CC BY
55
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
УДК 551.583 DOI 10.23683/0321-3005-2019-4-84-90
ИЗМЕНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЗАСУШЛИВОЙ СТЕПИ*
О.В. Назаренко1
1Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
VARIABILITY OF SOME METEOROLOGICAL PARAMETERS
IN THE ARID STEPPE
O.V. Nazarenko1
1Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
Назаренко Олеся Владимировна - кандидат географических наук, доцент, кафедра физической географии, экологии и охраны природы, Институт наук о Земле, Южный федеральный университет, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: ovnazarenko@sfedu.ru
Olesya V. Nazarenko - Candidate of Geography, Associate Professor, Department of Physical Geography, Ecology and Environment Protection, Institute of Earth Sciences, Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: ovnazarenko@sfedu.ru
Представлены результаты исследований тенденций изменчивости климата. Проведено изучение региональных проявлений изменения климата в условиях засушливой степи на примере метеостанции Гигант. Это важный сельскохозяйственный район, природа которого претерпела серьезные изменения.
Динамика изучалась на основе использования многолетней метеорологической информации за период с 1939 по 2016 г. Установлена устойчивая тенденция к потеплению при незначительном похолодании. Анализ изменения осадков не демонстрирует значимых изменений в режиме. Анализ отечественной литературы показывает, что общие тенденции изменения климата характерны и для данной метеостанции. Средняя температура воздуха повысилась на 1,2 °С. Анализ изменения осадков не показывает изменений в их режиме, за исключением значительного уменьшения количества осадков за 2004 - 2015 гг. Минимальное количество осадков составило 314,1 мм (2007), максимальное -699,7 мм (2016). Нарастающая аридизация климата вызывает обеспокоенность не только в связи с ростом засух и пожаров, но и с изменением урожайности зерновых.
Ключевые слова: изменение климата, засушливая степь, аридизация, Ростовская область.
The results of studies of climate variability trends are presented. The study of regional manifestations of climate change in arid steppe on the example of the station Giant is given. This area is ofparticular interest agricultural area, and the nature of it has undergone major changes.
The dynamics was studied on the example of long-term meteorological information for the period 1939 to 2016. A steady trend towards warming was established. Analysis of precipitation changes does not show significant changes in the regime. The analysis of literature shows that the general trends of climate changes are typical for this weather station. The increase in average air temperature was 1.2 °C. The analysis of precipitation changes does not show changes in their regime. Exception is a significant decrease in precipitation for the period 2004-2015. The minimum rainfall was 314.1 mm (2007), maximum was 699.7 mm (2016). The increasing aridization of the climate causes concern not only due to the increase in droughts and fires, but also changes in grain yields. The world community is seriously concerned about the increasing number of natural disasters, enormous damage from droughts andfires, which are a consequence of the changes in the environment. This fact shows a clear trend of increased aridity of the territory, since the air temperature observed increase is not accompanied by a corresponding increase in precipitation.
Keywords: climate change, arid steppe, aridization, Rostov Region.
* Работа выполнена при поддержке гранта № ВнГр - 5.5795.2017/8.9.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2019. No. 4
Введение
Климатические изменения и их воздействие на окружающую среду являются актуальной проблемой настоящего времени, вызывая гидрологические изменения и смену экосистем. В результате формируются экосистемы, представляющие меньшую ценность в хозяйственном отношении, низкопродуктивные [1]. Поэтому анализ климатических изменений является важной и актуальной задачей. Глобальные изменения климата на юге европейской части проявились в потеплении зимнего периода и увеличении суммы осадков за холодный сезон [2-6]. Общие закономерности изменения метеорологических параметров связаны с равнинным характером местности, высоким приходом солнечной радиации и недостаточной влагообеспеченностью
[3, 4].
Материалы и методы
Засушливая степь рассматривается на примере поселка Гигант Ростовской области. Он расположен на юге Ростовской области, основан в 1928 г. как первый в СССР зерновой совхоз, самый крупный в стране.
Анализ изменений метеорологических характеристик выполнен на основе работ [7, 8]. Были использованы суточные и средние месячные данные наблюдений за температурой воздуха и осадками, высотой снежного покрова, запасами воды в снеге по метеостанции Гигант за период с 1966 по 2018 г. из архива ВНИИГМИ-МЦД [7, 8]. Анализируется период с 1966 по 2017 г.
Результаты исследований
Анализ динамики температуры воздуха показывает, что наблюдаются значительное нарастание и увеличение амплитуды годовых значений
(рис. 1). Сравнение периодов 1939-1960 и 19662017 гг. показывает увеличение среднегодовой температуры на 1,2 °С (табл. 1).
Фиксируется устойчивый тренд повышения температуры воздуха [9-11]. Отмечается также уменьшение амплитуды колебания среднегодовой температуры воздуха. Исключения составили 2003 и 2011 гг., когда среднегодовая температура воздуха была ниже среднемноголетних значений [9]. Анализ позволил выявить аномальные по температуре года. Самым холодным был 1987 г. (7,89 °С), а самым теплым - 2007 г. (12,27 °С).
Годовой ход температуры воздуха четко выражен (рис. 2). Минимальные средние месячные температуры отмечаются зимой (в январе) и достигают -3,6 °С. К маю температура постепенно увеличивается. Наибольшая температура отмечается в июле-августе и составляет 23,3-24 °С. Далее идет постепенное снижение температуры.
Средние температуры января варьировали значительно - от -14,2 (1972) до 3,5 °С (2007). Период с 1971 по 1980 г. является самым холодным в данной выборке. Увеличение средней температуры января носит устойчивый характер и с 1939 по 2017 г. составило 2,6 °С (рис. 2). Средняя температура июля изменялась от 20,9 (1982, 1992) до 27,7 °С (2001). С 1971 г. наблюдается устойчивый рост средней температуры июля с 23,2 до 25,3 °С. Далее происходит постепенное снижение температуры. С 2007 по 2017 г. фиксировались температуры июля, значительно превышающие многолетние данные.
Атмосферные осадки являются основным источником питания рек, создают ресурсы поверхностного стока и почвенной влаги. Роль осадков возрастает во время зимних оттепелей, которые зависят от неустойчивости температуры зимой.
Неравномерность выпадения осадков в течение года характеризует период наблюдений 19662017 гг. (рис. 3).
Таблица 1
Среднемесячная температура воздуха и количество осадков по м/ст Гигант [9] / Average monthly air temperature and precipitation, MS Gigant
Срок наблюдении Температура, °С Осадки, мм
Год Январь Июль Год XI-III IV-X
1939-1960 9,0 -5,5 23,5 450 153 297
1966-2017 10,2 -3,6 24,0 517,4 194,8 322,6
1966-1970 10,1 -4,2 24,1 454,6 229,4 225,2
1971-1980 9,6 -6,6 23,2 518,5 175,5 342,9
1981-1990 9,7 -2,6 23,2 527,7 197,2 330,5
1991-2000 10,0 -2,9 23,8 548,4 188,4 360,1
2001-2010 11,1 -2,7 25,0 528,8 206,7 322,1
2011-2017 11,1 -2,9 25,3 485,3 186,0 299,3
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2019. No. 4
12,50 12,00 11,50 11,00 10,50 10,00 9,50 9,00 8,50 8,00
7,50
12,27
R2 = 0,2301
7,89
■Г V
30 25 20 15 10
-5
-10
Рис. 1. Изменение температуры за период 1966-2016, м/ст Гигант / Fig.1. Dynamics of average annual air temperature 1966-2016, MS Gigant
1987 2007 среднее
12
Рис. 2. Изменение температуры воздуха в течение года, м/ст Гигант (средние, 1987, 2007) / Fig. 2. Dynamics of air temperature, MS Gigant (average, 1987, 2007)
700
^DOOOfN^-^DOOOfN^-^DOOOfN^-^DOO
год
(N(N(N(N(N(N(N(N(N
Рис. 3. Распределение сумм осадков по м/ст Гигант (1966-2017 гг.) / Fig. 3. Distribution of precipitation, MS Gigant (1966-2017)
5
0
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2019. No. 4
Отмечается сложный характер колебания осадков, что характерно для большинства метеостанций на территории России начиная с 1960-х гг. Минимальное количество осадков было зафиксировано в 2007 г. и составило 314,1 мм, максимальное - 699,7 мм (2016 г.). Среднегодовая сумма осадков увеличивалась до 1997 г., после чего в 1998 г. отмечается падение на 242 мм. В последующие годы количество атмосферной влаги нарастало.
Для территории области характерен континентальный тип годового хода осадков с максимумом в летний период. Преобладают осадки, выпадающие в теплый период (ГУ-Х). На территории м/ст Гигант за теплый период выпадает 322,6 мм, в холодный период - 194,8. На теплое время (апрель - октябрь) приходится 61,7 % выпадающих осадков, на холодное - 38,3. Однако отмечается неравномерность по годам. Например, период 1966-1979 гг. характеризуется практически равным распределением осадков в течение года, на лето приходится 49,5 % выпадающих осадков. В остальные исследуемые периоды основная масса осадков выпадает в летний период, и ее доля изменяется от 60,9 (2001-2010) до 66 % (1991-2000). Увлажнение теплого и холодного полугодий в 1939-1960 и 1966-2017 гг. различается всего на 4 %. Минимальная сумма
осадков в п. Гигант приходится на январь - март (рис. 4). Наибольшее среднее количество осадков отмечается в мае - июле, после чего следует спад. За период наблюдений с 1966 по 2017 г. самым сухим годом был 2007 г. (314,1 мм), а самым влажным - 2016 г. (699,7 мм).
Атмосферные осадки выпадают в твердом, жидком и смешанном виде. Преобладают жидкие осадки, они составляют за год 76-90 %. Отмечаются жидкие осадки весь год, включая зимние месяцы. Твердые осадки играют меньшую роль, их доля равна 7-18 %.
Снежный покров формируется при отрицательных температурах, обусловлен циклонической деятельностью и возникает в зоне фронтов. Преобладает снежный покров толщиной 110 см, редко - более 16 см и очень редко - более 30 см.
Самая низкая среднегодовая температура зафиксирована в 1987 г., этот год характеризуется наибольшей продолжительностью залегания снега (табл. 2). Средняя высота снежного покрова в этот год составила 14,52 см, он пролежал с января по апрель, последние случаи снега были зафиксированы в начале апреля. Самый большая высота снежного покрова зафиксирована в феврале (25,2 см), январе (18,9 см), марте (18,7 см), в декабре высота снежного покрова составила 6,1 см.
140,0
120,0
100,0
■ среднее
■ 2007 2016
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
12
/ /
V
10 11
Рис. 4. ГодовоИ ход осадков, мм, на м/ст Гигант / Fig. 4. Annual change of precipitation, mm, MS Gigant
3
4
5
6
7
8
9
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
Таблица 2
Характеристика снегопадов по максимальному приросту снега / Characteristics of snowfalls on the maximum growth of snow
Год Высота снежного покрова, см Средняя высота, см Число дней со снегом
1-5 6-10 11-15 16-20 21-25 26-30 >30
1987 12 11 16 34 19 20 4 14,52 116
2007 20 7 0 0 0 0 0 3,1 27
2016 23 22 12 1 2 1 0 8,2 61
За 2007 г. было зафиксировано 27 дней со снежным покровом, средняя высота составила 3,1 см. Снегопады отмечались в январе (1,8 см, 5 дней), феврале (1,7 см, 10 дней) и декабре (4,9 см, 12 дней).
За 2016 г. зафиксирован 61 день со снежным покровом, из них по 25 дней - в январе и декабре, по 5 - в феврале и ноябре, 1 - в марте. Средняя высота снежного покрова составила 8,2 см.
Запасы воды в снеге оказывают влияние на величину половодья на реках. Запасы воды в снеге изменялись значительно за период наблюдений. В начале зимы отмечаются минимальные запасы воды в снеге, они составляют около 30 мм. К марту запасы влаги в почве увеличиваются и достигают в среднем 90 мм. За период с 1966 по
1200
2018 г. отмечались резкие колебания запаса воды в снеге. Максимальные значения (1138 мм) приурочены к самому холодному году (1987), в этот год отмечается самый продолжительный период залегания снега, отрицательные температуры фиксировались и в первой декаде апреля. С 1999 г. наблюдается уменьшение запасов влаги в снежном покрове, только в 15 % случаев отмечается превышение среднего содержания воды (рис. 5).
Климат является динамически изменяющейся системой. Анализ участившихся неблагоприятных явлений погоды показывает, что он совпадает с периодом небольшого количества осадков, что требует дополнительных дальнейших исследований.
1000
800
600
400
200
l-h гП
ш
Рис. 5. Запасы воды в снежном покрове / Fig. 5. Water reserves in the snow cover
0
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
Заключение
Таким образом, динамика климатических изменений в условиях засушливой степи изучалась на основе метеорологической информации по метеостанции Гигант (1939-1960, 19662017 гг.). Анализ отечественной литературы показывает, что общие тенденции изменения климата сохраняются для данной метеостанции. Территория является важным сельскохозяйственным районом, природа которого претерпела серьезные изменения. Установлена устойчивая тенденция к потеплению. Средняя температуря воздуха увеличилась на 1,2 °С. Анализ изменения осадков не показывает изменений в их режиме, за исключением значительного уменьшения количества осадков за период 2004-2015 гг. Минимальное количество осадков составило 314,1 мм (2007), максимальное -699,7 мм (2016). Нарастающая аридизация климата вызывает обеспокоенность не только в связи с ростом засух и пожаров, но и с изменением урожайности зерновых.
Литература
1. Кузьмина Ж.В. Анализ многолетних метеорологических трендов на юге России и Украины (от лесостепи до пустынь) // Аридные экосистемы. 2007. Т. 13, № 32. С. 47-60.
2. Дмитриева В.А., Маскайкина С.В. Изменчивость водного режима в верховье Донского бассейна в современный климатический период // Вестн. ВГУ. География. Геоэкология. 2013. № 1. С. 17-21.
3. Лурье П.М., Панов В.Д. Влияние изменений климата на гидрологический режим р. Дон в начале XXI столетия // Метеорология и гидрология. 1999. № 4. С. 90-97.
4. Панов В.Д., Лурье П.М., Ларионов Ю.А. Климат Ростовской области: вчера, сегодня, завтра. Ростов н/Д.: Донской издат. дом, 2006. 487 с.
5. Сухова М.Г., Журавлева О.В. Динамика изменения температуры воздуха и осадков в Чуйской котловине // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2017. № 1. С. 124-129.
6. Черенкова Е.А. Анализ особенностей обширных атмосферных засух на юге Европейской России // Аридные экосистемы. 2012. Т. 18, № 4 (53). С. 13-21.
7. Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Коршунова Н.Н., Швец Н.В. Описание массива данных месячных сумм осадков на станциях России. URL: http://meteo.ru/data
/158-йМ-ргеСр^йоп#описание -массива-данных (дата обращения: 10.09.2019).
8. Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Трофименко Л.Т., Швец Н.В. Описание массива данных среднемесячной температуры воздуха на станциях России. URL: http ://meteo. ru/data/ 156^етрегаШге#описание-массива-данных (дата обращения: 01.05.2019).
9. Назаренко О.В. Динамика изменения температуры воздуха и осадков в бассейне реки Средний Егор-лык // Глобальные климатические изменения: региональные эффекты, модели, прогнозы. Воронеж: Цифровая полиграфия, 2019. Т. 1. С. 235-239.
10. Назаренко О.В. К вопросу о влиянии климатических факторов на грунтовые воды Доно-Донецкого бассейна во второй половине ХХ столетия // Водные ресурсы. 2006. Т. 33, № 4. С. 504-510.
11. Назаренко О.В. Оценка региональных изменений метеорологических показателей и их влияния на уровень грунтовых вод (на примере г. Ростова-на-Дону) // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. 7 с.
References
1. Kuz'mina Zh.V. Analiz mnogoletnikh meteoro-logicheskikh trendov na yuge Rossii i Ukrainy (ot lesostepi do pustyn') [Analysis of long-term meteorological trends in the South of Russia and Ukraine (from forest-steppe to deserts)]. Aridnye ekosistemy. 2007, vol. 13, No. 32, pp. 4760.
2. Dmitrieva V.A., Maskaikina S.V. Izmenchivost' vodnogo rezhima v verkhov'e Donskogo basseina v sov-remennyi klimaticheskii period [Variability of the water regime in the Upper Don basin in the modern climatic period]. Vestn. VGU. Geografiya. Geoekologiya. 2013, No. 1, pp. 17-21.
3. Lur'e P.M., Panov V.D. Vliyanie izmenenii klimata na gidrologicheskii rezhim r. Don v nachale XXI stoletiya [The influence of climate change on the hydrological regime of the Don river at the beginning of the 21st century]. Meteorologiya i gidrologiya. 1999, No. 4, pp. 90-97.
4. Panov V.D., Lur'e P.M., Larionov Yu.A. Klimat Rostovskoi oblasti: vchera, segodnya, zavtra [Climate of the Rostov region: yesterday, today, tomorrow]. Rostov-on-Don: Donskoi izdat. dom, 2006, 487 p.
5. Sukhova M.G., Zhuravleva O.V. Dinamika iz-meneniya temperatury vozdukha i osadkov v Chuiskoi kotlovine [Dynamics of changes in air temperature and precipitation in the Chui basin]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki. 2017, No. 1, pp. 124-129.
6. Cherenkova E.A. Analiz osobennostei obshirnykh atmosfernykh zasukh na yuge Evropeiskoi Rossii [Analysis of the features of extensive atmospheric droughts in the South of European Russia]. Aridnye ekosistemy. 2012, vol. 18, No. 4 (53), pp. 13-21.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
7. Bulygina O.N., Razuvaev V.N., Korshunova N.N., Shvets N.V. Opisanie massiva dannykh mesyachnykh summ osadkov na stantsiyakh Rossii [Description of the data array of monthly precipitation amounts at Russian stations]. Available at: http://meteo.ru/data/158-total-precipi-tation#opisanie-massiva-dannykh (accessed 10.09.2019).
8. Bulygina O.N., Razuvaev V.N., Trofimenko L.T., Shvets N.V. Opisanie massiva dannykh srednemesyachnoi temperatury vozdukha na stantsiyakh Rossii [Description of the data array of the average monthly air temperature at the stations of Russia]. Available at: http://meteo.ru/data/ 156-temperature#opisanie-massiva-dannykh (accessed 01.05.2019).
9. Nazarenko O.V. [Dynamics of changes in air temperature and precipitation in the Middle Egorlyk river basin]. Global'nye klimaticheskie izmeneniya: regional'nye
effekty, modeli, prognozy [Global climate changes: regional effects, models, forecasts]. Voronezh: Tsifrovaya poligrafiya, 2019, vol. 1, pp. 235-239.
10. Nazarenko O.V. K voprosu o vliyanii klimatich-eskikh faktorov na gruntovye vody Dono-Donetskogo bas-seina vo vtoroi polovine KhKh stoletiya [On the influence of climatic factors on the groundwater of the Don-Donets basin in the second half of the 20th century]. Vodnye resursy. 2006, vol. 33, No. 4, pp. 504-510.
11. Nazarenko O.V. Otsenka regional'nykh izmenenii meteorologicheskikh pokazatelei i ikh vliyaniya na uroven' gruntovykh vod (na primere g. Rostova-na-Donu) [Assessment of regional changes in meteorological indicators and their impact on the groundwater level (on the example of Rostov-on-Don)]. Sovremennye problemy nauki i obra-zovaniya. 2013, No. 5, p. 7.
Поступила в редакцию /Received 15 августа 2019 г. /August 15, 2019
