CC BY
100
УДК 504.7
Garms E., Suchova M. ECOSYSTEM RESPONSE OF MOUNTAIN LANDSCAPES OF ALTAI TO CLIMATE CHANGES. The Regional aspect of the problem of the modern change the climate on example Altaya. The Analysed track record and directivity of the change the temperature of the air and rainfall for period with 1941 on 2011. It is shown that the observed and the possible reaction of mountain ecosystems to climatic changes. Key words: climate change, landscape, ecosystem, Altai.
Е.О. Гармс, аспирантка Института водных и экологических проблем СО РАН E-mail:[email protected]; М.Г. Сухова д-р геогр. наук, доц. каф. геоэкологии и природопользования географического факультета Горно-Алтайского государственного университета, E-mail: [email protected]
ЭКОСИСТЕМНЫЙ ОТКЛИК ГОРНЫХ ЛАНДШАФТОВ АЛТАЯ НА ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА*
Рассмотрен региональный аспект проблемы современного изменения климата на примере Алтая. Проанализирована динамика и направленность изменений температуры воздуха и количества осадков за период с 1941 по 2011 годы. Показана наблюдаемая и возможная реакция горных экосистем на климатические изменения.
Ключевые слова: изменение климата, ландшафт, экосистема, Алтай.
Усиление климатических аномалий сегодня объективно наблюдаемый факт и в совокупности с постоянно усиливающимся антропогенным прессингом, меняющийся климат способствует нарушению экологического равновесия природных экосистем [17]. Данная ситуация характерна и для Алтая, т.к. на его территории преобладают уязвимые горные экосистемы, а следовательно наблюдение за состоянием и адаптацией последних является одной из первоочередных природоохранных задач.
Поскольку наиболее значимые характеристики климата -количество тепла и влаги, при исследовании изменения климата использовались данные о температуре воздуха и атмосферных осадках. Для изучения региональных особенностей изменения климата на Алтае нами проанализированы данные метеостанций, расположенных на различных высотных уровнях и в различных физико-географических условиях: за период 19412011 г. - МС Яйлю; Усть-Кокса и 1964-2003 гг. - МС Ак-Кем. В результате оценки вероятности тренда среднегодовой температуры воздуха за 60-летний период для Яйлю и Усть-Коксы и 39-летний для Ак-Кема, установлена его положительная направленность (рис. 1), которая сопровождается положительными и отрицательными флуктуациями сезонной температуры воздуха.
Анализ средней многолетней годовой температуры на станциях Яйлю, Усть-Кокса и Ак-Кем показывает, что изменения линейного тренда за период 1964-2008 гг. составил 1,9; 1,8 и 1,5 °С соответственно. Скорость ее увеличения варьирует в пределах 0,3-0,5 °С/10 лет.
Однако наиболее объективная картина отклонения температуры воздуха раскрывается при сезонном анализе. Общей тенденцией при этом является устойчивое повышение температурного режима воздуха летних месяцев в течение всего анализируемого периода.
При этом анализ последнего пятилетия показывает значительные отклонения от выявленного тренда за весь период наблюдений. Так, по данным МС Яйлю, среднемесячная темпера-
тура за период с 2005 по 2011 гг. ниже многолетних справочных значений на 1,2 °С (рис. 2).
Зимний период по данным МС Ак-Кем и Яйлю характеризуется повышением температуры воздуха на 1,5°С и 2,5 °С соответственно. По данным МС Усть-Кокса наблюдается повышение средней январской температуры за 46 лет на 2,9 °С в то время как за последние 5 лет уменьшилось до 1,2 ° С.
В весенний и осенний период наибольшими положительными отклонениями характеризуется МС Яйлю - на 2 °С весной и на 1,6°С осенью, при этом увеличение температуры воздуха составляет весной на МС Ак-Кем - 1,5 °С и осенью - 0,6 °С, а Усть-Кокса - 1,8 °С, 1,3 °С соответственно. Летние изменения на МС Ак-Кем составляют 1,7 °С, Усть-Кокса и Яйлю на 1,2 °С.
Важным климатическим параметром является сумма атмосферных осадков. Проведенное исследование показало, что их средняя многолетняя величина за период с 1951 по 2011 гг. для МС Яйлю составила 882,1 мм и Усть-Кокса - 464,5 мм, для МС Ак-Кем за 1964 по 2003 гг. - 535,2 мм. В годовом ходе средние месячные значения сумм осадков располагаются в диапазоне для Яйлю от 17,7 мм в январе до 137,2 мм в июле и для Усть-Коксы 12,8 и 80,3 соответственно. При анализе многолетней динамики осадков холодного и теплого периодов статистически значимых отклонений выявлено не было. Незначительный тренд отрицательной направленности отмечен в ходе атмосферных осадков летнего периода и для МС Яйлю, и для МС Усть-Кокса (рис. 3, 4).
Вместе с тем распределение суммы осадков по времени характеризуется уменьшением числа дней с осадками и увеличением интенсивности их выпадения. Существует возможность недостаточного прироста осадков по отношению к темпам повышения температуры, соответственно, особенно актуальным является определение соотношения тепло- и влагообеспечен-ности (увлажненности) территории.
Рис. 1. Динамика среднегодовой температуры воздуха
Яйлю
20
-25
■ ср^ по справочнику Оср. t 1965-2011 гг. Оср^ 2005-2011 гг.
Рис. 2. Соотношение среднемесячной температуры воздуха за период с 1965 по 2011 гг. и 2005 - 2011 гг. со средней многолетней температурой, МС Яйлю, Усть-Кокса
Рис. 3. Динамика атмосферных осадков теплого и холодного периодов, МС Яйлю
Таким образом, в результате обработки массива метеоданных за период с 1965 по 2011 гг. были установлены следующие тенденции климатических изменений на Алтае: повышение сезонных и годовых температур приземного воздуха; расширение диапазона экстремальных температур; уменьшение осадков зимнего периода; увеличение засушливости (аридизация); увеличение интенсивности летних осадков; уменьшение числа дней с устойчивым снежным покровом; учащение поздних и ранних заморозков. Наблюдаемые изменения климата очень важны и уже
в настоящее время сопровождаются значительным экосистем-ным откликом, поскольку именно соотношение тепла и влаги определяет формирование типа ландшафта, его биопродуктивность и направленность геоэкологических процессов (рис. 5, 6) [7].
Климат является одним из факторов формирования экосистем и обуславливает биологическое и ландшафтное разнообразие территории. Реакция растений и животных, а также экосистем на изменения климата зависит от временного масштаба этого процесса. Так, изменение гидрометеорологических пара-
Рис. 4. Динамика атмосферных осадков теплого и холодного периодов, МС Усть-Кокса
Рис. 5. Возможные последствия повышения температуры воздуха для горных экосистем
метров в масштабе часов и суток влияет на физиологические процессы в организмах, в частности, на процессы фотосинтеза у растений. Годовой ход гидрометеорологических параметров определяет сезонные (фенологические) события и изменения численности популяций. Более долгосрочные изменения климата могут вызывать изменения видовой структуры природных систем. В результате могут сдвигаться границы ареалов, исчезать виды.
Так, отмечающиеся в регионе изменения климата создают серьезные угрозы для высокогорных видов растений, обитающих в пределах альпийских экосистем. В целом, разнообразие микроклиматических условий в горах способствует сохранению видов либо в локальных местообитаниях, либо вследствие их вертикального смещения. Однако второе условие оказывается невыполнимым для видов, обитающих на вершинах гор. Эти виды могут сократить численность и даже исчезнуть как вследствие изменения условий, так и за счет вытеснения мигрантами из нижележащих поясов растительности.
При потеплении климата очевидны существенные сдвиги высотных поясов и их площадей. За последние 50-100 лет лесные темнохвойные ландшафты поднялись на 100-120 м, а су-
бальпийские на 200-210 м. По имеющимся прогнозам площади тундровых ландшафтов могут сократиться до исчезновения, поскольку нет возможности для их перемещения вверх, следовательно, их место займут субальпийско-подгольцовые леса. Кроме того, продвижение тундры в нивальный пояс ограничено неразвитостью почв на каменистых россыпях.
Также по данным Чебаковой Н.М., Парфеновой Е.И. субальпийские и подгольцовые леса могут уменьшиться примерно в 2 раза. Темнохвойная горная тайга не изменится по площади, но продвинется вверх и займет позиции субальпийских лесов. Существенно увеличится площадь черневых лесов за счет сред-негорной темнохвойной тайги. Светлохвойные леса уменьшатся вдвое, т.к. на их место придет подтайга, которая почти не изменится по площади. В связи с повышением аридности в целом в регионе также можно ожидать трансформации степных экосистем Юго-Восточного Алтая в более аридные экосистемы - сухие степи и полупустыни [5].
Наиболее подробную информацию о реакции видов на климатические изменения можно получить из фенологических наблюдений. Фенологические показатели напрямую связаны с климатическими условиями, поэтому именно они дают важную на-
Рис. 6. Наиболее вероятные последствия для горных экосистем Алтая при изменении режима осадков
глядную информацию о происходящих изменениях. Так, в период с 1988 по 2002 гг. для всей Евразии характерны более раннее начало весеннего таяния снега и осенних заморозков (раньше на 5-7 дней). Соответственно, смещаются сроки сезона роста растений, однако без изменения общей продолжительности вегетационного периода. Начиная с 1990-х годов, даты начала вегетации повсеместно стали фиксироваться в более ранние периоды по сравнению с серединой 19 века.
Для Алтая отмечена зависимость между изменениями климата и сроками наступления фенологических явлений. В частности, даты цветения черемухи повторяют температурные колебания: похолодание с 1915 по 1925 и с 1945 по 1960 годы и существенное потепление с середины 1960-х годов по настоящее время. На Алтае смещение сроков цветения черемухи на более раннее время происходило со скоростью около 1 дня в 10 лет. Необходимо отметить, что происходит смещение фенологических фаз именно весеннего периода, когда между фенологическими и климатическими явлениями отмечается более тесная связь. Сроки наступления летних и осенних явлений практически не изменились, а в некоторых случаях стали наступать позже [2; 6].
В настоящее время происходит совершенно очевидное и инструментально зафиксированное сокращение нивально-гля-циальных ландшафтов. Если к середине XXI века оправдаются моделируемые изменения климата, то следует ожидать значительного сокращения объема ледников Алтая, следовательно, и уменьшение речного стока многих горных рек [1]. Результатом потепления климата является и деградация вечной мерзлоты, образование термокарстовых озер, просадка грунтов. За счет таяния ледников и вечной мерзлоты круговорот воды становится все более интенсивным.
Сокращение ледников является одним из опосредованных воздействий изменения климата на животный мир, яркий пример тому - северные олени. Для сибирского северного оленя характерно сезонное обитание в высокогорных тундрах вблизи ледников и снежников, где летом создается особый микроклимат. Так, жаркие дни температура воздуха в долинах доходит до 35-40 еС, а на снежнике до 20 еС. Наибольшая концентрация оленей на этих территориях наблюдается примерно с 15 июня по 15 августа. Практически всё дневное время они проводят на снегу, стараясь лечь в верхней центральной части поля ледника на более обдуваемых участках.
Кроме того, ледники выполняют роль природной защиты от кровососущих насекомых как наиболее холодные обдуваемые участки: вблизи снежных полей летом происходит движение атмосферных воздушных масс, которое заметно даже в тихую безветренную погоду в виде легкого холодного бриза. С понижением дневной температуры и более ранним заходом солнца олени покидают снежники и выходят на кормежку недалеко от снежных полей, где находят обильную кормовую базу [3].
Таким образом, популяция северного оленя на Алтае является биологическим индикатором, реагирующим на изменение климата, так как данный вид обитает в высокогорной части региона в местах концентрации ледников и снежников.
Немалую угрозу для биоразнообразия региона представляет увеличение частоты вспышек численности вредителей растений в условиях климатических изменений. Одним из примеров может быть периодическое взрывообразное развитие сибирского коконопряда (шелкопряда) и непарного шелкопряда -одних из самых опасных вредителей леса. Вспышки развития этих видов происходят после засушливых вегетационных периодов, и особенно им способствуют следующие за засухами малоснежные зимы с сильными морозами, весенние и осенние пожары, когда численность их естественных врагов значительно снижается вследствие вымерзания и выгорания. В Республике Алтай в 2010 г. площадь лесного фонда с нарушенной и утраченной устойчивостью из-за возникновения его очагов в пихтовых насаждениях Турочакского и Байгольского лесничеств приблизилась к 36,7 тыс. га [4].
Изменяющиеся ландшафтно-экологические условия будут способствовать расширению ареалов обитания одних видов животных и сокращению других. В частности, такие редкие краснокнижные животные как ирбис и аргали, вслед за высокогорными природными комплексами окажутся в изоляции, где их спасение станет невозможным. Для некоторых редких или угрожаемых видов разрабатываются стратегии по их сохранению в изменяющихся условиях. Например, для сокола-балобана, монгольского сурка тарбагана, алтайского горного барана, снежного барса.
Переизбыток или недостаток влаги также серьезно сказывается на состоянии экосистем, определяя течение наиболее важных процессов, связанных с биохимией питания. Уже сегодня отмечаются изменения в динамике восстановления, прироста и отпада деревьев, меняются взаимоотношения пород. Последнее проявится, вероятнее всего, на стадии лесовозобновления в зоне таежных лесов.
Происходит учащение опасных явлений - пожаров, наводнений, увеличение числа засух в летний период и т.д., влияющих на почвенно-растительный покров и гидрографию.
В результате можно выделить ряд наиболее характерных параметров ответной реакции горных экосистем на современное изменение климата:
• смещение зон;
• потеря лесов, сопровождаемая определенным ущербом для гидрологических систем и увеличением эрозии почв;
• появление инвазивных видов;
• изменение продуктивности;
• увеличение экстремальности увлажнения (заболачивание, иссушение);
• рост пожарной опасности;
• деградация вечной мерзлоты;
• сокращение площади ледников и снежников;
• снижение количества и качества семян;
• влияние на возобновление (особенно хвойных);
• увеличение вредоносности болезней и вредителей;
• снижение устойчивости из-за увеличения частоты неблагоприятных краткосрочных явлений (периодов аномально теплой погоды и заморозков, сильных ветров, снегопадов и т.п.).
Таким образом, следует отметить значительную чувстви- своевременного выявления динамики климатических и клима-тельность и уязвимость горных экосистем к наблюдаемым кли- тообусловленных изменений, а также разработки адаптацион-матическим изменениям, что предопределяет необходимость ных механизмов и мероприятий.
* Работа осуществляется при поддержке гранта Президента Российской федерации МД - 1365.2012.5, а так же гранта РФФИ 12-05-90700-моб_ст.
Библиографический список
1. Аванесян, Р.А. Направленность современных изменений основных гидрометеорологических характеристик Алтайской горной области / Р.А. Аванесян, М.Г. Сухова // Современные проблемы науки и образования, 2011. - № 6.
2. Буторина, Т.Н. Сезонные ритмы природы Средней Сибири. - М., 1972.
3. Васильченко, А.А. Современное состояние группировки северного оленя в Кузнецком Алатау / А.А. Васильченко, М.Н. Смирнов // Известия Самарского научн. центра РАН. - 2010. - Т. 12. - № 1(5).
4. Изменение климата и его воздействие на экосистемы, население и хозяйство российской части Алтае-Саянского экорегиона: оценочный доклад / под ред. А.О. Кокорина; Всемирный фонд дикой природы (WWF). - М., 2011.
5. Парфенова, Е.И. Исследования взаимосвязей растительности и климата в Алтае-Саянском экорегионе / Е.И. Парфенова, Н.М. Чеба-кова // Изменение климата и непрерывное сохранение биоразнообразия в Алтае-Саянском экорегионе: материалы международного совещания. - Барнаул, 2010.
6. Серия «Климатические паспорта экорегионов»: Алтае-Саянский экорегион. - М., 2001. - Вып. 1.
7. Сухова, М.Г. Диагностика реакции горных экосистем Алтая на региональные климатические изменения / М.Г. Сухова, О.В. Журавлева, Н.А. Кочеева, А.В. Каранин, Р.А. Аванесян, Ю.Н. Никольченко, Н.В. Иванова, Е.О. Гармс // Изменение климата, водные ресурсы и здоровье человека: материалы Международной конф. - Бишкек, 2012.
Bibliography
1. Avanesyan, R.A. Napravlennostj sovremennihkh izmeneniyj osnovnihkh gidrometeorologicheskikh kharakteristik Altayjskoyj gornoyj oblasti / R.A. Avanesyan, M.G. Sukhova // Sovremennihe problemih nauki i obrazovaniya, 2011. - № 6.
2. Butorina, T.N. Sezonnihe ritmih prirodih Sredneyj Sibiri. - M., 1972.
3. Vasiljchenko, A.A. Sovremennoe sostoyanie gruppirovki severnogo olenya v Kuzneckom Alatau / A.A. Vasiljchenko, M.N. Smirnov // Izvestiya Samarskogo nauchn. centra RAN. - 2010. - T. 12. - № 1(5).
4. Izmenenie klimata i ego vozdeyjstvie na ehkosistemih, naselenie i khozyayjstvo rossiyjskoyj chasti Altae-Sayanskogo ehkoregiona: ocenochnihyj doklad / pod red. A.O. Kokorina; Vsemirnihyj fond dikoyj prirodih (WWF). - M., 2011.
5. Parfenova, E.I. Issledovaniya vzaimosvyazeyj rastiteljnosti i klimata v Altae-Sayanskom ehkoregione / E.I. Parfenova, N.M. Chebakova // Izmenenie klimata i neprerihvnoe sokhranenie bioraznoobraziya v Altae-Sayanskom ehkoregione: materialih mezhdunarodnogo sovethaniya. - Barnaul, 2010.
6. Seriya «Klimaticheskie pasporta ehkoregionov»: Altae-Sayanskiyj ehkoregion. - M., 2001. - Vihp. 1.
7. Sukhova, M.G. Diagnostika reakcii gornihkh ehkosistem Altaya na regionaljnihe klimaticheskie izmeneniya / M.G. Sukhova, O.V. Zhuravleva, N.A. Kocheeva, A.V. Karanin, R.A. Avanesyan, Yu.N. Nikoljchenko, N.V. Ivanova, E.O. Garms // Izmenenie klimata, vodnihe resursih i zdorovje cheloveka: materialih Mezhdunarodnoyj konf. - Bishkek, 2012.
Статья поступила в редакцию 10.12.12
УДК 574:551.4
Platonova S.G. STRUCTURE OF ENVIRONMENTAL RISK IN TRANSBOUNDARY GEOSYSTEMS OF GREAT ALTAI. The paper presents the spatial analysis of environmental risks in the transboundary territory of Great Altai. Two variants of structure are considered.
Key words: transboundary geosystems, Great Altai, environmental risks.
С.Г. Платонова, канд. геолого-минерал. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, Email:[email protected].
СТРУКТУРА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ТРАНСГРАНИЧНОЙ ГЕОСИСТЕМЫ БОЛЬШОГО АЛТАЯ*
На основе пространственного анализа рассмотрена структура экологических рисков трансграничной территории Большого Алтая по двум вариантам.
Ключевые слова: трансграничная геосистема, Большой Алтай, экологические риски.
В постсоветском пространстве особенно острым является вопрос устойчивого развития приграничных регионов с учётом экологических и геополитических факторов. Решение данного вопроса невозможно без учёта процессов и явлений, происходящих на сопредельных приграничных территориях соседних стран. Часто процессы многостороннего взаимовлияния и взаимодействия приграничных районов двух стран приводят к формированию международной трансграничной территории с новым статусом [1], среди которых особо выделяется Большой Алтай, охватывающий приграничные районы четырёх государств (России, Казахстана, Китая и Монголии), общая идеология которого отражена в ряде работ [2]. Устойчивое развитие субъектов Большого Алтая наряду с показателями качества жизни и уровня экономического развития также характеризуют показатели экологического риска, которые рассматриваются в настоящей работе.
В природном отношении трансграничная геосистема Большого Алтая, объединяющая приграничные горные и равнинные территории юга Западной Сибири и сопряжённых территорий Монголии, Казахстана и Китая в пределах приграничных административных субъектов, характеризуется исключительной сложной структурой и разнообразием природных условий. Основу
ландшафтной структуры изучаемой трансграничной геосистемы составляют четыре физико-географические страны (ФГС): Ал-тае-Саянская (горы Южной Сибири), Центрально-Азиатская, Западно-Сибирская и Центрально-Казахстанская (Казахское плато и мелкосопочник). ФГС объединяют шесть физико-географических областей (ФГО): Алтайскую (Алтае-Саянская ФГС); Монголо-Алтайскую, Область котловины Больших озёр, Область Джунгарской котловины (Центрально-Азиатская ФГС) и Казахского мелкосопочника (Центрально-Казахстанская ФГС). Каждая из областей разделена на соответствующие ландшафтные провинции (ЛП) (рис. 1, таблица 1).
Исследование ландшафтной структуры в рамках единой трансграничной геосистемы включало выделение, разграничение и классификацию ландшафтных комплексов. Они основаны на принципах территориальной общности с применением зонально-азонального подхода; генетическом; относительной однородности; комплексности. При этом анализируемые схемы физико-географического районирования субъектов трансграни-чья, составленные с применением разных методологических подходов [3-9] были рассмотрены на основе ведущего морфос-труктурного подхода, сведёны в единый ГИС-проект, приведёны
