CC BY
31
УДК 504.064
КОМПЛЕКСНЫЙ МОНИТОРИНГ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА И СТРУКТУРЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Виктория Петровна Днепровская
Институт химии нефти СО РАН, 634055, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, младший научный сотрудник лаборатории «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-22-27, e-mail: vpi@ipc.tsc.ru
Ирина Германовна Ященко
Институт химии нефти СО РАН, 634055, Россия, г. Томск, пр. Академический, геолого-минералогических наук, зав. лабораторией «Научно-исследовательский онный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru
Татьяна Олеговна Перемитина
Институт химии нефти СО РАН, 634055, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-22-27, е-mail: pto@ipc.tsc.ru
Изучены взаимосвязи показателей климатического состояния и пространственной структуры растительного покрова территории Западной Сибири. Пространственная структура растительного покрова территории определена на основе дешифрирования космических снимков среднего разрешения. Анализ климатического состояния территории проведен с использованием метеоданных, полученных на 99 метеостанциях в период 1955-1992 гг. на территории Западной Сибири. Показано, что с повышением среднегодовой температуры уменьшаются площади темнохвойных лесов и увеличиваются площади мелколиственных лесов и болот.
Ключевые слова: климатические данные, Западная Сибирь, космические снимки, геоинформационные системы.
THE COMPLEX MONITORING OF CHANGES CLIMATE AND VEGETATIVE COVER STRUCTURE OF TERRITORY IN WESTERN SIBERIA
Viktoriya P. Dneprovskaya
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634055, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, junior research associate, tel. (3822)49-18-11, e-mail: vpi@ipc.tsc.ru
Irina G. Yashchenko
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634055, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, Ph. D. in Geologyand Mineralogy, Head of the Laboratory, tel. (3822)-49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru
Tatiana O. Peremitina
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634055, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, Ph. D. in Technical Science, research associate, tel. (3822)49-18-11, e-mail: pto@ipc.tsc.ru
, 4, кандидат информаци-
Interrelations of parameters of a climatic state and spatial structure of a vegetative cover of West-Siberian territory are studied. The spatial structure of a vegetative cover of territory is determined on the basis of analysis of middle resolution space pictures. The analysis of a climatic state of the territory is carried out using data received on 99 meteorological stations during 1955-1992 in territory of Western Siberia. It is shown, that increase of mid-annual temperature is accompanied by decrease of dark-coniferous forests areas and by growth of areas of small-leaved forests and bogs.
Key words: climate data, Western Siberia, satellite images, geoinformation systems.
Одной из важных задач современных исследований Северной Евразии является проведение комплексного мониторинга территорий. В данной работе проводятся исследования по выявлению особенностей пространственной структуры растительного покрова в зависимости от климатических изменений. В решении этой задачи возникает необходимость учитывать пространственные свойства объектов исследований. Включение пространственных свойств в анализ хотя и усложняет процедуры анализа, но позволяет использовать дополнительную информацию, которая может быть актуализирована в рамках геин-формационного подхода к анализу многомерных данных [1, 2]. Реализация этого подхода требует использования геоинформационных систем (ГИС), позволяющих манипулировать и управлять пространственными данными, хранящимися в виде тематических слоев, географически определенных относительно цифровой карты-основы.
Для исследования климатических изменений территории Западной Сибири были использованы метеорологические данные за период 1955-1992 гг., полученные на 99 метеостанциях исследуемой территории: временные ряды среднегодовых значений температуры воздуха и количества атмосферных осадков, а также максимальные годовые величины показателей снежного покрова (его высота, плотность и запасы воды). Анализ изменений климатического состояния территории Западной Сибири проводился раздельно для центральной части (в границах ХМАО) и южной части территории Западной Сибири (в границах Томской, Новосибирской и Омской областей), с использованием временных рядов среднегодовых значений температуры воздуха, количества атмосферных осадков и запаса воды в снежном покрове (ЗВСП) в период 1955-1992 гг..
Для южной части территории получили, что среднегодовая температура воздуха во втором периоде (1975-1992 гг.) по сравнению с первым периодом (1955-1970 гг.) увеличилась на 0,9 °С. Количество среднегодовых атмосферных осадков во втором периоде в среднем увеличилось на 0,7 мм по сравнению с первым периодом, т.е. приблизительно на 2 %. А изменение величины запаса воды в снежном покрове для южной территории Западной Сибири во втором периоде составляет 12,8 мм., т.е. увеличение по сравнению с первым периодом около 12,4 %. Следовательно, с повышением температуры значительно возрастает величина водозапаса в снежном покрове, хотя уровень атмосферных осадков увеличивается незначительно. В центральной части территории во втором периоде среднегодовая температура воздуха увеличилась на 0,8 °С; уровень среднегодовых атмосферных осадков увеличился незначительно (приблизительно 1,2 %).
Для определения характеристик пространственной структуры растительного покрова территории использовались многозональные снимки со спутника «Ресурс-О1-3» (сканер МСУ-СК). Для определения состава и преобладающей растительности, наличия открытых водных поверхностей были взяты летние снимки. Хвойные и лиственные леса отчетливо выделяются на космоснимке благодаря различиям спектральной яркости. Разделение светлохвойных (сосновых) и темнохвойных лесов проводилось путем классификационного анализа снимка с привлечением «учителей», полученных на основе лесотаксационных планов. Обработка космических снимков проводилась средствами программного обеспечения системы Erdas Imagine, ГИС ArcView 3.х [3].
Исследования структуры лесорастительного покрова проведены с использованием космических снимков юго-восточной (Томская область) и центральной (Ханты-Мансийский автономный округ) частей Западной Сибири. В процессе анализа результатов обработки космического снимка были определены 4 типа ландшафтных выделов, характерных для таёжной зоны территории Западной Сибири: темнохвойные (ель, кедр), мелколиственные (береза, осина) и сосновые леса и болота. Данные о пространственной структуре различных ландшафтных провинций на территории центральной и юго-восточной частей Запад-
ной Сибири получены в виде относительных площадей ландшафтных выделов.
Для иллюстрации на рисунке приведена зависимость относительной площади темнохвойных лесов (у) от температуры воздуха (х). На графике (рисунок) показана линия тренда, описываемая уравнением у = ax + b, где a и b - коэффициенты линейного уравнения.
7D
Ф ео
41
^Vy* + * j. ^Т*-»-. 30
+ ^^ + ф 20
t -in ♦
+ n
45 -35 -25 -15 -05 05 15
Т, ЧС
-тем нохеоины е
Рис. График зависимости относительного содержания темнохвойных лесов от температуры воздуха
Как видно из рисунка, повышение среднегодовой температуры на территории Западной Сибири сопровождается снижением доли темнохвойных лесов в структуре земного покрова.
Для изучения взаимосвязи климатических характеристик и структуры ле-сорастительного покрова были построены графики зависимости относительных площадей ландшафтных выделов разных типов от рассматриваемых климатических показателей [4]. Получили, что по мере повышения среднегодовой температуры воздуха, т.е. по мере смены ландшафтных зон от севера к югу структура лесоболотных территорий существенно изменяется. Площади темнохвойных и сосновых лесов сокращаются (от ~ 35 % - 40 % на севере территории, до ~ 10 % - 15 % на юге территории), преобладающими становятся ав-томорфные березовые леса. Площадь болот в среднем увеличивается, что отражает общую тенденцию увеличения заболачивания территорий к югу таёжной зоны Западной Сибири. С увеличением ЗВСП (т.е. в направлении с юга к северу) площади темнохвойных и сосновых лесов увеличиваются (от ~ 5 % - 12 % на юге территории, до ~ 35 % - 40 % на севере территории). Площадь мелколиственных лесов и болот уменьшается. С увеличением среднегодовой суммы атмосферных осадков отмечается повышение площадей сосновых и темно-хвойных лесов, заболоченных территорий; площади мелколиственных лесов уменьшаются.
Таким образом, в результате проведённого комплексного мониторинга изменений показателей климатического состояния и пространственной структуры растительного покрова на обширной территории Западной Сибири установлена взаимосвязь этих показателей. В частности, показано, что повышение среднегодовой температуры воздуха сопровождается сокращением относительной площади темнохвойных лесов и ростом площади мелколиственных лесов и болот. С ростом среднего значения водозапаса в снежном покрове, наоборот, увеличивается относительная площадь темнохвойных лесов и сокращаются площади мелколиственных лесов и болот. Полученные результаты могут быть использованы при прогнозе изменений геоботанической структуры растительности Западной Сибири в условиях ожидаемого глобального потепления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Полищук Ю.М., Перемитина Т.О. Геоинформационный подход к анализу многомерных данных о пространственно-распределенных объектах // Геоинформатика. - 2003. - № 1. -C. 18 - 21.
2. Полищук Ю.М., Иродова В.П., Перемитина Т.О. Геоинформационный анализ климатических особенностей юго-востока Западной Сибири на основе метода главных компонент // География и природные ресурсы. - 2003. - № 4.- С. 139 - 143.
3. Булгакова И.В., Полищук Ю.М. Исследование пространственной структуры лесоболотных комплексов нефтедобывающих регионов с использованием космоснимков среднего разрешения // Матер. 2-й Междун. научно-практич. конф. «Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов» (Нижневартовск, 20 - 22 октября 2003 г.) -Нижневартовск: Изд-е НГПИ, 2003. - С. 48 - 50.
4. Dneprovskaya V.P. Interrelation of spatial changes of climatic characteristics and vegetative cover structure in Western Siberia based on space images // V.P. Dneprovskaya, Y.M. Polishchuk // BioClimLand. - 2013. - №. 2. - C. 35-41.
© В. П. Днепровская, И. Г. Ященко, Т. О. Перемитина, 2016
