Unraveling seasonal surface air temperature trends in Ukraine (1990—2021)

С.Г. Бойченко; Н.М. Майданович

doi:10.24028/gj.v47i5.333639

Автор(и)

С.Г. Бойченко Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України,Київ,Україна; Національний університет «Києво-Могилянська академія», Київ, Україна, Україна
Н.М. Майданович УкрНДіПВТ ім. Леоніда Погорілого, Дослідницьке, Україна, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gj.v47i5.333639

Ключові слова:

зміна клімату, приземна температура повітря, температурні аномалії, амплітуда та фаза сезонного коливання температури

Анотація

У дослідженні вивчалися просторово-часові характеристики змін температури приземного повітря в Україні за період 1990—2021 рр., зосереджуючись на сезонній та регіональній мінливості, довгострокових трендах і гармонічних характеристиках річного циклу температури, а також їхніх наслідках для регіональних змін клімату.

Середня річна температури приземного повітря за аналізований період (використовувався набір метеорологічних спостережень Ω93) становила 9.6±0.8 °C, що помітно на 1,2 °C вище кліматичної норми 1961—1990 рр. (8,4±1,1 °C). Протягом цих трьох десятиліть середня швидкість зростання температури досягла значних позначок (0,64±0,01 °C) за десятиліття, суттєво перевищуючи історичні середні показники. Ця тенденція потепління підтверджується річними температурними аномаліями: лише три роки (1993, 1996, 1997) демонстрували негативні аномалії (від −0,32 до −0,55 °C), тоді як інші роки були аномально теплими, з піками у 2007, 2015, 2019 та 2020 р. (до +2,79 °C).

Аналіз місячних трендів температури приземного повітря виявив статистично значуще потепління майже в усі місяці, у діапазоні від +0,34 °C до +1,19 °C за десятиліття. Найінтенсивніше потепління спостерігалося у грудні (+1,19±0,14 °C за десятиліття), особливо в північних і східних регіонах України. Натомість, січень демонстрував мінімальні або навіть негативні тренди у багатьох регіонах, за винятком Криму та півдня України, де помірне потепління зберігалося.

Амплітуда та фаза сезонних коливань приземної температури повітря є надійними індикаторами континентальних кліматичних характеристик. У період 1990—2021 рр. середня амплітуда сезонного температурного циклу становила 12,3 ± 1,0 °C зі знижувальною тенденцією приблизно на 0,1 °C за десятиліття. Це зниження переважно зумовлене потеплінням у теплий період року. Середнє значення фази сезонного циклу оцінено як 1,29 ± 0,06 місяця. Упродовж досліджуваного періоду спостерігалося незначне зміщення фази на –0,12 місяця за десятиліття.

Дослідження підкреслює підвищену мінливість температури протягом зимових і весняних місяців, що сприяє більш повному розумінню сучасних кліматичних змін в Україні. Ці висновки підкреслюють нагальну потребу в адаптивних стратегіях для пом'якшення наслідків поточних кліматичних змін.

Посилання

Abbass, K., Qasim, M.Z., Song, H., Murshed, M., Mahmood, H., & Younis, I. (2022). A review of the global climate change impacts, adaptation, and sustainable mitigation measures. Environmental Science and Pollution Research, 29(28), 42539—42559. https://doi.org/10.1007/s11356-022-19718-6.

Anders, I., Stagl, J., Auer, I., & Pavlik, D. (2014). Climate change in central and eastern Europe. In S. Rannow, M. Neubert (Eds.), Managing protected areas in Central and Eastern Europe under climate change (pp. 17—30). https://doi.org/10.1007/978-94-007-7960-0.

Boer, E.P., de Beurs, K.M., & Hartkamp, A.D. (2001). Kriging and thin plate splines for mapping climate variables. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 3(2), 146—154. https://doi.org/10.1016/S0303-2434(01)85006-6.

Böhner, J., McCloy, K.R., & Strobl, J. (2006). SAGA — Analysis and Modelling Applications. Goettingen Geographic Transactions: University of Goettingen, 130 p.

Boychenko, S. (2008). Semi-empirical models and scenarios of global and regional changes of climate. V. Voloshchuk (Ed.). Kyiv: Naukova Dumka, 310 p. (in Ukrainian).

Boychenko, S.G., Voloshchuk, V.M., & Serdiuchenko, N.N. (2017). Modern space-time variations of the index of continentally and the amplitude of a seasonal course of the surface air temperature on the territory of Ukraine. Dopov. Nac. acad. Nauk Ukr. 7, 67—75. https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.09.067.

Boychenko, S., & Maidanovych, N. (2024). A century-long tendency of change in surface air temperature on the territory of Ukraine. Geofizychnyi Zhurnal, 46(2), 53—79. https://doi.org/10.24028/gj.v46i2.297227.

Boychenko, S. & Maidanovych, N. (2023). Semi-empirical model of the spatiotemporal surface temperature distribution on the plain part of Ukraine. Geofizychnyi Zhurnal, 45(2), 63—76. https://doi.org/10.24028/gj.v45i2.278328.

Boychenko, S., Kuchma, T., Karamushka, V., Maidanovych, N., & Kozak, O. (2025). Wildfires and Climate Change in the Ukrainian Polissia during 2001—2023. Sustainability, 17(5), 2223. https://doi.org/10.3390/su17052223.

Boychenko, S., Voloshchuk, V., Kuchma, T., & Serdyuchenko, N. (2018). Long-time changes of the thermal continentality index, the amplitudes, and the phase of the seasonal temperature variation in Ukraine. Geofizychnyi Zhurnal, 40(3), 81—96, https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i3.2018.137175.

Boychenko, S., Voloshchuk, V., Movchan, Y., Serdjuchenko, N., Tkachenko, V., Tyshchenko, O., & Savchenko, S. (2016). Features of climate change on Ukraine: scenarios, consequences for nature and agroecosystems. Proceedings of the National aviation university, (4), 96—113. https://doi.org/10.18372/2306-1472.69.11061.

Boychenko, S., Kuchma, T., & Khlobystov, I.V. (2022). Changes in the Water Surface Area of Reservoirs of the Crimean Peninsula and Artificial Increases in Precipitation as One of the Possible Solutions to Water Shortages. Sustainability, 14, 9995. https://doi.org/10.3390/su14169995/.

Busuioc, A., Dumitrescu, A., Soare, E., & Orzan, A. (2007). Summer anomalies in 2007 in the context of extremely hot and dry summers in Romania. Romanian Journal of Meteorology, 9(1-2), 1—17.

Cao, C., Guan, X., Sun, W., Guo, S., & Chen, B. (2023). Changes of extreme high temperature by global warming in the Northern Hemisphere. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 62(1), 3—11. https://doi.org/10.1175/JAMC-D-22-0043.1.

Climate Bulletin — about the data and analysis. (2024). Retrieved from https://climate.copernicus.eu/climate-bulletin-about-data-and-analysis (accessed on 29 May 2025).

Climate Explorer (2023). Retrieved from http://climexp.knmi.nl/selectstation.cgi?id=someone@somewhere (accessed on 29 May 2025).

Feng, M., Meyers, G., Pearce, A., & Wijffels, S. (2003). Annual and interannual variations of the Leeuwin Current at 32◦S. Journal of Geophysical Research, 108, 3355. https://doi.org/ 10.1029/2002JC001763.

Founda, D., & Giannakopoulos, C. (2009). The exceptionally hot summer of 2007 in Athens, Greece — a typical summer in the future climate? Global and Planetary Change, 67(3-4), 227—236. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha. 2009.03.013.

Hancock, P.A., & Hutchinson, M.F. (2006). Spatial interpolation of large climate data sets using bivariate thin plate smoothing splines. Environmental Modelling & Software, 21(12), 1684—1694.

Heeter, K.J., Harley, G.L., Abatzoglou, J.T., Anchukaitis, K.J., Cook, E.R., Coulthard, B.L., Dye, L.A., & Homfeld, I.K. (2023). Unprecedented 21st century heat across the Pacific Northwest of North America. Climate and Atmospheric Science, 6(1), Article 5. https://doi.org/10.1038/s41612-023-00340-3.

Hutchinson, M.F. (1991). The application of thin plate smoothing splines to continent-wide data assimilation. In J.D. Jasper (Ed.), BMRC Research Report No.27, Data Assimilation Systems (pp. 104—113). Bureau of Meteorology, Melbourne.

IPCC. (2023). Summary for Policymakers. In Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II, and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (Eds.)] (pp. 1—34). IPCC, Geneva, Switzerland. https://doi.org/10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001.

Karamushka, V., Boychenko, S., Kuchma, T., & Zabarna, O. (2022). Trends in the Environmental Conditions, Climate Change and Human Health in the Southern Region of Ukraine. Sustainability, 14, 5664. https://doi.org/10.3390/su14095664.

Krakovska, S.V., Palamarchuk, L.V., Gnatiuk, N.V., & Shpytal, T.M. (2018). Projections of air temperature and relative humidity in Ukraine regions to the middle of the 21st century based on regional climate model ensembles. Geoinformatika, 3(67), 62—77.

Krauskopf, T., & Huth, R. (2020). Temperature trends in Europe: comparison of different data sources. Theoretical and Applied Climatology, 139, 1305—1316. https://doi.org/10.1007/s00704-019-03038-w.

Kundzewicz, Z.W., Gerstengarbe, F.W., Österle, H., Werner, P.C., & Fricke, W. (2009). Recent anomalies of mean temperature of 12 consecutive months-Germany, Europe, Northern Hemisphere. Theoretical and Applied Climatology, 95, 417—422. https://doi.org/10.1007/s00704-008-0013-9.

Lipinskyi, V., Dyachuk, V., Babichenko, V. (Eds.) (2003). The Climate of Ukraine. Kyiv: Rayevskyy Publ., 344 p. (in Ukraine).

Mahato, A. (2014). Climate change and its impact on agriculture. International Journal of Scientific and Research Publications, 4(4), 1—6.

Malhi, G.S., Kaur, M., & Kaushik, P. (2021). Impact of climate change on agriculture and its mitigation strategies: A review. Sustainability, 13(3), 1318. https://doi.org/10.3390/su13031318.

Manabe, S. (2011). Seasonal Variation of Surface Temperature Change during the Last Several Decades. Journal Climate, (4), 785—818. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-11-00129.1.

Olmo, M., Bettolli, M.L., & Rusticucci, M. (2020). Atmospheric circulation influence on temperature and precipitation individual and compound daily extreme events: Spatial variability and trends over southern South America. Weather and Climate Extremes, 29, 100267. https://doi.org/10.1016/j.wace.2020.100267.

Olonscheck, D., Schurer, A.P., Lücke, L., & Hegerl, G.C. (2021). Large-scale emergence of regional changes in year-to-year temperature variability by the end of the 21st century. Nature Communications, 12, 7237. https://doi.org/10.1038/s41467-021-27515-x.

Open Data-Server (2023). Retrieved from https://opendata.dwd.de/climate_environment/ (accessed on 29 November 2024).

Osadchyi, V., Aguilar, E., Skrynyk, O., Boichuk, D., Sidenko, V., & Skrynyk, O. (2018). Daily assymetry of air temperature changes in Ukraine. Ukrainian Geographical Journal, 3, 21—30. https://doi.org/10.15407/ugz2018.03.021.

Parmesan, C., Morecroft, M.D., & Trisurat, Y. (2022). Climate change 2022: Impacts, adaptation and vulnerability [Research Report] GIEC. Retrieved from https://hal.science/hal-03774939/document.

Passy, P., & Théry, S. (2018). The use of SAGA GIS modules in QGIS. QGIS and Generic Tools, 1, 107—149. https://doi.org/10.1002/ 9781119 457091.ch4.

Perkins-Kirkpatrick, S.E., & Lewis, S.C. (2020). Increasing trends in regional heatwaves. Nature Communications, 11, 3357. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16970-7.

Pichura, V., Potravka, L., Vdovenko, N., Biloshkurenko, O., Stratichuk, N., & Baysha, K. (2022). Changes in climate and bioclimatic potential in the steppe zone of Ukraine. Journal of Ecological Engineering, 23(12), 189—202. https://doi.org/10.12911/22998993/154844.

Pokorná, L., Kučerová, M., & Huth, R. (2018). Annual cycle of temperature trends in Europe, 1961—2000. Global and Planetary Change, 170, 146—162. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2018.08.015.

Pyasetska, S., & Shcheglov, O. (2023). The modern nature of changes in the average monthly air temperature during 2006—2020. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University, series «Geology. Geography. Ecology», (58), 217—230. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2023-58-17 (in Ukrainian).

Robinson, A., Lehmann, J., Barriopedro, D., Rahmstorf, S., & Coumou, D. (2021). Increasing heat and rainfall extremes now far outside the historical climate. NPJClimate and Atmospheric Science, 4(1), 45. https://doi.org/10.1038/s41612-021-00202-w.

Rousi, E., Kornhuber, K., Beobide-Arsuaga, G., Luo, F., & Coumou, D. (2022). Accelerated western European heatwave trends linked to more-persistent double jets over Eurasia. Nature Communications, 13(1), 3851. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31432-y.

Shen, B., Song, S., Zhang, L., Wang, Z., Ren, C., & Li, Y. (2022). Temperature trends in some major countries from the 1980s to 2019. Journal of Geographical Sciences, 32(1), 79—100. https://doi.org/10.1007/s11442-022-1937-1.

Song, F., Zhang, G.J., Ramanathan, V., & Leung, L.R. (2022). Trends in surface equivalent potential temperature: A more comprehensive metric for global warming and weather extremes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(6), e2117832119.

State of the Global Climate. (2021). Retrieved from https://library.wmo.int/viewer/56294? mediana me=State_of_the_Global_Climate_2021_#page=1&viewer=picture&o=download&n=0&q= (accessed on 29 May 2025).

The Climate Cadastre of Ukraine. (2005). Standard Norms for the Period 1961—1990. Central Geophysical Observatory. Kyiv, 48 p.

Twardosz, R., & Kossowska-Cezak, U. (2021). Large-area thermal anomalies in Europe (1951—2018). Temporal and Spatial Patterns. Atmospheric Research, 251, 105434. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105434.

Twardosz, R., Walanus, A., & Guzik, I. (2021). Warming in Europe: recent trends in annual and seasonal temperatures. Pure and Applied Geophysics, 178(10), 4021—4032. https://doi.org/10.1007/s00024-021-02860-6.

Von Storch, H., & Zwiers, F.W. (1999). Statistical analysis in climate research. Cambridge University Press, 495 p.

Vozhegova, R.A., Netis, I.T., Onufran, L.I., Sakhatsky, G.I., & Sharata, N.H. (2021). Сlimate change and aridization of the Southern Steppe of Ukraine. Agrarian Innovations, (7), 16—20. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2021.7.3.

Vozhegova, R., Lykhovyd, P., & Biliaieva, I. (2020). Aridity assessment and forecast for Kherson oblast (Ukraine) at the climate change. EurAsian Journal of BioSciences, 14, 1455—1462.

Weather and climate. (2023). Retrieved from http://pogodaiklimat.ru/archive.php (accessed on 29 May 2025).

Wilson, L., New, S., Daron, J., & Golding, N. (2021). Climate Change Impacts for Ukraine. Met Office. Retrieved from https://mepr.gov.ua/wp-content/uploads/2023/07/2_Vplyv-zminy-klimatu-v-Ukrayini.pdf (accessed on 29 May 2025).