CC BY
41
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.509.58
М.М. Магеррамова
диссертант, Географический факультет, кафедра гидрометеорологии, Бакинский государственный университет,
Азербайджан, E-mail: malahat-musa@mail.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РЕСУРСОВ ВЛАГИ НА ФОНЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ НА СЕВЕРО-ВОСТОЧНОМ СКЛОНЕ БОЛЬШОГО КАВКАЗА (В ПРЕДЕЛАХ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ)
Аннотация. В статье представлены результаты исследования состояния ресурсов влаги на северовосточном склоне Большого Кавказа. Вывялено, что в теплый период года, в многолетней тенденции количества атмосферных осадков, изменения фактически не произошли. Также выявлено, что на равниной части рассматриваемого региона по отношению к 1966-1990-м гг., в 1991-2005-х гг. повторяемость сильных и очень сильных засух увеличилась на 2-5%, а умеренные и слабые засухи увеличилась на 0-7%. В предгорной части повторяемость сильной и очень сильной засухи увеличилась на 13%, повторяемость умеренной и слабой засухи уменьшилась на 14%. В среднегорьях повторяемость очень сильной засухи увеличилась на 54%, а повторяемость умеренной и слабой засухи уменьшилась на 22%. В высокогорьях повторяемость умеренной и слабой засухи уменьшилась на 19%.
Ключевые слова: изменчивость климата, атмосферные осадки, повторяемость засух.
M.M. Maharramova, Baku State University, Azerbaijan, e-mail: malahat-musa@mail.ru
RESEARCH OF THE CURRENT STATE OF WATER RESOURCES AGAINST THE BACKGROUND OF
CLIMATE CHANGE ON THE NORTHEASTERN SLOPE OF THE GREAT CAUCASUS (WITHIN REPUBLIC
OF AZERBAIJAN)
Abstract. The article presents the results of investigation of the resources of moisture on the northeastern slope of the Greater Caucasus. It was found out that the multi-year tendency of the precipitation amounts during the warm period has not factually changed. It was also revealed that from 1966-1990 to 1991-2005, frequency of very strong and severe droughts had increased by 2-5 %, while moderate and mild drought increased by 0-7 % in the plain part of the region in question. In the foothills of the region in question, the frequency of very strong and severe droughts had increased by 13%, and the frequency of moderate and mild drought decreased by 14%. In the midlands, the frequency of very strong and severe drought increased by 54% and the frequency of moderate and mild drought decreased by 22%. In highlands repeatability moderate and mild drought decreased by 19% .
Keywords: climate change, atmospheric precipitation , the frequency of droughts.
Губа-Хачмазский экономический район находится на северо-восточном склоне Большого Кавказа и является одним из стратегических районов Азербайджана. Основу экономики этого района составляет сельское хозяйство, и поэтому исследование и оценка агроклиматических ресурсов, на фоне глобальных и региональных изменений климата, представляет собой актуальное научно-практическое значение. В связи с изменением климата, резервом повышения продуктивности земледелия является рациональное использование климатических ресурсов территории. Потепление климата в Азербайджане происходит быстрыми темпами, что, естественно, вызывает изменение агроклиматических ресурсов, особенно ресурсов влаги.
В данном исследовании были использованы архивы стандартных метеорологических данных на метеорологических станций Сиязан (20 м), Хачмаз (27 м), Губа (550 м), Халтан (1104 м) и Гырыз (2006 м) за период 1966-2005-х гг., которые были взяты из национальной метеорологической базы данных Азербайджанской Республики. Здесь в качестве примера приведены основные показатели современной изменчивости климата на территории северо-восточного склона Большого Кавказа.
Для оценки регионального изменения современного климата вычислена изменчивость
средней месячной температуры воздуха (табл. 1) и суммы осадков (табл. 2) по методу разности за два конкретных климатических периода: 1961-1990 гг. и 1991-2005 гг. [1, 5].
Как видно из таблицы 1, за исключением ноября и декабря, а также некоторых случаев в апреле и мае, наблюдалось повсеместное увеличение температуры воздуха, а статистически значимое потепление наблюдалось в январе, августе и октябре. Что касается изменения количества осадков, то можно отметить, что на равнинной части (Сиязан и Хачмаз) рассматриваемой территории в целом в летне-осенний период наблюдалось их увеличение, а в зимне-весенний период - их уменьшение (табл. 2). В предгорьях (Губа) в первой половине года количества осадков в целом уменьшилось, а во второй половине - увеличилось. В горной части (Халтан и Гырыз), за исключением отдельных месяцев, происходило уменьшение количества атмосферных осадков.
Таблица 1 - Изменение средней месячной температуры воздуха за период 1991-2005 гг. относительно периода 1961-1990-х гг. (климатические нормы) [1, 5], С
Станция Месяцы
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
Сиязан 1,1' 0,8 0,7 0,1 0,2 0,6 0,7' 1,2' 0,6 1,2' -0,1 -0,6
Хачмаз 1,2' 0,8 0,7 -0,1 0,1 0,5 0,6 1,1' 0,5 1,2' -0,1 -0,6
Губа 1,6' 1,0' 1,2 0,7 -0,2 0,4 0,7 1,2' 0,7 1,7' -0,1 0,1
Халтан 2,1' 1,8' 0,8 -0,3 0,3 0,4 0,4 1,0' 1,7 1,7' -0,1 -0,2
Гырыз 0,4 0,2 0,1 0,8 -0,1 0,3 0,4 1,1' 0,3 1,6' -0,5 0,0
Примечание: знак * показывает статистическую значимость температурных изменений по критериям Стьюдента или Фишера
Таблица 2 - Изменчивость месячных сумм осадков за период 1991-2005 гг. относительно периода 1961-1990-х гг. (климатические нормы), %
Станция Месяцы
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
Сиязан 0 13 -32 -31 -10 -4 32' 41' 25' 24' 4 -12
Хачмаз 0 7' -11 -47 -20' -1 28 -4 35' 21 8 -22'
Губа -11 29 -4 -33' -16 -14 -13 22 18 5 19 11
Халтан -21 6' -12 -38 13' 39 -12 -16 13' -14 -12 -6'
Гырыз -29 0 -2 -34' -20' -23 -29 -10 31 -14 36 -17
Примечание: знак * показывает статистическую значимость изменения месячных сумм осадков по критериям Стьюдента или Фишера
Известно, что решение вопросов влагообеспеченности растений и ресурсов влаги любой территории представляет собой исключительно сложную задачу. И эта сложность привела к появлению различных методов и способов их решения. В данном исследовании для решения поставленных задач были рассмотрены и оценены многолетние тенденции изменения суммы атмосферных осадков, гидротермического коэффициента Селянинова (ГТК) и показателя увлажненности Д.И.Шашко (1Ш) за теплый период года (период с температурой воздуха выше 100С) и отношение суммы осадков за теплый период к годовой сумме осадков. Можно отметить, что коэффициент ГТК и показатель увлажненности принято считать условными показателями увлажнения.
Для оценки изменчивости этих показателей были использованы метод линейного тренда и метод разности за два конкретных климатических периода: 1966-1990 гг. и 1991-2005 гг.
Также были вычислены следующие статистические характеристики используемых рядов данных: среднее (уср), среднеквадратическое отклонение (сту), коэффициент линейного тренда ( Ь/ 10лет) и коэффициент корреляции линейного тренда (г).
Величина ( Ь/ 10лет) показывает скорость изменения, а ( г ) -статистическую значимость этих изменений с помощью линейного тренда. Поскольку длина используемых рядов составляет 40 лет, то при 95% обеспеченности г * = 0.312. Если г > г *, то можно говорить о том, что выявленные тенденции изменения носят закономерный характер [10].
Оценка ресурсов влаги по атмосферным осадкам. Для этого были использованы данные суммы осадков за теплый период года (от даты устойчивого перехода среднесуточный температуры воздуха выше 100С весной и ниже - осенью), а также отношения этого показателя к годовой сумме осадков. Было проанализировано пространственно-временное распределение, а также оценена многолетняя тенденция их изменения. Некоторые статистические характеристики этих рядов приведены в таблицах 3 и 4.
Как видно из таблицы 3, в теплый период года количество атмосферных осадков на равнине и в высокогорных зонах составляет 161-182 мм, в предгорной зоне - 287 мм, а в сред-негорной зоне - 240 мм. Относительно небольшие величины суммы осадков в Халтане и Гыры-зе можно объяснить меньшей длиной теплого периода (годовое количество осадков в Гырызе составляет 586 мм, в Халтане - 528 мм).
Таблица 3 - Некоторые статистические характеристики временных рядов суммы осадков за теплый период года
Статистические показатели Метеорологические станции
Хачмаз Губа Гырыз Халтан Сиязан
Средняя, мм 161 287 182 240 164
Коэффициент вариации 1,4 1,8 1,8 1.8 3,5
Максимальное значение, мм 310 432 390 397 381
Минимальное значение, мм 70 166 72 123 63
Действительно, из табл. 4 видно, что отношение количества осадков за теплый период к годовой сумме в Гырызе равен 0.34, в Халтане - 0.48, а в других станциях эти соотношения меняются в пределах 0.51-0.58. Также выявлено, что в многолетней тенденции этих показателей изменения фактически не произошли.
Таблица 4 - Некоторые статистические характеристики временных рядов
отношения суммы осадков за теплый период года к годовому количеству осадков
Статистические показатели Метеорологические станции
Хачмаз Губа Гырыз Халтан Сиязан
Средняя величина 0,51 0,55 0,34 0,48 0,58
Среднеквадратическое отклонение 0,12 0,08 0,11 0,09 0,16
Максимальное значение 0,74 0,69 0,56 0,68 0,92
Минимальное значение 0,23 0,34 0,14 0,25 0,14
Оценка влагообеспеченности по условным показателям увлажнения. В последнее время в ряде научных исследований для оперативного обслуживания проведен сравнительный анализ информативной ценности условных показателей увлажнения и предложены следующие показатели, которых можно применять в комплексе [1]: 1. гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова; 2. показатель увлажнения Шашко (1Ш); 3. число дней с относительной влажностью
воздуха < 30% 4. запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см под растениями ^0-20) 5. запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см под растениями ^0-100).
Известно, что при комплексном исследовании засухи и засушливых явлений, самыми трудно определяемыми фактороми являются запасы почвенной влаги и суммарное испарение, влияющие на формирование почвенной влаги. Для определения вышеуказанных факторов в настоящее время применяются современные математические модели. Поэтому в наших исследованиях показатели запасов продуктивной влаги не используются.
Для расчета ГТК и оптимальным вариантом является учет метеорологических условий предыдущего периода. Например, для оперативного режима с шагом в одну декаду (на конец декады) ГТК и можно вычислить следующим образом:
УШ, + Ri 1 + Ri 2)
ГТК, = ^ —¡-1-, (1)
' 0.1.£(Т + Т_1 + Т-2)
УШ, + Ri 1 + Ri 2) + б,-1 + б,-2 )
где ¡- номер оцениваемой декады; ¡-1 - номер декады, отстоящий на одну декаду от оцениваемой; ¡-2 - номер декады, отстоящий на две декады от оцениваемой; R - количество осадков; Т -температура воздуха, б -дефицит влажности воздуха.
Преимуществом подобного подхода является то, что, в случае отсутствия атмосферных осадков, формулы (1) и (2) должны показать очень сильную засуху, но из-за возможного достаточного увлажнения в предшествующей декады ее может и не быть. Все это приводит к минимизации ошибок расчета. Число дней с относительной влажностью воздуха < 30% (М вычисляется с использованием входных суточных метеорологических данных.
Для оценки влагообеспеченности территории за теплый период по декадам были использованы следующие дифференциальные критерии влагообеспеченности или засухи (табл. 5).
Таблица 5 - Дифференциальные критерии классификации степени влагообеспеченности или интенсивности засушливых условий
Показатели влагообеспеченности Классификация степени влагообеспеченности или интенсивности засухи
Очень сильная засуха (I) Сильная засуха (II) Средняя засуха (III) Слабая засуха (IV) Засухи нет (V)
ГТК <0.19 0.20-0.39 0.40-0.60 0.61-0.75 >0.76
Md <0.09 0.10-0.19 0.20-0.30 0.31-0.40 >0.41
N<30%, сутка 7-11 5-6 3-4 1-2 0
Здесь можно отметить, что в Азербайджанской Республике все еще остается проблема выбора метода расчета показателей увлажненности или засухи. Например, в агроклиматических исследованиях известный агроклиматолог А.Дж. Эйюбов предпочтение отдавал показателю увлажненности А.Д. Шашко [11].
В наших исследованиях для возможности использования ГТК Селянинова в соответствующих исследованиях был проведен сравнительный анализ показателей Шашко и Селянино-ва. С этой целью были использованы декадные данные за май-сентябрь. По обоим методам были вычислены суммарные повторяемости (в процентах) очень сильных и сильных засух по декадам за рассматриваемые периоды. Средние значения этих величин составляют 72,7% (ГТК) и 86,6% (1Ш), максимальные значения соответственно равны 100% и 100%, минимальные - 33,3% и 53,3%, а среднеквадратические отклонения - 16,9% и 12,8%. Максимальные и минимальные величины суммарной повторяемости очень сильных и сильных засух по обоим методам наблюдались в одних и тех же годах. Коэффициенты корреляции между этими величинами
составляют: в Хачмазе - 0.78, в Губе - 0.72, в Халтане - 0.77.
Таким образом, исходя из этого, можно сделать вывод о том, что вычисление показателей засухи по декадам с помощью ГТК Селянинова дает адекватные результаты, и этот подход можно использовать при оценке ресурсов влаги и для других природно-климатических зон Азербайджанской Республики. Наряду с этими, использование обоих методов при оценке влагообеспеченности различных территорий может подтверждать достоверность полученных результатов.
Исследования показали, что на равнинной части рассматриваемого региона по отношению к 1966-1990 гг., в 1991-2005 гг. повторяемость очень сильных и сильных засух, по Шашко, увеличилась на 2-5%, а умеренной и слабой засухи увеличилась на 0-7%. В предгорной части повторяемость очень сильной и сильной засухи увеличилась на 13%, повторяемость умеренной и слабой засухи уменьшилась на 14%. В среднегорьях повторяемость очень сильной и сильной засухи увеличилась на 54%, а повторяемость умеренной и слабой засухи уменьшилась на 22%. В высокогорьях повторяемость умеренной и слабой засухи уменьшилась на 19%.
С использованием метода Селянинова получены следующие результаты. На равнине повторяемость очень сильной и сильной засухи не изменилась, а повторяемость умеренной и слабой засухи увеличилась на 27%. В предгорной части повторяемость очень сильной и сильной засухи увеличилась на 2%, а повторяемость умеренной и слабой засухи увеличилась на 5%. В среднегорьях повторяемость очень сильной и сильной засухи увеличилась на 26%, а повторяемость умеренной и слабой засухи уменьшилась на 14%. В высокогорьях только повторяемость умеренной и слабой засухи увеличилась на 50%.
Список литературы:
1. Зоидзе Е.К. Методические указания по составлению «Научно-прикладного справочника по агроклиматическим ресурсам», серия 2, ч. 4 «Засушливые явления на территории СССР» / Зоидзе Е.К., Сухарева В.В. - Обнинск: Ротопринт, 1991. - 9 с.
2. Иманов Ф.А. Засуха 2000 года и ее влияние на агроэкологическую ситуацию и речной сток Азербайджана / Иманов Ф.А., Сафаров С.Г., Халилов С.Г. // Вестн. Бакин. ун-та. Серия Наука о природе. - 2002. - № 2. - С. 193-189.
3. Мамедов М.А. Основы метеорологической засухи и гидрологические процессы / Ма-медов М.А., Иманов Ф.А., Мамедов А.С, Гусейнов Н.Ш. - Баку, 2000. - 177 с.
4. Полевой А.Н. Сельскохозяйственная метеорология. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.
- 424 с.
5. Сафаров С.Г. Расчет урожайности озимой пшеницы на территории Азербайджана с использованием динамической модели // Изв. АН Азерб. Респ. Серия Науки о Земле (география). - 1998. - № 3. - С. 78-83.
6. Сафаров С.Г. Прикладное динамическое моделирование водно-теплового режима системы 'почва-растение-атмосфера'. - Баку: Элм, 1999. - 230 с.
7. Синицина Н.И. Агроклиматология / Синицина Н.И., Гольцберг И.А., Струнников Э.А. -Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 343 с.
8. Сиротенко О.Д. Математическое моделирование водно-теплового режима и продуктивности агроэкосистем. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 168с.
9. Справочник агронома по сельскохозяйственной метеорологии / под ред. И.Г. Гринго-фа. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 527 с.
10. Уланова Е.С. Методы статистического анализа в агрометеорологии / Уланова Е.С., Сиротенко О.Д. - Л.: Гидрометеоиздат, 1968. - 198 с.
11. Эйюбов А.Дж. Агроклиматическое районирование Азербайджанской ССР / Эйюбов А.Дж., Эйюбов А.Д. - Баку: Изд. АН Азерб. ССР, 1968. - 187 с.
