Изменение климата в Турано-Уюкской котовине Тувинской горной области Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Литература

1. Бирюков В.И., Ивонин В.М., Васенков Г.И. О вычислении поверхности хвои сосны обыкновенной в культурах на площадях гидрографического фонда // Лесной журнал. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 1981. - № 5. - С. 18-20.

2. Прыгов Е.В., Уродкова О.Н., Феклистов П.А. Параметры ассимиляционного аппарата в разных типах сосняков // Экологические проблемы севера: межвуз. сб. науч. тр. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000. -Вып. 3. - С. 25-28.

3. Феклистов П.А., Жидкова Н.Ю. Ассимиляционный аппарат древесных и кустарниковых пород в условиях урбанизированной среды // Экологические проблемы Севера: межвуз. сб. науч. тр. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. - Вып. 5. - С. 42-45.

4. Феклистов П.А., Бирюкова С.Ю. Сравнительный анализ ассимиляционного аппарата сосны обыкно-

венной и скрученной // Экологические проблемы Севера: межвуз. сб. науч. тр. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005. - Вып. 8. - С.121-126.

5. Феклистов П.А., Евдокимов В.Н., Барзут В.М. Биологические и экологические особенности роста со-

сны в северной подзоне европейской тайги. - Архангельск: АГТУ, 1997. - 140 с.

6. Феклистов П.А. Изменение ассимиляционного аппарата в сосняке кустарничково-сфагновом под

влиянием осушения // Экологические проблемы Севера: межвуз. сб. науч. тр. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 1998. - С. 8-10.

УДК 551.510.41 М.Ф. Андрейчик

ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА В ТУРАНО-УЮКСКОЙ КОТОВИНЕ ТУВИНСКОЙ ГОРНОЙ ОБЛАСТИ

В статье приведены результаты исследований по изменению климата в Турано-Уюкской котловине Тувинской горной области. Полученные расчеты показывают, что уровень безопасности по данному показателю соответствует среднему, однако уже наметилась тенденция к критической ситуации. К примеру, в 1977-2006 гг. воздушная температура выросла на 2,4°С, что в 1,8 раза выше, чем во время аналогичного периода в России, и в 3,4 раза, чем глобальное потепление в течение последних 100лет.

Ключевые слова: нагревание климата, гидротермический коэффициент, солнечно-земные отношения, критерий безопасности изменения климата.

M.F. Andreychik CLIMATE CHANGE IN THE TURANO-UYUKSK BASIN IN TUVA MOUNTAIN AREA

The research results on climate change in the Turano-Uyuksk basin in Tuva mountain area are given in the article. The received calculations show that safety level on the given indicator corresponds to the average; however the tendency to the critical situation has already been marked. For example, in 1977-2006 the air temperature has grown by 2,4°С that is 1,8 times more, than in the similar period in Russia, and is 3,4 times more, than global warming within last 100 years.

Key words: climate warming, hydrothermic coefficient, solar-terrestrial relationships, climate change safety criterion.

Введение. Изменение климата на планете стало реальностью и общепризнанным фактом, хотя об интенсивности дальнейшего процесса и его направленности имеются противоречивые оценки. В доктрине «Изменение климата и устойчивого развития Российской Федерации» отмечается, что последствия его изменений проявляются на глобальном, региональном, субрегиональном и национальном уровнях. На примере последних двух веков в глобальном потеплении прослеживается неоднородность процесса потепления. В

XX и начале XI вв. выделяются три интервала флуктуаций климата: потепление - 1910-1945 гг., слабое похолодание - 1946-1976 гг. и наиболее интенсивное потепление после 1976 г. [4].

Цель исследований. Выявить особенности, закономерности, динамику и статистические связи между температурой воздуха и основными климатическими показателями на фоне современного изменения климата в условиях горных котловин подтаежной зоны Республики Тыва.

Материалы и методы исследований. Материалы по изменению климата в Улуг-Хемской котловине Тувинской горной области (ТГО) нами изложены в работе [1], по Турано-Уюкской котловине публикуются впервые. В коллективной монографии по Алтае-Саянскому экорегиону [2], куда входит ТГО, вопросы потепления климата носят фрагментарый характер.

Физико-географическая характеристика котловины. Турано-Уюкская котловина расположена в степной и лесостепной зонах Тувинской горной области. Лесостепная зона занимает верхние части пологих западных, северных и восточных склонов на высоте 1200-1400 м над уровнем моря, а южных - 1500-1800 м (рис. 1). Климат резко континентальный. Для зимы характерны морозы (до 39°С), удерживающиеся без оттепелей почти до середины марта, штиль и слабые ветры (0,5-2 м/с). В зимний период котловина находится в зоне обширного и устойчивого азиатского антициклона, центр которого расположен над Монголией. Повторяемость приземных инверсий в течение года достигает более 70 %.

Рис. 1. Орографическая схема Тувинской горной области.

Котловины: 1 - Центрально-Тувинская (1а - Хемчикская, 1б - Улуг-Хемская); 2 - Тоджинская;

3 - Убсу-Нурская; 4 - Турано-Уюкская

Методика обработки статистических данных. Для оценки изменения климата Всемирная метеорологическая организация рекомендует в качестве исходной характеристики использовать тридцатилетний период - 1961-1990 гг. Именно от этих средних значений метеорологических параметров данного периода и принято отсчитывать степень изменения климата. Нами выделены два периода: 1961-1990 и 1977-2006 гг.

1. В качестве критерия оценки изменения климатических параметров использовались коэффициенты линейных трендов, определяемые по методу наименьших квадратов. Они характеризуют среднюю скорость изменений анализируемых характеристик. Мерой существенности тренда является доля дисперсии (в процентах) от полной дисперсии климатической переменной за рассматриваемый интервал времени. Скорректированный коэффициент детерминации (Р2) определяли по формуле:

2

А

* ^Су'~у)

ту _ 1 _ п=\_У у

%(УгУ)

2

А

где уу - доля дисперсии, объясненная трендом регрессии;

т --- 2

^(у.-у) - общая дисперсия.

т= 1 1

2. Для характеристики увлажненности котловины использовался гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова [7]. Разумное научное обоснование и простота его вычисления послужили причинами включения данного показателя в стандартный перечень индексов аридности любого региона планеты [9]:

п

ГТК=1г/(0,1Б),

где ^г - сумма осадков (мм) за рассматриваемый период календарного года (месяц, вегетационный период) со среднесуточными температурами выше 10°С; р - сумма активных температур (выше 10°С) за тот же период календарного года.

3. Оценка статистической значимости тренда определялась по 5%-му уровню значимости (с вероятностью 0,95). Обнаруженные изменения температуры реальны (соответствуют действительности), если их величина превосходит ошибку оценки изменений. Сглаживание аномалий производилось по 11 годам.

Результаты исследований и их обсуждение. Усредненные значения климатических параметров за указанные периоды временного ряда 1961-2006 гг. представлены в табл. 1.

Таблица 1

Динамика климатических параметров в Турано-Уюкской котловине за 1961-1990 гг. и 1977-2006 гг.

Показатель 1961-1990 гг. 1977-2006 гг.

Среднегодовая температура воздуха, °С: -4,1 -3,0

холодный период (1-111, XI-XII мес.) -22,5 -20,8

теплый период (V-IX) 12,8 13,3

переходный период (IV, Х) -0,2 0,8

Дата перехода температуры воздуха через 0°С весной 13.IV 11.IV

Число дней с морозами в 1 полугодии 103 101

Дата перехода температуры воздуха через 0°С осенью 12.Х 15.Х

Число дней с морозами во 2 полугодии 80 77

Число дней с морозами (за год) 183 178

Сумма эффективных температур воздуха (1 > 5°С) 1928 2055

Сумма активных температур воздуха (1 > 10°С) 1615 1751

Индекс континентальности, единица (°С) 77,4 77,1

Сумма атмосферных осадков (мм). Распределение по сезонам: 309,9 311,7

холодный период 62,1 63,4

теплый период 224,1 228,4

переходный период 23,3 27,4

Гидротермический коэффициент по Селянинову 1,15 1,23

Среднегодовая температура поверхности почвы, °С: -2,5 -1,7

холодный период -23,0 -22,4

теплый период 16,8 16,7

переходный период 1,0 1,0

Приведенная информация климатических показателей Улуг-Хемской котловины вписывается в общий процесс глобального изменения климата с некоторыми отклонениями. Однако среднеарифметические величины не являются основанием для оценки потепления климата [5], о чем будет сказано ниже при анализе осадков вегетационного периода. Так, за период 1971-2006 гг. температура воздуха повысилась в сред-

нем на 1,1°С, на основании коэффициента линейного тренда - на 2,4°С, что в 3,4 раза выше глобального потепления ХХ в.

Динамика годовой суммы атмосферных осадков также не согласуется с общей закономерностью потепления климата на Земле. На планете количество осадков увеличилось существенно [3], в Турано-Уюкской котловине - на 0,7 %, что ниже ошибки оценки изменений.

Изменение температуры почвы и воздуха. Положительная динамика изменения температуры поверхности почвы (У котловины в разрезе календарного года проявляется неоднозначно. Графический анализ показал, что температура поверхности снега в отдельные месяцы ниже температуры воздуха. Это указывает на интенсификацию циркуляции атмосферы и усиление циклонической деятельности в зимнее время.

За период 1977-2006 гг. процесс увеличения температуры воздуха р t в) и поверхности почвы р t пп) в течение года протекал неоднозначно. Так, средние темпы повышения D t в холодного периода года почти в два раза выше теплого. Закономерности теплообмена между приземным воздухом и поверхностью почвы хорошо прослеживаются на рис. 2.

2.50 2,00

ей

1.50 & О

С

1 с? 1,00 £ -!С

о>

0,50

со

0,00

-■— t ср пп Ф t ср в -д— D t пп -**— D t в

Рис. 2. Динамика среднегодовой температуры поверхности почвы ^ ср пп), воздуха ^ ср в) (левая ось у) и их изменение (D t пп, D t в) (правая ось у) в течение года за 1977-2006 гг.

Параболическая кривая температуры воздуха синхронно следует за температурой поверхности почвы, описывая ее форму. Тренды имеют две точки пересечения - в апреле и октябре, явившиеся основанием для выделения переходных месяцев в годовом ходе потепления климата. Полиномиальные кривые температур и их приращений двух геосфер имеют зеркальное отображение, что говорит об обратных связях между изучаемыми признаками. На рисунке 2 видно, что эффект потепления климата в первую очередь проявляется в приземном слое атмосферы. Температура поверхности почвы в климатической системе обладает свойством инерционности по отношению к температуре воздуха, что прослеживается на рис. 3.

♦ 1 пп

tв

№)

>2 .0 I >2 <и I 1 1 1 1 ^ пп)

Рис. 3. Аномалии температуры поверхности почвы (I пп) и воздуха (1в), сглаженных по 11-летним циклам

за 1977-2006 гг.

На основании линейных трендов температура воздуха за анализируемый период увеличилась на 2,4°С, поверхности почвы - на 1,8°С.

Динамика усредненных атмосферных осадков, полученная по данным ГМС, и вычисленные нами суммы активных температур и гидротермического коэффициента в течение вегетационного периода за 1961-1990 и 1977-2006 гг. представлены в табл. 2.

Таблица 2

Динамика усредненных атмосферных осадков, суммы активных температур (1 акт) и гидротермического коэффициента (ГТК) в течение вегетационного периода

за 1961-1990 и 1977-2006 гг.

Показатель Период

V VI VII VIII IX

1961-1990 гг.

Осадки, мм 7,2 42,2 68,7 61,4 6 185,6

Сумма t акт, °С 121 459 524 446 65 1615

ГТК, ед. 0,6 0,92 1,31 1,38 0,92 1,15

1977-2006 гг.

Осадки, мм 11,1 47,3 68 60,8 27,8 215,1

Сумма t акт, °С 184 471 546 462 88 1751

ГТК, ед. 0,6 1 1,25 1,32 3,16 1,23

По усредненным данным, увеличение атмосферных осадков за 1977-2006 гг. относительно базового периода составило 16 %. Из рисунка 3 следует, что положительная динамика осадков произошла, главным образом, за счет аномалий 1993-1995 гг. Корреляционный и регрессионный анализ аномалий сумм активных температур и атмосферных осадков за вегетационный период показывает, что за анализируемое 30-летие прослеживается тенденция к уменьшению осадков, что наглядно иллюстрирует рис. 4.

Разнополярная направленность трендов среднегодовой температуры воздуха и гидротермического коэффициента подтверждает потепление климата в ТГО и предопределяет ухудшение условий произрастания сельскохозяйственных культур в Турано-Уюкской котловине (рис. 4).

♦ t ср. год —■— ГТК

Линейный (ГТК)

Рис. 4. Тренды аномалий среднегодовой температуры воздуха (I ср. год) и гидротермического коэффициента (ГТК), сглаженные по 11-летним циклам за 1977-2006 гг.

Введение нового климатического параметра - показателя изменения климата (ПИК). Введение в климатическую систему ПИК при оценке потепления климата объясняется несинхронностью динамики трендов аномалий среднегодовой температуры воздуха и индекса континентальности, сглаженных 11-летним циклом (табл. 5). Индекс континентальности отражает значение доли годовой амплитуды температуры воздуха за счет суши, или величину континентального вклада в годовую амплитуду температуры. Он характеризует степень континентальности климата, главным образом, по температурному режиму: с увеличением значения К континентальность климата возрастает. Индекс континентальности является надежным показателем при климатическом районировании Земли, но не совсем приемлем при оценке изменения климата.

ПИК определяется по одной и той же методике, что и другие климатические характеристики, и вычисляется отношением сумм аномалий температуры воздуха, сглаженных по 11-летним циклам, холодного к теплому периоду:

ПИК _

где - суммы аномалий температуры воздуха холодного и теплого периодов относительно

среднегодовой температуры воздуха 1961-1990 гг.

Рис. 5. Аномалии суммы активных температур (S t акт) и атмосферных осадков за вегетационный период, сглаженных по 11-летним циклам за 1977-2006 гг.

На рисунке 6 хорошо прослеживается согласованность линейных трендов аномалий среднегодовой температуры воздуха и ПИК, подтверждающих процесс потепления. Достоинством данного параметра является его стабильная направленность. Если в климатической системе наблюдается существенное колебание (вариация) t среднегодовой температуры, то направленность линейного вектора ПИК характеризуется стабильностью. Это дает право ставить точку в дискуссии современного изменения климата в пользу потепления.

Закономерности изменения среднегодовой температуры воздуха (t в) и индекса континентальности (К позволили сделать следующие выводы.

1. Динамике обоим климатическим показателям присуща цикличность с неоднородными периодами.

—*— к

■-----1 ср. год

---& ПИК

Линейный ^ ср. год)

Полиномиальный ^ )

Линейный (ПИ К)

■ - - - Полиномиальный ^ ср. год)

Рис. 6. Динамика аномалий среднегодовой температуры воздуха А ср. год), индекса континентальности (К) и показателя изменения климата (ПИК), сглаженных по 11-летним циклам (метеостанция Туран,

1977-2006 гг.)

2. Анализ рис. 5 требует абстрактного мышления, так как нетрадиционный подход в снятии информации с кривых (t ср. год) и К создает элементы психологического барьера. Дело в том, что однозначная направленность трендов носит противоположный смысл для сравниваемых климатических показателей. Общим для них является традиционное восприятие информации с графика: понижение кривой указывает на уменьшение данного признака, а подъем кривой - на возрастание величины. Однако в нашем случае повышение температуры говорит о потеплении, а повышение индекса континентальности - о тенденции к «похолоданию», об увеличении континен-тальности климата. Смысл заключается в том, что К является дублирующим показателем изменения климата: увеличение К говорит о проявлении признаков «похолодания» климата, а уменьшение - о смягчении континен-тальности, о потеплении. На рисунке 6 оценка потепления климата по показателю К характеризуется отрицательными градиентами: чем больше их значения (по абсолютной величине), тем интенсивнее потепление и наоборот. Изложенное абстрагирование позволяет перейти к следующему пункту выводов.

3. Положение экстремумов говорит о том, что пик потепления в Турано-Уюкской котловине уже прошел в 2002 г. Графический материал показывает, что среднегодовая температура воздуха инерционна по отношению к индексу континентальности. Экстремумы анализируемых параметров сдвинуты на 11 лет. Минимум t ср. год лежит в 21-м цикле (1983 г.) (с максимальным числом Вольфа - W), второй (2002 г.) - в 22-м цикле солнечной активности (также с max W).

Аналогичный анализ по выявлению связей между среднемесячными температурами и К был выполнен для всех месяцев календарного года. Графический материал позволяет проследить следующую закономерность. Кривая индекса континентальности представляет собой устойчивую синусоиду (объект), а графики среднемесячных температур - динамическую систему, постепенно сдвигающуюся вправо, приобретая различные трансформированные формы параболоидальных кривых.

Формула коэффициента безопасности изменения климата )■

\ Л тек t уст s

К БИК~ 2^- _

t пред tуст

где Z _ настоящая (текущая) - средние значения температуры воздуха за последние пять лет;

I тек

Z Z -среднеустойчивая (средняя за анализируемый период) и предельная температура возду-

* уст t пред

ха республики (выше среднеустойчивой на 4°С).

Y1 / "£тек tycT ч |

-LVeHK ~ л - '

t ~t

^пред ^уст

I - настоящая (текущая) - средние значения температуры воздуха за последние пять лет;

t тек

II - среднеустойчивая (средняя за анализируемый период) и предельная температура воздуха

tycT 1пред

республики (выше среднеустойчивой на 4°С).

Уровни безопасности по изменению климата представлены в таблице 3.

Таблица 3

Уровни безопасности по изменению климата

Индекс Уровень безопасности

I >0,8 Высокий

II 0,8-0,6 Приемлемый

II 0,6-0,4 Средний

IV 0,4-0,2 Критический

V <0,2 Катастрофический

Полученные расчеты показывают, что уровень безопасности по изменению климата в Турано-Уюкской котловине соответствует среднему, однако наметилась тенденция к критической ситуации (£ = 0,46).

Выводы

1. Среднее повышение температуры воздуха составило 0,08°С/год - 2,4°С за 30 лет. Вклад холодного периода года в потепление климата составляет 72 %.

2. Гидротермический коэффициент уменьшился на 10 %. По классификации [6] ГТК пока соответствует «оптимальной» категории.

3. Выявлены солнечно-земные связи: минимум сглаженных аномалий среднегодовой температуры воздуха лежит в 21 цикле (1983 г.), а максимум - в 22 цикле (2002 г.) солнечной активности, в областях с максимальными числами Вольфа.

4. В уровне безопасности по изменению климата наметилась тенденция от среднего показателя к критической ситуации.

Литература

1. Андрейчик М.Ф., Чульдум А.Ф. Изменение климата в Улуг-Хемской котловине Тувинской горной области // Оптика атмосферы и океана. - 2010. - Т. 23. - 7. - С. 192-196.

2. Алтай-Саянский регион // Региональные изменения климата и угроза для экосистем. - 2001. - Вып. 1. - 125 с.

3. Богданова Э.Г., Ильин Б.М., Гаврилова С.Ю. Современные методы корректировки измеренных осадков и результаты их применения в полярных регионах России и Северной Америке // Метеорология и гидрология. - 2007. - № 4. - С. 21-44.

4. Изменение средней температуры воздуха Северного полушария за 1841-1985 гг. / К.Я. Винников, П.Я. Гоойсман, К.М. Лугина [и др.] // Метеорология и гидрология. - 1987. - № 1. - С. 45-55.

5. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Техническое резюме. - М., 2008. - 89 с.

6. Хомякова Г.В., Зоидзе Е.К. Агроклиматическая оценка почвенных засух на европейской территории Рос-

сийской Федерации (по наземным данным) // Метеорология и гидрология. - 2002. - № 9. - С. 75-86.

7. Чирков Ю.И. Агрометеорология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 296 с.

8. Bertoks P. World Resources 1994-1995. - New York, Oxford: University Press, 1987. - 369 p.

9. Stadler S.J. Aridity indexes. The Encyclopedia of Climatology. Edited by J.E. Oliver, R.W. Fairbridge. Van

Nostrand Reinhold Company. - New York, 1987. - P. 102-106.

УДК 504.054+ 630.11 О.В. Злотникова, В.Н. Анпилогов, Л.А. Герасимова

ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА СОСТОЯНИЕ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЕ ПОСЕЛКА КЕДРОВЫЙ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

В статье рассмотрены вопросы оценки жизненного состояния лесных культур сосны обыкновенной в пригородной зоне поселка Кедровый Красноярского края. В качестве основных параметров выбраны основные морфологические показатели годичного линейного прироста: длина прироста осевого побега, его диаметр, количество и длина хвои. Отмечено изменение приростов осевого побега, количества и длины хвои под воздействием нефтепродуктов.

Ключевые слова: сосна обыкновенная, морфологические показатели, воздействие нефтепродуктов, годичный линейный прирост.

O.V. Zlotnikova, V.N. Anpilogov, L.A. Gerasimova

RESEARCH OF OIL PRODUCT INFLUENCE ON THE COMMON PINE CONDITION IN THE KEDROVYI SETTLEMENT SUBURBAN AREA IN KRASNOYARSK REGION

The issues of estimation of the ordinary pine forest culture vital condition in the Kedrovyi settlement suburbal area in Krasnoyarsk region are considered in the article. Basic morphological indicators of a year linear accretion such as axial shoot accretion length, its diameter, needle quantity and length are chosen as key parameters. Change of axial shoot accretion, needle quantity and length under the oil product influence is emphasized.

Key words: common pine, morphological indicators, oil product influence, year linear accretion.

Введение. Из года в год в мире увеличивается загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами, при этом в основном загрязняется вода и почвенный покров. Сложный химический состав нефти и нефтепродуктов приводит к ряду экологических проблем, связанных с изменением биологических и микробиологических свойств почвы и воды, а также к тому, что растительному и животному миру наносится большой ущерб. В частно-