Межгодовая изменчивость гидротермических условий в Республике Калмыкия Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

DOI: 10.24411/2071-7830-2019-10008 ШУМОВА Н.А.

МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В РЕСПУБЛИКЕ КАЛМЫКИЯ1

Аннотация: В основе работы лежат построение и анализ разностных интегральных кривых температуры воздуха, атмосферных осадков, коэффициента увлажнения и гидротермического коэффициента за период с 1966 по 2017 год на основе данных метеорологической станции Яшкуль. Выявлены периоды с повышенными (по сравнению со средним) и пониженными значениями исследуемых величин.

Ключевые слова: температура воздуха, атмосферные осадки, коэффициент увлажнения, гидротермический коэффициент, Республика Калмыкия

Ведущими факторами природной среды, определяющими состояние и развитие наземных экосистем, является соотношение ресурсов тепла и влаги (гидротермические условия). Оценка гидротермических условий и их возможных изменений в применении к анализу состояния и развития наземных экосистем является чрезвычайно важной задачей. Для оценки гидротермических условий территории обычно используются условные показатели увлажнения, которые представляют собой отношение ресурсов влаги (осадки) к потребности во влаге, рассчитанной через испаряемость, или фактору, её заменяющему [1, 2, 3, 4 и др.]. Среди условных показателей увлажнения наибольшее распространение получили индекс Г.Н.Высоцкого (известный в настоящее время как коэффициент увлажнения) и гидротермический коэффициент увлажнения Г.Т.Селянинова.

В настоящей работе в основе оценки гидротермических условий в Республике Калмыкия лежит построение и анализ разностных интегральных кривых коэффициента увлажнения, гидротермического коэффициента, а также температуры воздуха и атмосферных осадков. Данный подход позволяет выявить группы лет с повышенными (по сравнению со средним) и пониженными значениями исследуемых величин, то есть выделить однородные периоды. Исходными данными для оценки гидротермических условий послужили временные ряды температуры воздуха и осадков метеорологической станции Яшкуль за последний полувековой период, а именно за 1966-2017 годы [5, 6]. Метеорологическая станция Яшкуль расположена на полупустынной аккумулятивно-морской преимущественно глинистой равнине Прикаспийской низменности; высота станции составляет -7 м БС, географические координаты 46011' с.ш. и 45О21' в.д. Климат в районе метеорологической станции Яшкуль резко континентальный.

Температура воздуха. На рис. 1 представлена нормированная разностная интегральная кривая средней годовой температуры воздуха на метеорологической станции Яшкуль. Из рисунка видно, что холодный период, когда средняя годовая температура воздуха была ниже нормы, продолжался до 1994 года, после чего наступил период потепления, продолжающийся до 2017 года.

Нормированная разностная интегральная кривая сумм среднесуточных положительных температур воздуха за год (рис. 2) практически повторяет ход среднесуточной годовой температуры воздуха (рис. 1), а именно период с пониженными значениями сумм среднесуточных положительных температур воздуха за год также отмечается до 1994 года, и повышенными после 1994 года.

1 Работа выполнена по проекту «Воды суши и динамика экосистем: механизмы взаимодействия, эволюция», подраздел 6.3.2 ИВП РАН «Закономерности эволюции природных комплексов в субаридной и аридной зонах в постмелиоративный период» подпрограммы фундаментальных исследований «Фундаментальные проблемы геолого-геофизического изучения литосферных процессов» Программы ФНИ №8 «Минеральные ресурсы для высокотехнологичной промышленности и энергетики» Президиума РАН. (№ 0147-2018-006) № госрегистрации АААА-А18-118022290072-8 и по теме НИР фундаментальных исследований ИВП РАН за 2018-2019 гг. "Моделирование и прогнозирование процессов восстановления качества вод и экосистем при различных сценариях изменений климата и антропогенной деятельности" (№ 0147-2018-0002), №2 государственной регистрации АААА-А18-118022090104-8, раздел темы 2.6 «Эволюция наземных экосистем в изменяющихся природных условиях».

2020

Средняягодовая темп ер и ту р я в о чд ух а

Рис. 1. Нормированная разностная интегральная кривая средней годовой температуры воздуха

(к = Тср.год / Тср.год, где Тср.г0д и Т^^ - средняя годовая температура воздуха и ее средняя

многолетняя величина).

0,2

2020

Сумма ср ед н есут оч пых 0,8 -| положительныхтемператур воздуха?ягод

1.0

Рис. 2. Нормированная разностная интегральная кривая сумм среднесуточных положительных температур воздуха за год (к = ^Т 0с

ЪТ>0ос , где ЕГ0ос и ЕТ>0ос - сумма среднесуточных положительных температур воздуха за год и ее средняя многолетняя величина).

В период вегетации (период с температурами воздуха выше 100 С ) также выделяются две группы лет: до 1994 года с пониженными значениями сумм среднесуточных температур воздуха и после 1994 года - с повышенными значениями (рис.3).

Рис. 3. Нормированная разностная интегральная кривая сумм среднесуточных температур воздуха за период вегетации (к = ЕТ>10<0с

'ЕТ>10оС , где 2Г10ос и 2Т>10ос - сумма среднесуточных температур воздуха за период вегетации и ее средняя многолетняя величина).

Сходимость конфигурации разностных интегральных кривых температуры воздуха, представленных на рисунках 1-3, позволяет сделать вывод, что для исследуемых величин временные интервалы лет повышенных и пониженных значений практически полностью совпадают.

Атмосферные осадки. В межгодовом распределении сумм осадков за год на метеорологической станции Яшкуль (рис. 4) можно выделить период пониженной увлажненности, наблюдающийся до 1986 года, повышенной увлажненности после 1986 года до 2013 года, пониженной увлажненности после 2013 года.

Рис. 4. Нормированная разностная интегральная кривая сумм осадков за год (к = Ргод / Ргод, где Ргод и Ргод - сумма осадков за год и ее средняя многолетняя величина).

За период вегетации суммы осадков ниже средних наблюдаются до 1987 года, после 1987 года до 2013 года значения сумм осадков становятся выше средних, и уменьшаются после 2013 года (рис. 5). Подобную конфигурацию имеет кривая на рис. 4 (годовые суммы осадков).

Рис. 5. Нормированная разностная интегральная кривая сумм осадков за вегетационный период (к = Р ,по„ /Р ,по„ , где Р 10ос и Р о - сумма осадков за вегетационный период и ее средняя

>1и С >1и С >10 с >1и с

многолетняя величина).

Коэффициент увлажнения представляет собой отношение годовой суммы осадков к испаряемости за тот же период [3]

КУ = Р/Ег

(1)

где КУ - коэффициент увлажнения, Р - осадки, ЕО - испаряемость.

Величина испаряемости, входящая в соотношение (1), представляет собой условную величину, характеризующую максимально возможное испарение в данной местности при существующих атмосферных условиях [7]. Величину испаряемости можно определять как расчетными методами с использованием метеорологических данных, так и с помощью водных испарителей, используя эмпирические коэффициенты для приведения полученных значений к величинам испаряемости.

Существует большое число расчетных методов определения испаряемости, подробное описание и анализ наиболее известных из которых приводятся в [8]. В настоящей работе для расчета испаряемости используется соотношение [9]

Ео =а(2 ) (2)

где ^Т о с - сумма средних суточных положительных температур воздуха, а = 0.28. Соотношение (2) удобно использовать для оценки испаряемости, когда информационное обеспечение сводится к данным 30

о температуре воздуха, что обычно бывает при использовании баз метеорологических данных или данных климатических моделей.

На рис. 6 показана разностная интегральная кривая коэффициента увлажнения с точкой перелома в 1986 году, когда период низких значений коэффициента увлажнения меняется на значения, превышающие средние. Другая точка перелома приходится на 2013 год, когда значения коэффициента увлажнения опускаются ниже средних. Аналогичный ход кривой с точками перелома в 1986 и 2013 годах характерен для годовых сумм осадков (рис. 4) и сумм осадков за вегетационный период, что свидетельствует о ведущей роли естественного увлажнения в формировании гидротермических условий территории.

Рис. 6. Разностная интегральная кривая коэффициента увлажнения (д = КУ — КУ, где КУ и КУ - коэффициент увлажнения и его средняя многолетняя величина)

В отличие от коэффициента увлажнения, для оценки которого используются годовые суммы осадков и испаряемости, Г.Т.Селянинов рассматривает период со средними суточными температурами воздуха выше 10 ОС (период с активными температурами воздуха - период вегетации). Гидротермический коэффициент Г.Т.Селянинова определяется по соотношению [2]

10^>10ос

ТУТ (3)

¿—I >10ос

ГТК =

где: ГТК - гидротермический коэффициент, P>10

ос - сумма осадков в миллиметрах за период со

среднесуточными температурами воздуха выше 10 ОС; 'LT о с - сумма средних суточных температур

воздуха в градусах за то же время.

Разностные интегральные кривые гидротермического коэффициента, представленные на рис. 7, имеют конфигурацию, сходную с кривыми коэффициента увлажнения (рис. 6).

Рис. 7. Разностные интегральные кривые гидротермического коэффициента (д = ГТК — ГТК , где ГТК и ГТК - гидротермический коэффициент и его средняя многолетняя величина).

Выполненные исследования показали, что в межгодовом распределении среднегодовой температуры воздуха за период 1966-2017 годы выделяются два временных интервала: период пониженных значений температур, который продолжался с 1966 по 1994 год, и период повышенных значений, наблюдавшихся

после 1994 года. В межгодовом распределении годовых сумм осадков пониженные значения наблюдались в период до 1986 года, после 1986 года по 2013 год осадки превышали средние многолетние значения. После 2013 года наметилась тенденция периода пониженных осадков. Межгодовое распределение коэффициента увлажнения и гидротермического коэффициента полностью соответствует межгодовому распределению осадков: до 1986 года наблюдается период низких значений исследуемых величин, затем до 2013 года отмечаются значения выше средних, после 2013 года наступил период пониженного увлажнения. Это позволяет сделать вывод о том, что ведущим фактором формирования гидротермических условий исследуемой территории за период 1966-2017 годы являются атмосферные осадки.

1.Thomthwaite, C. W. An Approach Toward a Rational Classification of Climate // Geograph.Rev. 1948. Vol. 38 (1). P. 55-94.

2. Селянинов, Г. Т. Принципы агроклиматического районирования СССР // Вопросы агроклиматического районирования СССР. М.: МСХ СССР, 1958. С. 7-14.

3. Высоцкий, Г.Н. Избранные труды. М.: Сельхозгиз, 1960. 435 с.

4. Morton, F. I. Estimating evoparation and transpiration from climatological observations // J. Appl. Meteorol. 1975. 14. P. 488-497.

5. Описание массива данных среднемесячной температуры воздуха на станциях России [Электронный ресурс]: свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014621485 / О. Н. Булыгина, В. Н. Разуваев, Л. Т. Трофименко, Н. В. Швец. URL: http://meteo.ru/data/156-temperature#описание-массива-данных (дата обращения 04.09.2019).

6. Описание массива данных месячных сумм осадков на станциях России [Электронный ресурс]: свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015620394 / О. Н. Булыгина, В. Н. Разуваев, Н. Н. Коршунова, Н. В. Швец. URL: http://meteo.ru/data/158-total-precipitation#описание-массива-данных (дата обращения 04.09.2019)

7. Хромов, С. П. Метеорологический словарь / С. П. Хромов, Л. И. Мамонтова. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 568 с.

8.Черенкова, Е.А. Испаряемость в количественных показателях климата / Е. А. Черенкова, Н. А. Шумова // Аридные экосистемы. 2007. Том 13. № 33-34. С. 57-69.

9.Шумова, Н.А. Закономерности формирования водопотребления и водообеспеченности агроценозов в условиях юга Русской равнины. М.: Наука, 2010. 239 с.

DOI: 10.24411/2071-7830-2019-10009 УЛАНОВА С.С.

ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ КАЛМЫКИИ НА ОСНОВЕ МНОГОЛЕТНИХ ДАННЫХ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО

МОНИТОРИНГА

Аннотация: В статье рассмотрены основные последствия создания и использования водохранилищ Калмыкии по результатам их геоэкологической оценки, полученные в ходе долговременных мониторинговых исследований.

Ключевые слова: водоемы, Калмыкия, мониторинг, минерализация, ПДК, геоэкологическая оценка.

Среди субъектов Российской Федерации Республика Калмыкия (РК) обладает наименьшими суммарными водными ресурсами (объем годового стока рек равен 1,83 км3/год). Водные ресурсы РК составляют 314 объектов, из них 256 - искусственно созданные водоемы (135 водохранилищ и 121 пруд), остальные - не имеющие антропогенного вмешательства - природные (15 озер и 43 малые реки). Практически все водоемы имеют небольшие размеры, мелководны, с замедленным водообменном, имеют повышенную минерализацию. Большинство прудов и водохранилищ создавались в 50-70 гг. прошлого века для целей питьевого водоснабжения населения, животноводства, ирригации. В настоящее время основное водопотребление республики осуществляется за счет привлеченного стока с сопредельных территорий и составляет в среднем, 700-750 млн. м3 , водопотребление из собственных