Динамика снежного покрытия зон полупустынь и сухих степей северного Прикаспия по спутниковым данным периода 2001-2019 гг.

Климат Казахстана характеризуется достаточно суровыми зимами. Влияние Сибирского антициклона на север Республики весьма значительно, что обеспечивает существование снежного покрова в период, примерно, с октября по апрель. Снежный покров полупустынь и сухих степей северного Прикаспия составляет основу снежного покрытия западной части Казахстана. Направленность многолетних трендов в характеристиках снежного покрова запада Республики по данным дистанционного зондирования представляет значительный интерес в связи с рядом факторов. Во-первых, малая плотность населения, что, с одной стороны, приводит к низкому антропогенному влиянию, но с другой - к редкой сети метеостанций и, соответственно. недостаточно подробному описанию погодных условий территории. Во-вторых, погодной особенностью этих территорий являются сильные ветра, в том числе и в зимний период (бураны). В зоне полупустынь и сухих степей западного Казахстана отсутствует древесная растительность, и поэтому нет естественной защиты от ветра. В условиях сильного ветра инструментальная регистрация количества твердых осадков затруднена. Таким образом, количество твердых осадков и их многолетние тренды, регистрируемые в сети метеостанций РГП «Казгидромет», представляют собой искаженные данные.
Результаты наземных измерения параметров снежного покрова (высота снега, водный эквивалент) на площадках метеостанций и\или маршрутных обследованиях для местности в условиях хронического сильного ветра неустойчивы. Наветренные и подветренные стороны характеризуются кардинально различающимся количеством снега. На плоских поверхностях происходит образование специфических структур, морфологически схожих с барханами песчаных пустынь, и измерения средней высоты снега, в этом случае, тоже неоднозначны. Таким образом, наземные характеристики снежного покрова на равнинах с частыми сильными ветрами дают ненадежные данные, которые трудно сравнивать и строить по ним многолетние тренды.
Спутниковые продукты, характеризующие снежный покров в настоящий момент, в большинстве своем, находятся на начальной стадии валидационной иерархии LPV (Land Product Validation subgroup) CEOS NASA, стадия 1-2 из 4 возможных. Т.е. точность продуктов определена в небольшом (менее 30) количестве мест. Для ландшафтов полупустынь и сухих степей на равнинах северного Прикаспия спутниковые оценки, потенциально, могут иметь удовлетворительную точность, поскольку отсутствуют основные мешающие факторы. Практически нет древесной растительности (за исключением кустарничковой, полупустынной растительности, с характерной высотой 10-30 см), травяная растительность в зимнее время представлена, в основном, морт-массой и часто имеет незначительное присутствие (редкий и низкорослый покров). Т.е. система «почва-снег» предельно проста - равнинные ландшафты, покрытые слоем снега. Низкое разрешение спутниковых данных автоматически усредняет влияние ветрового переноса.
Таким образом, с одной стороны, мы имеем предельно простую систему «почва – снег», на пространственных масштабах километр и более, но серьезные затруднения в получении корректных точечных наземных инструментальных измерений характеристик снежного покрова. Валидационные процедуры по оценке качества и точности спутниковых продуктов, характеризующих снежный покров, согласно определению «LPV CEOS NASA», не ограничиваются работами по прямому сопоставлению спутниковых оценок с точечной наземной информацией. Также востребованы работы, позволяющие оценить степень соответствия спутниковых оценок снежного покрова, с любыми другими оценками связанных параметров, полученными из независимых источников.
Целью данной работы являлось сравнение с известными климатическими трендами запада Казахстана (данные РГП «Казгидромет» в зимний и весенний период, 7-е национальное сообщение об изменениях климата) спутниковых оценок параметров снежного покрова. В качестве анализируемой территории выбрана верхняя часть бассейна реки Эмба (площадь 16100 кв. км), наиболее значительной региональной реки северного Прикаспия. В качестве исходной информации использовался спутниковый продукт USGS/EROS “Snow Depth”, пространственное разрешение, примерно 4х5 км, с суточным обновлением (https://earlywarning.usgs.gov/fews/product/410). Для периода с 1 января по 30 апреля анализировались многолетние тренды (2001-2019 гг.) основных характеристик снежного покрова для выделенного контура бассейна р. Эмба. В частности, сезонный максимум высоты снега; средняя высота снежного покрова; число дней с наличием снежного покрова (бесснежными считались дни, когда в анализируемом контуре по данным “Snow Depth” снежный покров отсутствовал).
В результате было получено, что сезонный максимум высоты снежного покрова имеет тренд на увеличение (7,6 см\10 лет), а продолжительность залегания снега уменьшается со скоростью (3,6 дней\10 лет). Все это находится в соответствии с климатическими изменениями этой местности в зимний и весенний период, определенными РГП «Казгидромет», которые направлены на рост осадков и рост температуры воздуха. Средняя высота снежного покрова при этом находится под влиянием разнонаправленных факторов (увеличение осадков и увеличение температуры воздуха) и по спутниковым данным не имеет выраженного тренда.
Таким образом, спутниковый продукт USGS/EROS “Snow Depth” за 2001-2019 гг. с суточным периодом обновления для зимне-весеннего периода (январь-апрель) дает оценки параметров снежного покрытия, находящиеся в согласии с известными трендами твердых осадков и температуры воздуха, регистрируемыми на метеостанциях РГП «Казгидромет». Применимость спутниковых оценок параметров снежного покрова в ландшафтной зоне безлесной территории полупустынь и сухих степей северного Прикаспия позволяет расширить перечень погодных параметров, отражающих многолетние\климатические изменения этой ландшафтной зоны, ранее ориентировавшиеся только на данные наземных метеостанций. Становится возможным более детальное описание современных климатических трендов, что, в том числе, может использоваться для валидации моделей, рассчитывающих будущий климат в домене "Центральная Азия" проекта CORDEX.
Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Республики Казахстан, грант № АР05134241, а также гранта № AP05135848 «Моделирование будущего климата Центральной Азии, в рамках международного проекта CORDEX (COordinated Regional climate Downscaling EХperiment)».