CC BY
70
УДК 630.11
ШЕГЕЛЬМАНИлья Романович, доктор технических наук, профессор, директор Карельского НИИ Лесопромышленного комплекса, заведующий кафедрой технологии и оборудования лесного комплекса Петрозаводского государственного университета. Автор 425 научных публикаций, в т.ч. 25монографий
ЩЁГОЛЕВА Людмила Владимировна, кандидат технических наук, доцент, докторант кафедры прикладной математики и кибернетики Петрозаводского государственного университета. Автор 53 научных публикаций, в т.ч. монографии
ЛУКАШЕВИЧ Виктор Михайлович, аспирант, преподаватель кафедры технологии и оборудования лесного комплекса Петрозаводского государственного университета. Автор 14 научных публикаций
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В ИЗУЧЕНИИ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ
РЕСПУБЛИКИ КАРЕЛИЯ
Подготовительные работы, сезонная вывозка, природные условия, ГИС
Для планирования и управления освоением лесных ресурсов необходима научно обоснованная база данных о природно-климатических условиях каждого лесопромышленного региона России. В настоящей статье описана методология формирования подобной базы данных на примере республики Карелия.
Для оценки влияния климата на строительство, эксплуатацию и содержание лесовозных зимних дорог рассмотрены работы А.П. Калашникова, А.А. Романова, Н.Н. Филатова, в которых дано описание климата и сформированы климатические карты Республики Карелия [1—3]. Выбор базовой карты был остановлен на работе А.А. Романова, чьи труды по картографированию Республики Карелия используются и по сей день [1, 4].
При выделении районов в качестве основного показателя А.А. Романовым принята сумма активных температур воздуха выше 10оС. Учитывались и другие характеристики: длительность безморозного периода, средний из абсолютных минимумов, суммы температур почвы на глубине 10 см выше 10оС за период с июня по сентябрь, механический состав почвы и физико-географические условия. Исходя из оценки агроклиматических особенностей территории, Республику Карелия можно представить четырьмя районами [2, 4, 5].
Район I — наиболее холодный, занимает северо-западные и северо-восточные районы Карелии. Ресурсы тепла здесь ниже, чем в других районах. Сумма температур воздуха
более 10°С не превышает 1000°С. Период с температурой выше 10°С длится 75—85 дней, начинаясь обычно в середине июня и заканчиваясь в конце августа — начале сентября. По рельефу, некоторым климатическим показателям и механическому составу почв в этом районе можно выделить два подрайона: западный (1а) и восточный (1б). Западный подрайон холмистый, для него характерны наиболее низкие температуры воздуха и наиболее короткий безморозный период (80—90 дней). Абсолютный минимум возможен до -52...-55°С. В этот подрайон входит часть Лоухского и Калевальского административных районов. Восточный подрайон вытянут вдоль западного побережья Белого моря, отличается большой заболоченностью и тяжелыми почвами. Безморозный период длится 105—115 дней. Абсолютный минимум равен -40...-44°С, в пониженных местах -42...-46°С. В этот подрайон входит часть Лоухского и Кемского районов.
Район II — холодный, занимает северную часть республики. В него входит часть Лоух-ского, Калевальского, Кемского, Беломорского и Муезерского районов. Период со среднесуточной температурой воздуха выше 10°С длится 85—90 дней, с начала июня до начала сентября. Сумма активных температур за это время равна 1000—1200°С. Обычно безморозный период наступает в начале июня, на вершинах холмов и верхних частях склонов заморозки прекращаются на 10 дней раньше. В холодные годы заморозки в воздухе могут быть в течение всего июня и
даже в июле. Осенью первые заморозки начинаются в конце августа, при раннем похолодании — в начале августа. В зимний период ежегодно в этом районе наблюдаются температуры воздуха -30...-35°С, а 1 раз в 5 лет----40°С и ниже. Абсолютные пони-
жения температуры воздуха возможны до -50°С...-54°С. Устойчивый снежный покров залегает 170—180 дней, высота его колеблется в пределах 45—55 см.
Район III — умеренный, расположен в центральной части республики. В него входят: Сегежский, Суоярвский, большая часть Медвежьегорского и частично Беломорский, Муезерский и Кондопожский административные районы. Тепла здесь больше, чем во втором районе, сумма среднесуточных температур воздуха выше 10°С составляет 1200—1400°С. Период с такими температурами продолжается с конца мая (начала июня) до начала сентября, что составляет 90—100 дней. Безморозный период длится 100—110 дней (с конца мая до середины сентября). В 25 лет (1 раз в четыре года) поздние заморозки могут наблюдаться в середине июня, реже — в июле, самые ранние даты осенних заморозков относятся к середине августа. Вероятность суровых морозов в данном районе также велика. Ежегодно бывает температура -30°С, 1 раз в 10 лет —40°С и ниже. Более редко возможны понижения температуры до -48...-52°С. Устойчивый снежный покров сохраняется 155—165 дней (с середины ноября до конца апреля), высота его составляет 45—55 см на открытых и 60—65 см на защищенных участках.
Район IV — самый теплый, занимает южные районы республики. В него входят: Пудожский, Сортавальский, Питкярантский, Пряжинский, Прионежский, Олонецкий, частично Медвежьегорский и Кондопожский административные районы. В этом районе наблюдаются наиболее благоприятные для человека условия климата Карелии. Осо-
бенно мягким климатом отличается юго-западная часть, прилегающая к Ладожскому озеру. Сумма активных температур в этом районе наибольшая (1400—1600°С). Период со среднесуточными температурами выше 10°С начинается в конце мая и оканчивается в середине сентября (продолжительность 110—115 дней). Устойчивый снежный покров залегает 135—155 дней, высота его 35— 55 см, на защищенных участках до 60—70 см. Устанавливается он в конце ноября и продолжается до середины апреля. Вследствие особенностей местоположения и различия форм рельефа территория района неоднородна по некоторым показателям, ее можно разделить на два подрайона: 1Уа — южный, 1Уб — прибрежный.
В подрайоне 1Уа безморозный период продолжается 105—115 дней (с конца мая до середины сентября). В аномально-холодные годы заморозки могут быть в июне и даже в начале июля. Подрайон 1Уб располагается вдоль побережья Онежского и Ладожского озер. В этом подрайоне наблюдается самый длительный безморозный период, который продолжается 120—130 дней. Средний из абсолютных минимумов здесь равен -29. -33°С, в пониженных местах -35°С.
Районированием Карелии занимались: Б.Д. Зайцев, Р.М. Морозова, Н.Г. Федорец (по почвенным условиям); Б.И. Серба (по грунтам); С.П. Усков, Ф.С. Яковлев (по типам лесам); Е.А. Галкина, Н.И. Пьявчен-ко, Т.К. Юрковская (по заболоченности); А.Д. Волков, В.А. Коломыцев, М.Л. Раменская (по другим критериям). Однако в этих работах районирование основывается на каких-либо единичных характеристиках: типах леса, заболоченности, почвенных условиях и т.д., в то время как для более глубокого анализа территории часто бывает необходимым совмещение различных особенностей районов Карелии в единую карту.
Очень удачным выходом из данной проблемы является работа А.Д. Волкова, который, опираясь на мнения таких ученых, как А.Г. Исаченко, Г.Ф. Морозов, В.Н. Сукачев, за единицу деления территории Карелии принял понятие ландшафта. Географическим ландшафтом, по мнению А.Д. Волкова, следует называть такую генетически однородную территорию, на которой наблюдается закономерное и типичное повторение одних и тех же взаимосвязанных сочетаний — геологического строения, форм рельефа, поверхностных и подземных вод, микроклиматов, почвенных разностей, биоценозов, находящихся в системной связи друг с дру-
гом. Как экологическая система, ландшафт диалектически связан с другими экосистемами того же уровня [6].
В качестве классификационных признаков географических ландшафтов региона были выбраны:
• растительная зона и подзона;
• формы рельефа и их генезис;
• тип четвертичных отложений;
• заболоченность территории (доля болот и заболоченных лесов в общей площади земельных угодий);
• распространенность коренных лесных формаций, в % от лесных площадей (см. таблицу).
Классификация ландшафтов Карелии по А.Д. Волкову [7]
Преобладающие типы местообитаний (по коренным формациям) Заболоченность территории
Сильная Средняя Слабая
>50% 20-50% <20%
1) ОЗЕРНЫЕ, ОЗЕРНО-ЛЕДНИКОВЫЕ И МОРСКИЕ РАВНИНЫ
Еловые 1 2 -
Сосновые 3 4 5
2) ЛЕДНИКОВЫЕ, ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫЕ, ХОЛМИСТО-ГРЯДОВЫЕ
Еловые - 6 -
Сосновые 7 8 9
3) ЛЕДНИКОВО-АККУМУЛЯТИВНЫЕ СЛОЖНОГО РЕЛЬЕФА
Еловые - 10 -
Сосновые - 11 -
4) ДЕНУДАЦИОННО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ХОЛМИСТО-ГРЯДОВЫЕ С КОМПЛЕКСАМИ ЛЕДНИКОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И НИЗКОГОРИЙ
Еловые - 12 -
Сосновые 13 14 -
5) ДЕНУДАЦИОННО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ГРЯДОВЫЕ (СЕЛЬГОВЫЕ)
Еловые - 15 16
Сосновые - 17 18
6) СКАЛЬНЫЕ
Сосновые - 19 20
Данная классификация позволяет выделить 33 типа ландшафта. Всего на территории Карелии по перечисленным признакам выявлено 20 типов ландшафта, в т.ч. 16 — в подзоне средней тайги и 12 — в северной.
В разных частях Карелии климат территории, условия произрастания, состав лесов неоднородны, что приводит к постановке задачи по районированию территории Карелии. Грамотно выбранная карта характерных
районов способствует лучшему восприятию всех возможных проблем, связанных со строительством дорог (выбор прокладки трасс, типа дорог, грузооборота дороги и многое другое), и может служить отличной основой для определения направлений дорожностроительных мероприятий и являться основным помощником в подготовительных работах.
В связи с этим для дальнейшей работы были выбраны вышерассмотренные карты.
Основными критериями выбора были:
1) информативность, достоверность;
2) наглядность, легкочитаемость;
3) соответствие настоящему времени.
Объединение компьютерных технологий
и традиционных карт в рамках геоинформаци-онных систем (ГИС) позволяет автоматизировать работу с картами, оперативно обновлять данные, соединять картографическую и любую справочную информацию об объектах, представленных на карте, а также проводить сложную обработку и анализ данных.
В Карельском НИИ Лесопромышленного комплекса Петрозаводского государственного университета была проведена работа по совмещению карт, предложенных А.А. Романовым и А.Д. Волковым, в единую систему. На основе ГИС-технологий в КарНИИЛПК была разработана программная система, позволяющая просматривать карту Республики Карелия, на которую нанесены зоны со сходными климатическими условиями и зоны со сходными условиями ландшафта. Программная система позволяет получить информацию о климатических условиях и ландшафте для выбранной точки или района (см. рисунок).
На территории Республики Карелия выделены 7 зон с шестью различными климатическими условиями. Климатические условия включают следующие характеристики:
• сумма температур воздуха за период с температурой выше 10°С;
Карта с зонами слабой, средней и сильной
заболоченности и границами зон с одинаковыми климатическими условиями
• абсолютный минимум температуры воздуха на ровных, возвышенных и пониженных участках и на лесных полянах;
• средний из абсолютных минимумов температуры воздуха на ровных, возвышенных и пониженных участках и на лесных полянах;
• продолжительность периода с устойчивым снежным покровом (дни);
• средняя из наибольших декадных высот снежного покрова на открытых и защищенных полянах (см);
• продолжительность, начало и конец морозного периода;
• продолжительность, начало и конец периода со средней температурой воздуха ниже 0°С;
• средняя температура воздуха за апрель, октябрь (по декадам);
• начало и конец снеготаяния.
По типу ландшафта на территории республики выделено 102 зоны с 20 различными видами ландшафта, где ландшафт харак-
теризуется заболоченностью территории, типом рельефа, преобладающими породами.
Рассмотренная ГИС-технология использована при анализе влияния климатических и почвенно-грунтовых условий Республики Карелия на разделение лесосырьевых баз региона по зонам летней и зимней вывозки леса.
Список литературы
1. Калашников А.П. Дороги в лесу: опыт круглогодового дорожного строительства в леспромхозах Карелии. Петрозаводск, 1985.
2. Романов А.А. О климате Карелии. Петрозаводск, 1961.
3. Филатов Н.Н. Климат Карелии: Изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы / Карел. НЦ РАН. Петрозаводск, 2004.
4. Агроклиматические ресурсы Карельской АССР [справ.]. Л., 1974.
5. Атлас Карельской АССР. М., 1989.
6. Волков А.Д. Классификация географических ландшафтов, местностей и урочищ запада северной и средней тайги Европейской части России / Институт леса Карел. НЦ РАН. Петрозаводск, 1996.
7. Волков А.Д., Лак Г.Ц., Еруков Г.В. Типы ландшафтов Карельской АССР // Структура и динамика лесных ландшафтов Карелии / Карел. НЦ АН СССР. Петрозаводск, 1985. C. 4—16.
Shegelman Ilya, Tschogoleva Lyudmila, Lukashevich Viktor
USE OF GIS-TECHNOLOGY IN STUDYING CLIMATIC AND SOIL CONDITIONS
OF THE REPUBLIC OF KARELIA
The system of analysing the influence of Karelian climatic and soil conditions on the division of timber raw materials bases of the region into summer and winter zones of timber transportation has been developed (by the example of the Republic of Karelia). The results of this work can be used in other timber industry regions of the Russian Federation.
Получено 05.11.2006
Рецензент — Кутинов Ю.Г., доктор геолого-минералогических наук, директор Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН
