vfuzemlВестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. Vestnik of North-Eastern Federal University. Серия «Науки о Земле». Earth SciencesVestnik of North-Eastern Federal University Series "Earth Sciences"2587-8751Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова10.25587/SVFU.2023.30.2.008vfuzeml-196Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ И БИОГЕОГРАФИЯ, ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ И ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТОВPHYSICAL GEOGRAPHY AND BIOGEOGRAPHY, SOIL GEOGRAPHY, AND LANDSCAPE GEOCHEMISTRYПодбор оптимальной модели климатического реанализа по среднегодовой температуре воздуха для территории Республики Саха (Якутия)Selection of the best-performing climate reanalysis model for the Sakha (Yakutia) Republic, based on mean annual air temperatureТананаевН. И.TananaevN. I.

 ТАНАНАЕВ Никита Иванович – к.г.н., заведующий лабораторией по изучению климата и экосистем северных регионов Института естественных наук, в.н.с.

Якутск

 TANANAEV Nikita Ivanovich – Candidate of Geographic Sciences, Head, Climate and NorthernRegions Ecosystems Research Lab, Institute of Natural Sciences,  Leading Researcher

Yakutsk

tanni@s-vfu.ruСеверо-Восточный Федеральный университет им. М.К. Аммосова; Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАНРоссияM. K. Ammosov North-Eastern Federal University; Melnikov Permafrost Institute SB RASRussian Federation2023250620230288101Copyright © Тананаев Н.И., 20232023Тананаев Н.И.Tananaev N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vnzsvfu.ru/jour/article/view/196

Данные о среднегодовых температурах воздуха (СГТВ) для исторического (1961-1990 гг.) и актуального (1991-2020 гг.) климатических периодов по 91 метеостанции на территории Республики Саха (Якутия) использованы для оценки точности воспроизведения наблюденной СГТВ и ее изменений современными моделями климатического реанализа. Анализ ошибок показывает, что модель GHCNCAMS точнее прочих, с модулем средней ошибки менее 0.15°С, и наибольшим коэффициентом конкордации, воспроизводит современный климат и может использоваться как модель «базового климата» в различных расчетных и прогнозных приложениях. Ограничение этого продукта – временнóе разрешение (месяц). Одновременно, только для оценки изменения температурных характеристик между периодами допустимо использовать также данные реанализа ERA5-Land, имеющие более высокое пространственное и временное разрешение. Коэффициенты регрессии между наблюденными СГТВ и данными реанализа ERA5-Land неустойчивы во времени, что увеличивает неопределенность регрессионного метода приведения одних данных к другим. Все рассмотренные модели реанализа занижают скорость роста СГТВ на некоторых метеостанциях центральной Якутии, что предполагает наличие устойчивых островов тепла в крупных населенных пунктах этой территории.

Mean annual air temperature (MAAT) values for the historic (1961 – 1990) and modern (1991 –2020) reference climatic periods, collected from 91 meteorological stations across the Sakha (Yakutia) Republic were used in an evaluation of the performance of several modern reanalysis products. The model error analysis shows GHCN-CAMS to be the best-performing MAAT reanalysis product, with the lowest absolute error, below 0.15°С, and best concordance with observation data. This product can be used as a ‘baseline climate’ in geospatial modeling and future climate forecasts. Its main limitation is monthly temporal resolution. The ERA5-Land product, having higher spatial and temporal resolution, can be used to track changes in climate-related variables between periods, but its absolute MAAT values deviate systematically and non-concordantly from the observed data. Parameters of the linear regression relating ERA5-Land data to observations are shown to be time-dependent, hence such evaluation yields increased uncertainty limiting the applicability of this approach. All reanalysis products underestimate the observed MAAT increase at stations across central Yakutia, which suggests the appearance of stable ‘urban heat islands’ in the recent decades.

Республика Саха (Якутия)среднегодовая температура воздухарегиональный кли- матклиматический реанализклиматические покрытиякоэффициент конкордациипространственная скоррелированностьматериалы метеонаблюденийнаблюдаемые климатические изменениягородские острова теплаSakha (Yakutia) Republicmean annual air temperatureregional climateclimate reanalysisclimatic spatial coveragecoeffient of concordancespatial correlationmeteorological observations dataobserved climate warmingurban heat islandsReferencesБожилина, Е. А. Принципы географической картографии в современной климатологии / Е. А. Божилина, В. Н. Сорокина. – Текст: непосредственный // Вестник Московского университета. Серия 5. География. – 2012. – № 1. – С. 61–66.Bozhilina, E. A. Principy geografiheskoj kartografi v sovremennoj klimatologii / E. A. Bozhilina, V. N. Sorokina. – Tekst: neposredstvennyj // Vestnik Moskovskogo universiteta. Serija 5. Geografia. – 2012. – № 1. – S. 61–66.Жильцова, Е. Л. О точности воспроизведения температуры и осадков на территории России глобальными климатическими архивами / Е. Л. Жильцова, О. А. Анисимов. – Текст: непосредственный // Метеорология и гидрология. – 2009. – № 10. – С. 79–89.Zhil’cova, E. L. O tochnosti vosproizvedenija temperatury i osadkov na territorii Rossii global’nymi klimaticheskimi arhivami / E. L. Zhil’cova, O. A. Anisimov. – Tekst: neposredstvennyj // Meteorologija i gidrologija. – 2009. – № 10. – S. 79–89.Руководство по специализированному климатологическому обслуживанию экономики: руководство / под редакцией Н. В. Кобышевой; Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова. – Санкт-Петербург: Росгидромет, 2008. – 336 с. – Текст: непосредственный.Rukovodstvo po specializirovannomu klimatologicheskomu obsluzhivaniju jekonomiki: rukovodstvo / pod redakciej N. V. Kobyshevoj; Glavnaja geofiicheskaja observatorija im. A. I. Voejkova. – Sankt-Peterburg: Rosgidromet, 2008. – 336 s. – Tekst: neposredstvennyj.Булавина, А. С. Пространственно-временной анализ климатических факторов формирования стока Оби / А. С. Булавина. – Текст: непосредственный // Труды Кольского научного центра РАН. – 2022. – Выпуск 10. Океанология. – С. 15–26.Bulavina, A. S. Prostranstvenno-vremennoj analiz klimaticheskih faktorov formirovanija stoka Obi / A. S. Bulavina. – Tekst: neposredstvennyj // Trudy Kol’skogo nauchnogo centra RAN. – 2022. – Vypusk 10. Okeanologija. – S. 15–26.Kirillina, K.S. Climate change impacts the state of winter roads connecting indigenous communities: Case study of Sakha (Yakutia) Republic / K. S. Kirillina, N. I. Tananaev, A. N. Savvinova, V. A. Lobanov [etal.]. – Текст: непосредственный // Climate Services. – 2023. – Vol. 30. – 100356. – DOI: 10.1016/j.cliser.2023.100356.Kirillina, K.S. Climate change impacts the state of winter roads connecting indigenous communities: Case study of Sakha (Yakutia) Republic / K. S. Kirillina, N. I. Tananaev, A. N. Savvinova, V. A. Lobanov [et al.]. – Текст: непосредственный // Climate Services. – 2023. – Vol. 30. – 100356. – DOI: 10.1016/j.cliser. 2023.100356.Груза, Г. В. О неопределенности некоторых сценарных климатических прогнозов температуры воздуха и осадков на территории России / Г. В. Груза, Э. Я. Ранькова, Л. Н. Аристова, Л. К. Клещенко. – Текст:непосредственный // Метеорология и гидрология. – 2006. – № 10. – С. 2–23.Gruza, G. V. O neopredelennosti nekotoryh scenarnyh klimaticheskih prognozov temperatury vozduha i osadkov na territorii Rossii / G. V. Gruza, Je. Ja. Ran’kova, L. N. Aristova, L. K. Kleshhenko. – Tekst: neposredstvennyj // Meteorologija i gidrologija. – 2006. – № 10. – S. 2–23.Лемешко, Н. А., Белокопытова М.А. Анализ достоверности и точности современных модельных сценариев климата для юга европейской территории России / Н. А. Лемешко, М. А. Белокопытова // Экологическая деятельность и экологическое просвещение: региональный аспект (материалы всероссийской научной конференции). – Санкт-Петербург, Издательство ЛГУ им. А. С. Пушкина. – 2020. – С. 136–140. – Текст: непосредственный.Lemeshko, N. A., Belokopytova M.A. Analiz dostovernosti i tochnosti sovremennyh model’nyh scenariev klimata dlja juga evropejskoj territorii Rossii / N. A. Lemeshko, M. A. Belokopytova // Jekologicheskaja dejatel’nost’ i jekologicheskoe prosveshhenie: regional’nyj aspekt (materialy vserossijskoj nauchnoj konferencii). – Sankt-Peterburg, Izdatel’stvo LGU im. A. S. Pushkina. – 2020. – S. 136–140. – Tekst: neposredstvennyj.Кириллина, К. С. Оценка будущего климата Республики Саха (Якутия) / К. С. Кириллина, В. А. Лобанов, Н. Е. Сердитова. – Текст: непосредственный // Ученые записки РГГМУ. – 2015. – № 40. – С. 113–126.Kirillina, K. S. Ocenka budushhego klimata Respubliki Saha (Jakutija) / K.S. Kirillina, V. A. Lobanov, N. E. Serditova. – Tekst: neposredstvennyj // Uchenye zapiski RGGMU. – 2015. – № 40. – S. 113–126.Кулаков, М. Ю. Верификация данных реанализа NCEP/NCAR по результатам наблюдений на дрейфующих станциях «Северный полюс» / М. Ю. Кулаков, А. П. Макштас, С. В. Шутилин. – Текст: непосредственный // Проблемы Арктики и Антарктики. – 2013. – № 1(95). – С. 88–96.Kulakov, M. Ju. Verifiacija dannyh reanaliza NCEP/NCAR po rezul’tatam nabljudenij na drejfujushhih stancijah «Severnyj poljus» / M. Ju. Kulakov, A. P. Makshtas, S. V. Shutilin. – Tekst: neposredstvennyj // Problemy Arktiki i Antarktiki. – 2013. – № 1(95). – S. 88–96.Васильев, М. С. Сравнение приземной температуры воздуха в Якутии по данным реанализа и наземных наблюдений / М. С. Васильев, С. В. Николашкин, Р. Р. Каримов. – Текст: непосредственный // Вестник СВФУ. – 2014. – Т. 14. – № 5. – С. 82–88.Vasil’ev, M. S. Sravnenie prizemnoj temperatury vozduha v Jakutii po dannym reanaliza i nazemnyh nabljudenij / M. S. Vasil’ev, S. V. Nikolashkin, R. R. Karimov. – Tekst: neposredstvennyj // Vestnik SVFU. – 2014. – T. 14. – № 5. – S. 82–88.Гидрометцентр РФ. – URL : https://meteoinfo.ru/climatcities, свободный (дата обращения :11.03.2023). – Электронные данные: электронные.Gidrometcentr RF. – URL: https://meteoinfo.ru/climatcities, svobodnyj (data obrashhenija: 11.03.2023). – Jelektronnye dannye: jelektronnye.Kalnay, E. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project / E. Kalnay, M. Kanamitsu, R. Kistler, W. Collins [et al.]. – Текст: непосредственный // Bulletin of the American Meteorological Society. – 1996. – Vol. 77(3). – P. 437–472. – DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437: TNYRP>2.0.CO;2.Kalnay, E. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project / E. Kalnay, M. Kanamitsu, R. Kistler, W. Collins [et al.]. – Tekst: neposredstvennyj // Bulletin of the American Meteorological Society. – 1996. – Vol. 77(3). – P. 437–472. – DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437: TNYRP>2.0.CO;2.Muñoz-Sabater, J. ERA5-Land: a state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications / J. Muñoz-Sabater, E. Dutra, A. Agusti-Panareda, C. Albergel [et al.]. – Текст: непосредственный // Earth System Science Data. – 2021. – Vol. 13. – P. 4349–4383. – DOI: 10.5194/essd-13-4349-2021.Muñoz-Sabater, J. ERA5-Land: a state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications / J. Muñoz-Sabater, E. Dutra, A. Agusti-Panareda, C. Albergel [et al.]. – Tekst: neposredstvennyj // Earth System Science Data. – 2021. – Vol. 13. – P. 4349–4383. – DOI: 10.5194/essd-13-4349-2021.Harris, I. Version 4 of the CRU TS monthly high-resolution gridded multivariate climate dataset / I. Harris, T. J. Osborn, P. Jones, D. Lister. – Текст: непосредственный // Scientifi Data. – 2020. – Vol. 7. – 109. – DOI: 10.1038/s41597-020-0453-3.Harris, I. Version 4 of the CRU TS monthly high-resolution gridded multivariate climate dataset / I. Harris, T. J. Osborn, P. Jones, D. Lister. – Tekst: neposredstvennyj // Scientifi Data. – 2020. – Vol. 7. – 109. – DOI: 10.1038/s41597-020-0453-3.Fan, Y. A global monthly land surface air temperature analysis for 1948-present / Y. Fan, H. van den Dool. – Текст: непосредственный // Journal of Geophysical Research: Atmosphere. – 2008. – Vol. 113. – D01103. – DOI: 10.1029/2007JD008470.Fan, Y. A global monthly land surface air temperature analysis for 1948-present / Y. Fan, H. van den Dool. – Tekst: neposredstvennyj // Journal of Geophysical Research: Atmosphere. – 2008. – Vol. 113. – D01103. – DOI: 10.1029/2007JD008470.RStudio: Integrated Development for R, v.1.2.5042. 2020. RStudio, Inc., Boston, MA, USA. – URL: http://www.rstudio.com/. – Электронная программа: электронная.RStudio: Integrated Development for R, v.1.2.5042. 2020. RStudio, Inc., Boston, MA, USA. – URL: http://www.rstudio.com/. – Jelektronnaja programma : jelektronnaja.R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. – 2020. – URL : https://www.R-project.org/ (дата обращения: 10.01.2023). – Электронная программа: электронная.R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. – 2020. – URL: https://www.R-project.org/ (data obrashhenija: 10.01.2023). – Jelektronnaja programma: jelektronnaja.Sumner, M. tidync: A Tidy Approach to ‘NetCDF’ Data Exploration and Extraction. R package version 0.3.0.9001. / Sumner, M. – 2023. – URL : https://docs.ropensci.org/tidync/ (дата обращения: 12.05.2023). – Электронная программа: электронная.Sumner, M. tidync: A Tidy Approach to ‘NetCDF’ Data Exploration and Extraction. R package version 0.3.0.9001. / Sumner, M. – 2023. – URL : https://docs.ropensci.org/tidync/ (data obrashhenija: 12.05.2023). – Jelektronnaja programma : jelektronnaja.QGIS Development Team, 2023. QGIS Geographic Information System. Open Source Geospatial Foundation Project. – URL : http://qgis.osgeo.org (дата обращения: 12.05.2023). – Электронная программа: электронный. 20. Макаров В.С. Анализ зимних температурных инверсий в горно-котловинных ландшафтах Оймяконского нагорья // В. С. Макаров. – Текст: непосредственный // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. Серия «Науки о Земле». – 2020. – № 2. – С. 40–45.QGIS Development Team, 2023. QGIS Geographic Information System. Open Source Geospatial Foundation Project. – URL: http://qgis.osgeo.org (data obrashhenija: 12.05.2023). – Jelektronnaja programma: jelektronnyj.Esau, I. Urban heat islands in the Arctic cities: an updated compilation of in situ and remote-sensing estimations / I. Esau, V. Miles, A. Soromotin, O. Sizov // Advances in Science and Research. – 2021. – Vol. 18. – P. 51–57. – DOI: 10.5194/asr-18-51-2021.Makarov V.S. Analiz zimnih temperaturnyh inversij v gorno-kotlovinnyh landshaftah Ojmjakonskogo nagor’ja // V. S. Makarov. – Tekst: neposredstvennyj // Vestnik Severo-Vostochnogo federal’nogo universiteta im. M.K. Ammosova. Serija «Nauki o Zemle». – 2020. – № 2. – S. 40–45.Varentsov, M. Anthropogenic and natural drivers of a strong winter urban heat island in a typical Arctic city / M. Varentsov, P. Konstantinov, A. Baklanov, I. Esau // Atmosphic Chemistry and Physics. – 2018. – Vol. 18(23). – P. 17573–17587.Esau, I. Urban heat islands in the Arctic cities: an updated compilation of in situ and remote-sensing estimations / I. Esau, V. Miles, A. Soromotin, O. Sizov // Advances in Science and Research. – 2021. – Vol. 18. – P. 51–57. – DOI: 10.5194/asr-18-51-2021.Константинов, П.И. Городские острова тепла российской Федерации: основные характеристики и проблемы изучения / П. И. Константинов, Е. А. Куканова. – Другой вид содержания: электронное // Доклад на Международной конференции ENVIROMIS’2014. – URL: http://www.scert.ru/enviromis/2014/presentation/Presentation/Conference/Session_5/Oral_reports/Konstantinov.pdf (дата обращения: 12.05.2023).Varentsov, M. Anthropogenic and natural drivers of a strong winter urban heat island in a typical Arctic city / M. Varentsov, P. Konstantinov, A. Baklanov, I. Esau // Atmosphic Chemistry and Physics. – 2018. – Vol. 18(23). – P. 17573–17587.Konstantinov, P.I. Gorodskie ostrova tepla rossijskoj Federacii: osnovnye harakteristiki i problemy izuchenija / P. I. Konstantinov, E. A. Kukanova. – Drugoj vid soderzhanija: jelektronnoe // Doklad na Mezhdunarodnoj konferencii ENVIROMIS’2014. – URL: http://www.scert.ru/enviromis/2014/presentation/Presentation/Conference/Session_5/Oral_reports/Konstantinov.pdf (data obrashhenija: 12.05.2023).Konstantinov, P.I. Gorodskie ostrova tepla rossijskoj Federacii: osnovnye harakteristiki i problemy izuchenija / P. I. Konstantinov, E. A. Kukanova. – Drugoj vid soderzhanija: jelektronnoe // Doklad na Mezhdunarodnoj konferencii ENVIROMIS’2014. – URL: http://www.scert.ru/enviromis/2014/presentation/Presentation/Conference/Session_5/Oral_reports/Konstantinov.pdf (data obrashhenija: 12.05.2023).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.