "Продвижение процесса разработки НАП для среднесрочного и долгосрочного планирования и реализации адаптационных мер к изменению климата в КР" расчеты проводились по оптимизированному для КР ансамблю из 27 глобальных климатических моделей (табл. 2). Из восьми предлагаемых CMIP6 климатических сценариев были выбраны два наиболее популярных – "умеренный" SSP2-4.5 и наиболее "жесткий", с максимальным антропогенным воздействием на климат, SSP5-8.5 (антропогенное радиационное воздействие на атмосферу соответственно составит 4.5 и 8.5 Вт/м2 к 2100 г.), так как расчеты по этим сценариям есть у большинства моделей CMIP6.

Разработчики "Концепции долгосрочных действий для достижения углеродной нейтральности Кыргызской Республики до 2050 г" МПРЭТН ожидают в целом по Кыргызстану наибольший рост температуры воздуха в летний и осенний периоды. В весенний период по прогнозным оценкам рост будет меньше, что противоречит наблюдаемым тенденциям - в настоящее время рост температуры весной идет более быстрыми темпами, чем в другие сезоны. Анализ прогнозов показывает, что на протяжении XXI века температура в Кыргызстане последовательно растет по всем сценариям во все сезоны, и к концу XXI века увеличение среднегодовой температуры достигает по жесткому сценарию SSP5-8.5 - почти 6 °С, а по умеренному сценарию SSP2-4.5 - примерно 3°С.

Рост температуры воздуха по расчетам проекта "Продвижение процесса разработки НАП" на всех временных отрезках текущего столетия прогнозируется примерно на 0,5°С выше, чем в "Концепции" МПРЭТН (табл. 2). Температура воздуха растет во все сезоны года, по обоим сценариям, увеличиваясь к 2100 г. более чем на 6°С по сценарию SSP5-8.5 и на 3.7°С по сценарию SSP2-4.5. Максимальный рост ее ожидается летом, зимой рост на 0.2-0.3°С меньше, еще чуть меньше осенью, а наименьший рост придется на весну (что также противоречит исторической тенденции, по которой максимальный рост температуры воздуха наблюдается в весенний период).

Согласно последним расчетам на территории Кыргызстана в 21 веке в целом ожидается сохранение современного режима осадков с незначительной тенденцией повышения. По умеренному сценарию SSP2-4.5 ожидается небольшое повышение годовой суммы осадков по Кыргызстану на 3% от базового периода 1995-2014 гг. в ближайшие 20 лет. В период 2040-2059 гг. ожидается незначительное повышение на 4% от современного периода, в период 2060-2079 гг. на 6%, к концу века на 8%. При сценарии, предполагающем "развитие на ископаемом топливе", в ближайшие 20 лет осадки сохранятся на текущем уровне, к 2050 году вырастут на 6%, к 2070-му году на 8%, к концу века на 11%.

5. Возможные последствия изменения климата Кыргызстана

Наблюдающееся изменение климата уже оказывает существенное влияние на природные процессы, здоровье и комфортность проживания населения, что неизбежно отразиться на будущей политической, экономической и социальной жизни Кыргызстана.

Сегодня Центрально Азиатский уязвим с точки зрения вопросов окружающей среды, социальной экономики и политики. Новые независимые государства – Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан, Туркменистан и Узбекистан – унаследовали хрупкие экосистемы, однако утратили общие механизмы для управления совместными проблемами. Они также оказались заложниками различных зависимых от ресурсов неустойчивых сельскохозяйственных технологий. На этом фоне влияние изменения глобального климата создает дополнительный и существенный уровень неопределенности и риска. Таяние ледников, изменение количества и сезонного распределения осадков уже в ближайшие несколько десятилетий могут привести к снижению речного стока, что в свою очередь в зоне засушливых и полузасушливых земель региона вызовет увеличение частоты засух. Последствия изменения климата оказывают существенное отрицательное воздействие на источники средств существования населения и продовольственную безопасность и является серьезным риском для экономики стран Центральной Азии и Кыргызстана.

В первую очередь повышение температуры воздуха приведет к неуклонному уменьшению площади крупных ледников, а мелкие ледники постепенно вообще исчезнут, любые изменения климата, влияющие на водные ресурсы, немедленно отразятся на всех аспектах жизнедеятельности как в Кыргызстане, так и в соседних странах. Климатические изменения и сокращение водных ресурсов напрямую будут влиять на региональные интересы и вызовут ряд проблем политического и экономического характера. Нехватка воды и распределение стока трансграничных рек может привести к военным межгосударственным конфликтам, большую зависимость от изменения климата имеет энергетическая отрасль, в частности гидроэнергетика и выработка необходимого количества энергии, также изменится распределение конечного потребления энергии. Изменение климата может привести к повышению интенсивности и частоты оползней, паводков, селей, прорывов высокогорных озер, а также схода снежных лавин. В течение ближайших десятилетий сельское хозяйство и животноводство столкнется с целым рядом проблем. Деградация почвенных, водных ресурсов и пастбищ значительно затруднит обеспечение продовольственной безопасности населения. В ближайшие десятилетия может остро встать проблема засух, особенно в южных районах страны, где земледелие столкнется с острой нехваткой поливной воды. Возрастет засушливость климата, территории полупустынь могут смениться пустынями и при нехватке поливной воды будут неизбежно выведены из активного сельскохозяйственного землепользования.

Автор: Подрезов А.О., кандидат географических наук, доцент