CC BY
84
Г. Ф. Иванова, Н. Г. Левицкая. Изменчивость максимально возможного и суммарного испарения
ГЕОГРАФИЯ
УДК 551.583:551.573(470.44)
ИЗМЕНЧИВОСТЬ МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОГО И СУММАРНОГО ИСПАРЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ
саратовской области в условиях меняющегося КЛИМАТА
Г. Ф. Иванова, Н. Г. Левицкая1
Саратовский государственный университет E-mail: kafmeteo@sgu.ru 1ФгБну «нииСХ Юго-востока», Саратов E-mail: raiser_saratov@mail.ru
в статье приводится оценка динамики годовых сумм осадков, максимально возможного и суммарного испарения в различных почвенно-климатических зонах Саратовской области в условиях глобального потепления климата. Показано, что в период с 1981 по 2014 г. отмечается статистически значимый рост величины максимально возможного испарения, что приводит к увеличению дефицита испарения. в результате наблюдаемых тенденций климатические нормы гидромелиораций в области увеличились на 200-300 м3/га.
Ключевые слова: Саратовская область, осадки, испарение, испаряемость, коэффициент вариации, коэффициент линейного тренда, климатические нормы гидромелиораций.
Changeability of Maximally Possible and Total Evaporation on Territory of saratov Area in the Conditions of Changing Climate
G. F. Ivanova, N. G. Levitskaya
To the article the estimation of dynamic of annual precipitation is driven, maximally possible and total evaporation in the different soil-climatic zones of the Saratov area in the conditions of the global warming of climate. It is shown that in a period from 1981 to 2014 year noted a statistically significant increase in the maximum possible evaporation, which leads to an increase of deficit of evaporation. As a result of the observed tendencies the climate norms of gidromelioration in the area were increased on 200-300 м3 / hectare.
Key words: Saratov area, precipitation, maximally possible and total evaporation, coefficient of variation, coefficient of linear trend, climatic norms of hydromelioration.
DOI: 10.18500/1819-7663-2015-15-3-5-8
Саратовская область - один из наиболее крупных районов богарного земледелия, однако недостаток влаги по сравнению с ресурсами тепла сильно сдерживает развитие сельскохозяйственного производства. Поэтому детальные исследования условий естественной влагообеспеченности и потребности во влаге этой территории, несомненно, актуальны. Они необходимы для выявления дефицита влаги, правильного размещения оросительных систем, обоснования норм водопотребления и разработки режимов орошения.
В условиях современного потепления климата оценка динамики водных ресурсов территории приобрела особый практический интерес.
Цель настоящих исследований состоит в том, чтобы оценить влияние роста теплоэнергетических ресурсов территории, связанного с глобальным потеплением, на величину и динамику суммарного и максимально возможного испарения, по разности которых рассчитывают климатические нормы гидромелиораций.
Исходными данными для исследований послужили материалы гидрометеорологических наблюдений по всем метеостанциям области
НАУЧНЫЙ
ОТДЕЛ
© Иванова Г. Ф, Левицкая Н. Г., 2015
Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Науки о Земле. 2015. Т. 15, вып. 3
за 1981-2014 гг., которые характеризуются как период наиболее интенсивного потепления климата, и режимная информация из Научно-прикладного справочника по климату СССР, где обобщены данные наблюдений за 1912-1980 гг.
Расчеты годовых значений суммарного испарения были выполнены гидролого-климатическим методом, предложенным В. С. Мезенцевым и широко используемым при расчетах испарения с суши в мелиоративных целях [1, 2]. Уравнение для расчета суммарного испарения (Е, мм) имеет вид
Е = Етах [1 + (kx / £maxH-i/n, (1)
где Етах - максимально возможное испарение (водный эквивалент теплоресурсов испарения), мм; kx - общее увлажнение (на практике осадки, исправленные на недоучет прибором), мм; n -параметр, учитывающий гидравлические условия стока в разных ландшафтно-климатических условиях: для равнинного рельефа средних широт n = 3, а в горных районах n = 2.
Для определения максимально возможного испарения в работе использовалась формула, предложенная И. В. Карнацевичем, по которой годовая испаряемость рассчитывается в зависимости от годовой суммы среднемесячных положительных температур воздуха:
Етах = 5.88X? + 260, (2)
где X? - сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год.
Внутригодовой ход максимально возможного испарения автор [1, 2] предложил принимать в первом приближении таким же, как ход дефицита влажности воздуха (d). Расчет месячных значений максимально возможного испарения (Emax ) проводился по следующей формуле:
Emax i = Етах di / Xdi, (3)
где Етах - максимально возможное испарение за год, мм; di - среднемесячное значение дефицита влажности воздуха, мм; Xd, - годовая сумма среднемесячных значений дефицита влажности воздуха, мм.
Расчет месячных значений испарения (Е) по известной годовой сумме (Е), рассчитанной по формуле В. С. Мезенцева, проводился с помощью метода отношений [3].
Общее увлажнение территории Саратовской области характеризуется уменьшением годового количества осадков от 500 мм в северо-западных до 310 мм в крайних юго-восточных районах. В летний период (май-август) меньше всего увлажнены полупустынные районы Левобережья, где сумма осадков не превышает 110-115 мм. Внутригодовые колебания общего увлажнения характеризуются наличием максимума в июле и минимума в зимние месяцы [4].
В многолетнем разрезе суммы общего увлажнения, как годовые, так и за летний период, колеблются в очень значительных пределах (табл. 1).
Таблица 1
Экстремальные значения годовых и летних сумм осадков в период с 1981 по 2014 г.
Метеостанция Год Май-август
Максимум Минимум Максимум Минимум
Карабулак 784 (1989) 325 (1984) 310 (2004) 27 (2010)
Балашов 762 (2001) 344 (1984) 325 (1989) 45 (2010)
Саратов 648 (2000) 293 (1984) 243 (2000) 44 (1998)
Пугачев 622 (1990) 305 (2014) 246 (2003) 32 (2010)
Ершов 542 (1990) 265 (2014) 230(1989) 19 (1998)
Новоузенск 492 (2013) 230 (2014) 230 (2003) 22 (2010)
Анализ представленных экстремумов осадков указывает на большую разницу их значений в летний период, когда суммы осадков во влажные годы в 5-10 раз выше, чем в засушливые. Превышение годовых сумм осадков в экстремальные по увлажнению годы составляет 2-2,5 раза.
Годовые величины максимально возможного испарения возрастают с севера на юг от 780 до 920 мм. Коэффициенты вариации годовых сумм максимально возможного испарения на всей территории области весьма малы и составляют
0.04-0.05, что обусловлено малыми многолетними колебаниями теплоэнергетических ресурсов территории.
Величина коэффициентов вариации летних величин максимально возможного испарения (за май-август) несколько выше, чем их значения за год, и составляют около 0.08.
Распределение годовых значений суммарного испарения имеет несколько иной характер. Минимальные величины суммарного испарения, несмотря на значительные теплоэнергетические ресурсы, наблюдаются в юго-восточной полупустынной части территории и составляют около 300 мм/год. Максимальные значения суммарного испарения отмечаются в лесостепной зоне и составляют около 470 мм/год (табл. 2). Изменчивость годовых и летних значений суммарного испарения также весьма мала.
6
Научный отдел
Г. Ф. Иванова, Н. Г. Левицкая. Изменчивость максимально возможного и суммарного испарения
Таблица 2
Значения годовых сумм максимально возможного (Emax), суммарного (E) и дефицита испарения (AE) по метеостанциям Саратовской области за 1912-1980 гг. и 1981-2014 гг.
Метеостанция 1912-1980 гг. 1981-2014 гг.
Emax, ММ E, мм AE, мм Emax, ММ E, мм AE, мм
Хвалынск 798 466 332 883 483 400
Карабулак 783 469 314 813 475 338
Петровск 787 431 356 822 448 374
Ртищево 801 468 333 836 500 336
Ростоши 813 447 345 844 456 388
Аткарск 816 455 361 841 464 377
Октябрьский Городок 813 409 404 839 422 417
Саратов ЮВ 858 431 427 896 452 444
Балашов 832 453 379 860 450 410
Калининск 828 429 399 850 440 410
Сплавнуха 832 424 408 860 450 408
Среднее по Правобережью 815 444 371 848 459 389
Пугачев 857 371 486 891 399 492
Перелюб 839 359 480 874 419 455
Маркс 874 342 502 908 399 509
Ершов 864 353 511 888 385 503
Озинки 866 321 545 894 324 570
Красный Кут 875 342 533 904 354 550
Новоузенск 898 303 595 930 335 595
Ал. Гай 917 308 609 946 317 629
Среднее по Левобережью 874 341 533 904 356 548
Чтобы оценить динамику годовых значений суммарного и максимально возможного испарения в условиях наблюдаемого потепления климата, их величины были рассчитаны по той же методике за период с 1981 по 2014 г.
Сравнительный анализ полученных результатов свидетельствует о том, что величина годовой испаряемости в последний 30-летний период за счет роста теплоэнергетических ресурсов территории выросла в среднем на 30-35 мм. Общее увлажнение территории за счет роста годовой суммы атмосферных осадков увеличилось в Правобережье на 15-20 мм, а в Левобережье на 25-30 мм. Величина суммарного испарения за год увеличилась в лесостепных и черноземностепных районах Правобережья в среднем на 15 мм, а в сухостепных и полупустынных районах Левобережья на 25 мм.
Для оценки степени устойчивости наблюдаемых тенденций в изменении годовых сумм осадков, суммарного и максимально возможного испарения были рассчитаны коэффициенты линейного тренда этих значений за 1981-2014 гг. и определена их значимость на 95%-ном уровне достоверности. В качестве примера на рис. 1 представлена иллюстрация полученных резуль-
татов по станции Саратов ЮВ. Согласно рассчитанным коэффициентам тренда статистически значимый рост в этот период отмечается лишь у значений максимально возможного испарения (р! = 23,2 мм/10 лет). Годовые значения суммарного испарения увеличиваются со скоростью всего 1,9 мм/10 лет, что статистически незначимо. Практически не меняются по тренду и годовые суммы осадков.
Детальный анализ динамики годовых сумм осадков, суммарного и максимально возможного испарения показал, что во все годы максимум теплоэнергетических ресурсов испарения совпадает с минимумом ресурсов влаги. Годовая испаряемость, как правило, бывает больше количества годовых осадков. Однако в последний 30-летний период встречаются случаи, когда годовая сумма осадков превышает величину максимально возможного испарения. В правобережных районах области повторяемость таких лет составила 20-30%, что говорит о существенном изменении водного режима почв на данной территории. Согласно проведенной оценке в отдельные годы он становится периодически промывным.
Внутригодовое распределение испаряемости характеризуется одним максимумом в июле, когда
География
7
Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Науки о Земле. 2015. Т. 15, вып. 3
месячные суммы составляют от 19 до 22% годовых значений. Зимой эти значения невелики и не превышают 1-2%, в то время как на май-август приходится в среднем около 70-75% годовых теплоэнергетических ресурсов. Аналогичные особенности можно наблюдать и во внутригодовом распределении величин суммарного испарения
с максимумом в июне и минимумом в зимние месяцы (рис. 2).
Расчет климатических норм гидромелиораций, проведенный на основе данных «Научноприкладного справочника по климату СССР» (1988 г.), показал, что в правобережных районах области они изменялись от 3100 до 4000 м3/га, а
“ “ “ Emax, мм
.....E, мм
R, мм
Рис. 1. Динамика годовых сумм осадков (R, мм), суммарного испарения (E, мм) и максимально возможного испарения (Emax, мм), станция Саратов ЮВ
— — Emax, мм
.....E, мм
Рис. 2. Годовой ход суммарного (Е) и максимального возможного (Emax) испарения на станции Саратов ЮВ
в левобережных - от 4800 до 6000 м3/га. В период с 1981 по 2014 г. средние многолетние нормы мелиораций увеличились на 200-300 м3/га и стали составлять в Правобережье 3400-4200 м3/га, а в Левобережье 4600-6300 м3/га.
Таким образом, в условиях меняющегося климата Саратовской области отмечается рост как максимально возможного, так и суммарного испарения, что приводит к увеличению климатических норм гидромелиораций. Кроме того, существенно возрастает разница норм орошения в сухие и влажные годы. Выявленные тенденции изменения водного режима территории необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации оросительных систем и водохранилищ.
Библиографический список
1. Мезенцев В. С. Метод гидролого-климатических расчетов и опыт его применения для районирования Западно-Сибирской равнины по признакам увлажнения и теплообеспеченности // Тр. / ОмСХИ. 1957. Т XXVII. 121 с.
2. Режимы влагообеспеченности и условия гидромелиораций степного края / под ред. В. С. Мезенцева. М. : Колос, 1974. 240 с.
3. Рекомендации по расчету испарения с поверхности суши. Л. : Гидрометеоиздат, 1976. 94 с.
4. Иванова Г. Ф., Левицкая Н. Г. Многолетняя изменчивость осадков по станциям Саратовской области // Ежемесячный науч. журн. Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия. 2014. № 3, ч. 7, Географические науки. С. 40-43.
8
Научный отдел
