CC BY
72
УДК 553.584.2 + 553.584.3 Вестник СПбГУ. Сер.7,2005, вып. 2
Е. Н. Романова, А. П. Вершинин, А. А. Семенов
МЕЗОКЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОТОПОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА (на примере Новгородской области)
Одной из наиболее существенных задач агроклиматологии является агроклиматическое районирование, опираясь на результаты которого научно обосновываются различные модели ведения сельского хозяйства. Агроклиматическое районирование учитывает соответствие условий произрастания различных сельскохозяйственных культур особенностям климата. При этом районирование может быть как общим (для всего комплекса культур), так и частным (для конкретных культур). Начиная с П. И. Броунова данными вопросами занимались: Г. Т. Селянинов, П. И. Колосков, И. А. Гольцберг, С. А. Сапожникова, Д. И. Шашко и др. Районированием конкретных культур занимались Г. Т. Селянинов, Ф. Ф. Давитая, А. Н. Бабушкин, А. И. Руденко, Л. Н. Кельчевская, Ю. И. Чирков, В. Н. Степанова и др. Обычно при агроклиматическом районировании дается зональная изменчивость агроклиматических ресурсов, однако для практических целей требуется более подробная информация чезо- и микроклиматического уровней.
При рассмотрении мезоклиматического районирования важно предварительно осущест-зить подробный и точный анализ рельефа изучаемой местности и, соответственно, типа гаимата, связанного с ним, так как от этого всегда будет зависеть итоговый результат качества агроклиматической информации. В выпусках по агроклиматическим ресурсам различных областей выделены агроклиматические районы в пределах разных областей, однако гфинципы районирования аналогичны зональному, в то время как для административной области требуется более детальное районирование мезоклиматического уровня, которое позволит в пределах области принимать дифференцированно хозяйственные решения.
Мезоклиматическое районирование областных агроклиматических ресурсов осуществилось в лаборатории микроклимата и ранее [1-3], но оно опиралось на изучение частных природных особенностей конкретной области и требовало специальных знаний. После опубликования А. Н. Ласточкиным работ по геотопологическому анализу [4, 5] появилась возможность разработки мезоклиматического районирования областей, основанных на объективном несколько формализованном методе. Основные особенности этого метода излагаются в настоящей статье.
Принципиальными отличиями метода мезоклиматического районирования, разработан-аого под руководством Е. Н. Романовой, являются обязательное увязывание мезоклимати-ческих районов с типологическим ландшафтом, порождающим климат данного района, а -акже определение репрезентативности метеостанций, несущих информацию о климате, типичном для конкретного типологического ландшафта [6, 7].
На формирование климата оказывают влияние неоднородности подстилающей поверхности, обусловливающиеся геоморфологическими условиями. К числу наиболее сильных геоморфологических климатообразующих факторов относятся рельеф и водные объекты. Различают девять основных типов макрорельефа, сформированных в условиях особенностей геоморфологии подстилающей поверхности. Каждый из них образует, в свою очередь, свой тип мезоклимата.
В основу дифференциации типов макрорельефа положен принцип различия их морфо-четрических характеристик по абсолютной высоте и относительным превышениям [6]. Ос-
© Е. Н. Романова, А. П. Вершинин, А. А. Семенов, 2005
новные характеристики типов макрорельефа - абсолютная высота Я и ее изменение АН -приведены в табл. 1.
Таблица 1. Типы макрорельефа и их морфометрические характеристики (м) [6]
Тип макрорельефа Я АН Тип макрорельефа Я АН
Низменная равнина < 150 <30 Низкогорья 150-500 10-50
Равнина 50-200 <50 Плоскогорья, нагорья >500 До 300
Холмистый рельеф 500 10-200 Среднегорье, горы >150 200-1500
Предгорья 200-1000 до 200 Межгорные депрессии >200 >500
Морское прибрежье 0-1000 200-1000
В Новгородской обл. выявлены следующие геотопологические типы рельефа, формирующие различные мезоклиматы (рисунок): 7- низменные равнины (Я < 50 м); 2 - равнины (Я = 50-100 м); 3 - прибрежные территории (Я < 25 м); 4 - холмистый рельеф (Я > 100 м); 5 - болота и заболоченные территории.
Для определения четких границ значений агроклиматических показателей в пределах каждого мезоклиматического района необходим выбор репрезентативных метеорологических станций внутри каждого района. Для этих целей была применена кодовая типизация [8]. Как уже упоминалось ранее, при зональном агроклиматическом районировании используются метеостанции, репрезентативные «в широком смысле слова» [3, 9].
При этом следует понимать, что территория не может в данном случае рассматриваться как однородная фоновая местность, в связи с чем репрезентативность метеостанций учитывается и в более узком смысле, т. е. для каждого геотопологического типа.
Оценив репрезентативность метеостанций для каждого геотопологического типа, необходимо осуществить следующий шаг мезоклиматического районирования - выделить внутри каждого геотопологического типа типы мезоклиматов и соответствующие мезорайоны Новгородской обл. В табл. 2, в соответствии с геотопологическим районированием, после анализа климатических данных репрезентативных метеостанций внутри каждого геотопологического района приведены соответствующие каждому мезорайону значения агроклиматических показателей.
Перечислим эти мезорайоны внутри каждого из геотопологических типов рельефа: Вол-хово-Ильменская низина: 1) северная и центральная части, 2) юго-западная часть, 3) При-ильменский район; 4) Мстинская впадина; Валдайская возвышенность ниже 200 м: 5) восточная часть, 6) центральная часть, 7) южная часть; Валдайская возвышенность выше 200 м: 8) северная часть, 9) центральная часть. Кроме того, выделены болота, непригодные для сельского хозяйства.
К первому мезоклиматическому району относятся северная и центральная части Волхово-Ильменской низины, имеющие небольшие тепловые ресурсы и достаточно большое увлажнение. Выявлена значительная степень заболоченности почвы на севере области. Безморозный период составляет 115 дней. Суммы температур воздуха выше 10 °С равны 1700-1800 °С, преобладающая влажность почвы W - 80% от ПВ. Скорости ветра в вегетационный период небольшие - от 3 до 3,5 м/с. Поздние заморозки в отдельные годы наблюдаются в середине июня, осенние - обычно во второй декаде сентября, при раннем похолодании - в конце августа.
Второй мезорайон - равнинные участки юго-запада Волхово-Ильменской низины - имеет лучшие температурные условия. Среднемесячная температура воздуха в июле 17,7 °С, в январе -8,3 °С (на 1,5-2,0 °С выше, чем на остальной территории Новгородской обл.), средний из абсолютных минимумов температуры воздуха (-30 °С) также на 3-5 °С выше, чем в других районах, кроме Приильменского, что существенно сказывается на условиях перезимовки растений. Длительность безморозного периода и суммы температур выше 10 °С (1950-2000 °С) -одни из самых значительных во всей Новгородской обл. Суммы температур почвы более 10 °С составляют 1800-1900 °С для средних почв и 2000-2100 °С - для легких.
Для третьего мезоклиматического района условия тепло- и влагообеспеченности в целом совпадают с аналогичными данными второго мезорайона, однако следует отметить, что именно здесь выявлен самый значительный безморозный период на всей территории Новгородской обл. - около 150 дней.
Климат Мстинской впадины (четвертый мезорайон), имеющей достаточную протяженность с севера на юг, но практически со вссх сторон закрытой отрогами Валдайской возвышенности, весьма благоприятен для ведения сельского хозяйства. Основные климатические показатели имеют достаточно высокие значения: суммы температур воздуха больше 10 °С составляют 1850-1950 °С, механический состав почв - легкие и средние. Несколько суровее, чем в третьем мезорайоне, зимние условия - средний из абсолютных минимумов достигает -33 "С, а среднемесячная температура воздуха в январе составляет -9,5 °С.
Северо-восточные районы (пятый и восьмой) отличаются низкой обеспеченностью теплом и высокой влажностью. Восьмой (самый холодный) занимает север Валдайской возвышенности с высотами более 200 м. Суммы температур выше 10 °С составляют здесь лишь 1450-1550 °С; безморозный период - не более 110 дней: значение ФАР не превышает 850 МДж/м2. Влажность почвы наибольшая - 95-100% от ПВ; средний из абсолютных минимумов температуры воздуха в зимний период достигает -34 °С, -40 °С отмечается 1 раз в 7 лет; абсолютный минимум доходит до -54 °С. Раз в 10 лет отмечаются поздние весенние заморозки (в середине июня), что крайне неблагоприятно для сельского хозяйства. Суммы температур почвы выше 10 °С не превышают 2000 °С для песчаных и 1800 °С для среднесуглинистых почв.
Пятый район по ресурсам тепла и влаги более благоприятен, чем восьмой Территория этого района значительно заболочена, занята большими лесными массивами, но освоенные земли, как правило, имеют более благоприятный климатический режим для ведения сельского хозяйства, чем восьмой. Необходимо отметить, что пятый мезо климатический район оказывается в более выгодном положении по сравнению с восьмым из-за того, что расположен южнее последнего. Средний из абсолютных минимумов температур для самого холодного месяца даже на 1 °С ниже, чем для восьмого мезорайона, однако средний из абсолютных максимумов самого теплого месяца, оказывается на 1 °С выше. Незначителен уровень ФАР - 950-1000 МДж/м2, что является лимитирующим фактором для развития сельскохозяйственных культур. Влажность почвы близка к наименьшей влагоемкости и состав-мет 65-75% от ПВ, т. е. находится в области оптимального увлажнения почвы.
Южное расположение седьмого района (Валдайская возвышенность ниже 200 м) обеспечивает условия наибольшего благоприятствования по всем климатическим характеристикам. Здесь наблюдаются одни из самых больших в области значения сумм температур воздуха выше 10 °С (1900-2000 °С), что обусловливает и наилучшие условия развития растений по сравнению с другими мезорайонами области. Увлажненность почвы несколько выше. чем на равнинных территориях, за счет увеличения стока с возвышенных участков, и составляет 65-75% от ПВ. Этот район по характеристикам тепло- и влагообеспеченности сопоставим со вторым: показатели теплообес-печенности и продолжительность безморозного периода почти такие же, а влажность почвы несколько выше.
Климатические характеристики девятого мезорайона во многом схожи с данными шестого, но следует отметить, что влажность почвы здесь больше и достигает 80% от ПВ. Кроме того, из-за больших абсолютных высот, чем в шестом мезорайоне, скорость ветра за вегетационный период оказывается несколько выше - 4,0-4,5 м/с. Сумма температур выше 10 °С одинакова и составляет 1750-1850 °С.
К наиболее благоприятным для ведения сельского хозяйства мезорайонам Новгородской обл. относятся районы: второй - юго-западные территории Волхово-Ильменской низины, третий - Приильменский, четвертый - Мстинская впадина, седьмой - Валдайская возвышенность менее 200 м в южной ее части. Именно в этих районах потребности большинства имеющихся в области сельскохозяйственных культур удовлетворяются полностью. Здесь наблюдается наибольший безморозный период (130-150 дней). Благоприятен и температурный режим почвы. Суммы температур почвы выше 10 °С для легких почв меняются в пределах 2000-2300 °С, для почв среднего механического состава - 1800-2100 °С.
Информация, полученная на мезоклиматическом уровне, не учитывает микроклиматические вариации, в то время как они существенны для принятия итогового решения о размещении тех или иных сельскохозяйственных культур. Микроклиматические показатели могут превышать значения этих же показателей для разных мезорайонов, т. е. в пределах одного мезорайона микроклиматические вариации могут быть больше мезоклиматических межрайонных [7]. Поэтому важной задачей является установление вариаций микроклиматической изменчивости. Можно отметить некоторые основные особенности поведения микроклиматов:
1) для равнин и низин микроклиматическая изменчивость связана с варьированием механического состава почв, наличием отдельных небольших возвышений или понижений рельефа и заболоченностью;
Геотопологические районы Новгородской обл. Объяснение в тексте.
Таблица 2. Агроклиматические показатели Новгородской обл.
Районы Т 1 ср пит °с т 1 ср шах» °с т * среднемесэ °с 1ФАР, МДж/м2 I Т> 10°С, °С Г б/т дни IV, % от ПВ 27>ю°с для разных типов почв, °С
У-1Х У-1Х I VII легкие средние тяжелые
Волхово-Ильменская
низина
север и центр -33 30 . -9,0 17,0 900 1750 115 80 1950-2050 1740-1840 1520-1620
юг и запад -30 31 -8,3 17,7 1100 2000 135 65 2100-2200 1840-1940 1580-1680
Приильменье -30 30 -8,5 17,7 1100 2000 150 65- 2000-2100 1800-1900 1600-1700
Мстинская впадина -33 31 -9,5 17,4 1040 1900 125 70 2000-2100 1800-1900 1600-1700
Валдайская возвы-
шенность
северо-восток -35 30 -10,2 16,8 975 1700 115 70 1900-2000 1700-1800 1600-1700
средняя часть -31 30 -9,4 ч. 16,8 1000 1800 130 70 2000-2100 1800-1900 1600-1700
юг -33 30 -8,5 17,2 1060 1950 135 70 2200-2300 1900-2000 1700-1800
север -34 29 -10,2 16,0 850 1500 110 95 1900-2000 1700-1800 1700-1800
центр -33 29 -9,6 16,8 1000 1800 130 80 2000-2100 1900-2000 1700-1800
Болота
Непригодны для сельского хозяйства
Примечания. ФАР - фотосинтетически активная радиация, т-время безморозного периода(б/п), ПВ-полная влагоемкость почвы.
2) для территории с холмистым рельефом микроклимат характеризуется значительно большим разнообразием;
3) микроклимат прибрежных территорий определяется суточными и сезонными изменениями направления и скорости ветра и тепловым или охлаждающим влиянием водоема на окружающую территорию в зависимости от сезона.
Для разных типов микроклиматических местоположений каждого из мезорайонов Новгородской обл. были определены величины микроклиматической изменчивости основных климатических показателей с учетом всех корректировок (табл. 3).
Таблица 3. Микроклиматическая изменчивость по местоположениям
1ФАР I т г Ж Заморозко-
Тип местоположения за б/п, за б/п, за б/п, за б/п, опасность,
МДж/м2 °С дни % баллы
Равнины 0 0 0 0 ->
Вершины +50 +100 +15 -40 1
Верхние части склонов
южных + 100 +100 + 10 -20 2
северных +10 + 100 + 10 0 2
западных +50 +100 + 10 -25 2
восточных +50 +100 + 10 -10 2
Средние части склонов
южных +30 0 0 -15 3
северных -40 0 0 0 п О
западных 0 0 0 -10 3
восточных 0 0 0 -5 л ^
Нижние части склонов
южных -60 -150 +15 0 4
северных -100 -150 + 15 +6 5
западных -75 -150 + 15 0 4
восточных -75 -150 + 15 +6 5
Подножия -125 -200 -20 + 15 5
Впадины, котловины -130 -300 -25 +20 5
Побережье водоемов +75 + 150 +15 +20 2
Сырые низины с минеральной
почвой -135 -300 -25 +20 5
Низины с торфяной почвой -100 -150 -15 +20 5
Луга на осушенных болотах -135 -275 -30 +15 5
Осушенные, окультуренные
почвы -35 -100 -10 + 10 4
В качестве примера приведены результаты для шестого мезорайона (табл. 4).
Следует также отметить, что если рассмотреть, например, самый теплый мезорайон с самым теплообеспеченным микроклиматическим местоположением и сравнить его с самым холодным мезорайоном с наиболее холодным микроклиматическим местоположением, то расхождение между ними по данным теплообеспеченности превысит 70%. По влагообеспе-ченности местоположение с наименьшей влажностью почвы характеризуется лишь 29% отПВ, в то время как с наибольшей влажностью почвы соответствует 100% от ПВ. Даже в одном и том же мезорайоне различие между самым теплообеспеченным и самым холодным местоположением часто выше 40%, а по влажности почвы оно более 300%. Также весьма существенным оказывается и изменение по микроклиматическим местоположениям показателей заморозкоопасности: на вершинах она оказывается минимальной, а в котловинах и впадинах - максимальной. Поэтому особенно понятным становится фактор внимательного
Таблица 4. Микроклиматические характеристики шестого мезорайона - Валдайская возвышенность, ниже 200 м - по местоположениям
1ФАР IТ г W Заморозко-
Тип местоположения за б/п, за б/п, за б/п, за б/п, опасность.
МДж/мг °С дни % баллы
Равнины 1000 1800 130 •12 3
Вершины 1050 1950 145 32 1
Верхние части склонов
южных 1100 1900 140 52 2
северных 1010 1900 140 72 2
западных 1050 1900 140 47 2
восточных 1050 1900 140 62 2
Средние части склонов
южных 1030 1800 130 . 57 3
северных 960 1800 130 72 j
западных 1000 1800 130 62 3
восточных 1000 1800 130 67 J
Нижние части склонов
южных 940 1650 115 72 4
северных 900 1650 115 78 5
западных 925 1650 115 72 4
восточных 925 1650 115 78 5
Подножия 875 1600 110 87 5
Впадины, котловины 870 1500 105 92 5
Побережье водоемов 1075 ■ 1950 145 92 2
Сырые низины с минеральной поч-
вой 865 1500 105 92 5
Низины с торфяной почвой 900 1650 115 92 5
Луга на осушенных болотах 865 1525 100 87 5
Осушенные, окультуренные почвы 965 1700 120 82 4
размещения сельскохозяйственных культур на базе детального исследования климатического режима.
Summary
Romanova Е. N., Vershinin А. P., Semenov A. A. Mesoclimatic divisions into districts of the administrative Regions with the application of a geotopologic analysis according to the example on Novgorod region.
The article considers general principles of mesoclimatic divisions into districts according to the methods, worked out lately with the use of a geotopologic analysis. The concrete application of a geotopologic analysis carried out in Novgorod region, within the limits of which five geotopologic types of relief determined. The application of a methods mesoclimatic divisions into districts in Novgorod region is presented.
Литература
1. Романова E. H. Микроклиматическая изменчивость основных элементов' климата. Л., 1977. 2. Романова Е. Н., Мосолова Г. И., Береснева И. А, Микроклиматология и ее значение для сельского хозяйства. Л., 1983. 3. Романова Е. Н. Учет мезо- и микроклимата при оптимизации размещения сельскохозяйственных культур в пределах АПК. Л., 1989. 4. Ласточкин А. Н. Ландшафтно-геоэкологические исследования на геотопологической основе // Основы геоэкологии / Под ред. А. Н. Ласточкина. СПб., 1994. 5. Ласточкин А. Н. Системно-морфологическое основание наук о Земле (геотопология, структурная география и общая теория геосистем). СПб., 2002. 6. Романова Е. И., Гобарова Е. О., Жильцова Е. Л. Методы использования систематизированной климатической и микроклиматической информации при развитии и совершенствовании градостроительных концепций. СПб., 2000. 7. Романова Е. Н., Гобарова Е. О., Жильцова Е. Л. Методы мезо- и микроклиматического районирования для целей оптими-зацииразмещения сельскохозяйственных культур с применением технологии автоматизированного расчета. СПб., 2003 . 8. Методические указания по применению кода характеристик местоположения метеорологических станций// Под ред. Л. В. Ковель. Л., 1982. 9. Руководство по изучению микроклимата для целей сельскохозяйственного производства / Под ред. 3. Н. Пильникозой. Л., 1979.
Статья поступила в редакцию 25 октября 2004 г.
