CC BY
78
УДК 551.583
Обязов Виктор Афанасьевич Viktor Obyazov
Носкова Елена Викторовна Elena Noskova
МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ АГРОКЛИМАТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ЗАБАЙКАЛЬЯ
LONG-TERM CHANGES OF AGROCLIMATIC RESOURCES OF TRANBAIKALIE
Рассмотрены изменения агроклиматических ресурсов Забайкалья во второй половине XX — первом десятилетии XXI вв. Исследование выполнялось на основе метеорологических данных Забайкальского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за период с 1951 по 2010 гг. Многолетние изменения климата происходят в глобальном и в региональном масштабах и приводят к изменению тепла и влаги и их соотношения. Соотношение тепла и влаги определяет агроклиматические ресурсы территории. В последние десятилетия ресурсы тепла в вегетационный период на территории Забайкалья возросли. Суммы активных температур увеличились за 60-летний период в основном на 150...350 С. В изменении увлажненности отсутствуют долговременные тренды. Для нее характерна цикличность. Рост температуры воздуха привел к увеличению продолжительности вегетационного периода на всей территории Забайкалья. В то же время повысился индекс засушливости территории. В большинстве районов исследуемого региона возросла испаряемость. Показатели биологической эффективности климата и биоклиматический потенциал на большей части территории Забайкалья увеличились. Тем не менее, в основной земледельческой зоне они имеют тенденцию к уменьшению. Многолетние изменения агроклиматических показателей характеризуются цикличностью. Она связана, главным образом, с цикличностью атмосферных осадков. В ближайшие годы ожидается повышение увлажненности территории Забайкалья. Наступление очередной фазы повышенной увлажненности
The article deals with the changes of agro-climatic resources of Transbaikalie in the second half of XX — the first decade of the XXI century. The study was performed on the basis of meteorological data of the Transbaikal department of hydrometeorology and environmental monitoring for the period from 1951 to 2010. Long-term climate change is happening in the global and regional scales and leads to the changes of heat and humidity and their relationship. The ratio of heat and moisture determines the agro-climatic resources of the territory. In recent decades, the resources of heat during the growing season in the Transbaikal have increased. The sum of active temperatures has increased over the 60-year period, mainly on 150...350 ° C. In the change of moisture there are no long-term trends. It is characterized by cyclicity. An increase in air temperature has led to an increase in the length of the growing season throughout Transbaikalie. At the same time the index of aridity has increased. Evapora-bility increased in most parts of the region under study. Most parts of Transbaikalie increased biological effectiveness indicators of climate and bioclimatic potential. However, in the main agricultural area, they tend to decrease. Long-term changes of agro-climatic indices are characterized by cyclic recurrence. It is associated mainly with the cycles of precipitation. In the coming years it is expected to increase moisture in Transbaika-lie. The onset of the next phase of increased moisture will reduce dryness. It is projected to rise bioclimatic potential and biological efficiency of climate. This will help to improve the agro-climatic conditions of Trans-baikalie
приведет к уменьшению засушливости. Прогнозируется повышение биоклиматического потенциала и показателя биологической эффективности климата. Это будет способствовать улучшению агроклиматических условий на территории Забайкалья
Ключевые слова: агроклиматические ресурсы, гидротермический коэффициент, индекс засушливости, биологическая эффективность климата, биоклиматический потенциал
Key words: agro-climatic resources. hydrothermal coefficient, dryness index. biological efficiency of climate, bioclimatic potential
Агроклиматические ресурсы территорий определяются соотношением тепла и влаги, которые находятся в зависимости от многолетних изменений климата. В связи с наблюдающимся потеплением как в глобальном масштабе, так и в Забайкалье [3, 4] представляется важным выявить региональные тенденции изменения агроклиматических условий, что является целью данной работы.
Материалы и методы исследования. В работе использованы данные метеорологических наблюдений Забайкальского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за период с 1951 по 2010 гг.
Исследование выполнялось с помощью методов статистического и географического анализа. Тренды во временных рядах выделялись методом наименьших квадратов. Достоверность выявляемых трендов оценивалась с помощью критерия Стью-дента при 5 %-ном уровне значимости. Для оценки пространственно-временной согласованности метеорологических параметров применялся корреляционный анализ. Пространственный анализ исследуемых характеристик и визуализация его результатов выполнялась посредством ГИС.
Результаты исследования и обсуждение. Средняя температура вегетационного периода (май — сентябрь) в Забайкалье с середины XX в. повысилась на 1,4 С. Однако ее рост начался лишь на рубеже 1980 — 1990-х гг., а до этого времени она практически не имела длительных однонаправленных тенденций.
Повышение температуры воздуха обусловило увеличение продолжительности ве-
гетационного периода на всей территории Забайкалья [5]. Наибольшее его увеличение, составившее более 10 дней, произошло преимущественно в южной части региона, относящегося к земледельческой зоне. Вегетационный период увеличился как за счет более раннего перехода температуры воздуха через 5 °С весной, так и более позднего — осенью.
Суммы активных температур ^ > 10 °С), меняющиеся от 1000...1200 °С в северных районах и в Хэнтэй-Даурском нагорье до 2000 °С и более в степных районах юго-западного и юго-восточного Забайкалья, увеличились за 60-летний период в основном на 150...350 °С (рис. 1). Пространственное распределение трендов сумм активных температур в основном совпадает с распределением трендов средней температуры вегетационного периода.
Тенденции многолетних изменений годовых сумм атмосферных осадков неустойчивы: при изменении длины ряда обычно меняется величина тренда и даже знак. На большей части Забайкалья тренды статистически недостоверны при 5 %-ном уровне значимости. Причиной этой неустойчивости является хорошо выраженная цикличность их межгодовых изменений.
При анализе изменений агрометеорологических ресурсов в условиях значительного повышения теплообеспеченности территории большое значение приобретает оценка изменений испаряемости. Ввиду того, что испарение с поверхности почвы определяется не только метеорологическими факторами, но и характеристиками грунтов и растительности, гидрогеологическими условиями и т.д., его расчет для
больших территорий представляется нере-шаемой задачей. Поэтому нами рассмотрено изменение потенциально возможного испарения, или испаряемости [8].
Для расчета испаряемости использовано три метода. Поскольку представляется важным оценить вклад температуры воз-
духа в многолетние тенденции испаряемости, применены уравнение К. Торнтвейта, представленное в работах [1, 10], и уравнение М.И. Будыко, изложенное в работе [9], в которых других переменных, кроме температуры, нет.
Рис. 1. Распределение по территории Забайкалья трендов сумм температур выше 10 С за период с 1951 по 2010 гг.
Расчеты по уравнению К. Торнтвейта показали, что за 60 лет рост испаряемости в среднем по региону составил 6 %, изменяясь в различных районах от 4 до 10 %. Величины трендов испаряемости, определенной по методу М.И. Будыко, составили за тот же период от 6 до 29 %, при среднем значении 16 %.
Однако максимально возможное испарение зависит не только от температуры воздуха, но и от других параметров, в частности от дефицита влажности воздуха. Од-
ной из формул, учитывающих недостаток насыщения, является формула Н.Н. Иванова [7]
Е0 =0,0018(25 + О2 (1 00 - /), (1)
где Е0 — испаряемость, мм;
t — средняя месячная температура воздуха, °С;
f — средняя месячная относительная влажность воздуха, %.
В отличие от результатов, полученных первыми двумя методами, испаряемость,
вычисленная по формуле (1), не только увеличилась, но в некоторых районах даже уменьшилась. Уменьшение испаряемости по расчетным данным произошло преимущественно в северо-восточных районах.
Наибольшие значения положительных трендов, достигающие 20...26 %, приурочены к юго-восточным, центральным и юго-западным районам (рис. 2).
Рис. 2. Распределение по территории Забайкалья трендов испаряемости, рассчитанных по формуле H.H. Иванова, за период с 1951 по 2010 гг., мм
Многолетние изменения засушливости на территории Забайкалья оценивались по одноименному индексу Д.А. Педя [6]
где Лt — аномалии средней месячной температуры воздуха;
АР — аномалии месячных сумм осадков;
СГ^ и Сдр — средние квадратические отклонения аномалий средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков.
Многолетний ход индекса засушливости Д.А. Педя за вегетационный период в основном повторяет ход температуры воздуха и в последние два десятилетия растет [5]. Коэффициент корреляции R между рядами индекса засушливости и температуры воздуха составляет 0,91. Зависимость индекса засушливости от атмосферных осадков существенно меньше ^ = —0,49). Снижение увлажненности и рост температуры воздуха обусловили увеличение засушливости в Забайкалье в первом десятилетии XXI в.
Увеличение индекса засушливости с 1951 по 2010 гг. произошло на всей ис-
следуемой территории (рис. 3). В южных и юго-восточныгх районах, где в этот период отмечается уменьшение атмосферныгх осадков и большее, чем в других районах, увеличение температуры воздуха, наблюдается наибольший его рост.
Во все месяцы вегетационного периода линейные тренды изменения индекса Д.А. Педя имеют положительный знак и, за исключением июня, достоверны при 5 %-ном уровне значимости. Наибольшее увели-
чение засушливости произошло в июле. В отдельные месяцы, так же как в среднем за вегетационный период, индекс засушливости в большей степени зависит от температуры воздуха. Коэффициент корреляции между изменениями индекса и температуры во все месяцы имеет значения не менее 0,85, тогда как между индексом и осадками он изменяется от —0,40 до —0,70 (см. таблицу).
Рис. 3. Распределение по территории Забайкалья величин трендов индекса засушливости в мае - сентябре за период с 1951 по 2010 гг.
Коэффициенты корреляции, характеризующие зависимость месячных значений индексов засушливости от температуры воздуха и атмосферных осадков, осредненных по территории Забайкалья
Месяц Температура Осадки
Май 0,85 -0,40
Июнь 0,89 -0,67
Июль 0,89 -0,65
Август 0,92 -0,70
Сентябрь 0,85 -0,62
Гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК), также являющийся комплексным показателем агроклиматических условий, характеризует степень увлажнения территорий и определяется по формуле [6]
/тк = ^р/ол^С> > (3)
где е P — сумма атмосферных осадков за период, в который сумма температур превышает 10 С;
>я > — сумма средних суточных температур воздуха выше 10 С.
Межгодовые изменения ГТК происходят согласованно с атмосферными осадками (R = 0,90). В последнее десятилетие средний по Забайкалью ГТК снизился в большей степени за счет уменьшения осадков и в меньшей степени — увеличения температуры воздуха.
Если для территориально осредненных величин гидротермического коэффициента характерна тенденция его уменьшения, то в различных районах региона линейные тренды имеют разные знаки. Уменьшение ГТК произошло в южных, юго-восточных и крайних восточных районах, а увеличение — в северных. Однако статистическая достоверность этих изменений в большинстве случаев не подтверждается при 5 %-ном уровне значимости.
Показатель биологической эффективности климата (БЭК), предложенный H.H. Ивановым [2], характеризует возможности биологической продуктивности растений, обусловленные метеорологическими факторами. Зоне экологического оптимума соответствует величина БЭК, равная примерно 22 [7].
БЭК определяется по формуле
БЭК = 0,00 х КУ , (4)
где X о — сумма активных температур, С;
КУ — коэффициент увлажнения, равный
КУ = Р1Е> > (5)
Р — годовая сумма атмосферных осадков, мм;
Е0 — испаряемость, определяемая по формуле (1), мм.
В Забайкалье средняя по территории величина показателя БЭК изменяется от 7 до 18, не достигая экологически оптимальных значений ни на одной части региона. Наибольшие его величины характерны для восгочныгх районов и Хэнтэй-Даурского нагорья. Наименьшие значения БЭК отмечаются в Центральном, Юго-Западном и Юго-Восточном Забайкалье.
В межгодовых изменениях осреднен-ной по территории Забайкалья величины показателя БЭК проявляется периодическое чередование его пониженных и повышенных значений. С середины 1960-х до начала 1980-х гг. в регионе преобладали значения БЭК ниже среднего. Затем они сменились повышенными значениями, которые имели место до конца 1990-х гг. Новая фаза пониженного показателя БЭК приходится на первое десятилетие XXI столетия. Эти изменения хорошо согласуются с режимом атмосферных осадков (R = 0,91).
Положительные тренды БЭК вообще свойственны значительной части исследуемого региона (рис. 4). В большей степени его увеличение произошло в северных районах. В южных районах — основной земледельческой зоне Забайкалья — показатели БЭК, наоборот, уменьшились. Хотя статистически достоверное уменьшение произошло лишь в двух пунктах наблюдений.
Оценить агроклиматические возможности Забайкалья можно с помощью биоклиматического потенциала (БКП) Д.И. Шашко [11]
2 Сю
БКП = Кр(ку) >-, (6)
2-1ак(баз)
где К р^ — коэффициент роста по годовому показателю атмосферного увлажнения;
2 1>1 о — сумма средних суточных значений температуры выше 10 С;
2 * ак (баз) — базисная сумма средних суточных значений температуры за период активной вегетации.
Коэффициент роста рассчитывается по формуле
Кр(ку)=1ё(20Кувл ), (7)
где К — коэффициент годового атмосферного увлажнения.
Коэффициент годового атмосферного увлажнения равен:
(8)
где Р — количество атмосферных осадков;
е d — сумма средних суточныгх значений дефицита влажности воздуха.
При расчетах биоклиматического потенциала для территории Забайкалья в качестве базисной суммы средних суточных температур принято значение 1000 С, которое используется для сравнения с продуктивностью на границе возможного массового полевого земледелия [11].
БКП Забайкалья в целом не высок. Его значения в среднем за многолетний период
не превышают 1,6. Он принимает наибольшие значения в тех районах, где отмечается оптимальное сочетание тепла и влаги. В Забайкалье наиболее близки к оптимальным условия в восточных районах и районах, прилегающих к озеру Байкал. В юго-вос-точныгх и юго-западныгх районах, где ресурсы тепла достаточны, чаще всего наблюдается недостаток влаги, и, наоборот, там, где атмосферных осадков достаточно, ресурсы тепла незначительны. К последним относятся в основном северные районы. В Центральном Забайкалье, где и температура воздуха и атмосферные осадки, как правило, имеют значения ниже средних по региону, отмечаются наименьшие величины БКП.
Рис. 4. Распределение по территории Забайкалья линейных трендов показателя бЭк за период 1961-2010 гг.
Существенная зависимость БКП от атмосферных осадков (R = 0,83) обусловливает аналогичный их межгодовой ход. Связь БКП со средней температурой
теплого периода статистически достоверна, но характеризуется значительно меньшими коэффициентами корреляции (R = 0,43).
На большей части Забайкалья БКП имеет положительные тенденции, за исключением основной земледельческой зоны (рис. 5). В 49 % пунктов наблюдений в многолетних рядах БКП выявлены поло-
Выводы:
— ресурсы тепла в вегетационный период на территории Забайкалья возросли;
— в изменении ресурсов влаги отмечается чередование периодов ее повышенных и пониженные значений;
— рост теплообеспеченности территории способствует, с одной стороны, повышению засушливости, а с другой — увеличению вегетационного периода;
жительные линейные тренды, имеющие статистически достоверную величину. Достоверные отрицательные тренды зафиксированы в рядах всего двух станций (» 4 %).
— показатели биологической эффективности климата и биоклиматический потенциал на большей части территории Забайкалья увеличились, но в то же время в основной земледельческой зоне они имеют тенденцию к уменьшению;
— наступление очередной фазы повышенной увлажненности приведет к повышению БКП и показателя БЭК, что будет способствовать улучшению агроклиматических условий на территории Забайкалья.
Рис. 5. Распределение по территории Забайкалья линейных трендов БКП за период 1961-2010 гг.
Литература_
1. Золотокрылин А.Н., Черенкова Е.А. Динамика зон увлажнения суббореальныгх ландшафтов России в XX-XXI вв. // Известия РАН. Серия географическая. 2011. № 4. С. 33-41.
2. Иванов Н.Н. Показатель биологической эффективности климата // Известия ВГО. 1962. Т. 94. Выш. 1. С. 65-70.
3. Обязов В.А. Изменения климата в междуречье Аргуни и Онона в контексте глобального потепления // Вестник ЧитГУ. 2011. № 7 (74). С. 78-85.
4. Обязов В.А. Многолетние изменения приземной температуры в Забайкалье // Материалы междунар. научн. конф. «Региональный отклик окружающей среды на глобальные изменения в Северо-Восточной и Центральной Азии» Т. 1. Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2012. С. 232-234.
5. Обязов В.А., Носкова Е.В. Изменения агроклиматических ресурсов Забайкалья в условиях глобального потепления / / Труды II Всерос. научн. конф. с междунар. участием «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов». Т. 2. Казань: Изд-во «Отечество», 2013. С. 10-12.
6. Переведенцев Ю.П., Верещагин М.А., Шанталинский К.М. [и др.]. Изменение климатических условий и ресурсов Среднего Поволжья. Казань: Центр инновационныгх технологий, 2011. 296 с.
7. Переведенцев Ю.П., Шарипова Р.Б., Важ-нова Н.А. Агроклиматические ресурсы Ульяновской области и их влияние на урожайность зерновых культур // Вестник Удмуртского университета. 2012. Выш. 2. С. 120-126.
8. Российский гидрометеорологический энциклопедический словарь. СПб.; Москва: Летний сад, 2008. Т. 1: А-И. 336 с.
9. Сиротенко О.Д., Павлова В.Н. Методы оценки влияния изменений климата на продуктивность сельского хозяйства // Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем. М.: Росгидромет, 2012. С. 165-189.
10. Черенкова Е.А. Аномалии увлажнения юга Европейской России по спутниковым и наземным данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 209-214.
11. Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. 320 с.
References
1. Zolotokrylin A.N., Cherenkova E.A. Izvestiya RAN. Seriay geograficheskay (Regional Research of Russia), 2011, no. 4, pp. 33-41.
2. Ivanov N.N. Izvestiya VGO (News of the Russian geographical society), 1962, vol. 94, vyp. 1, pp. 65-70.
3. Obyazov V.A. Vest. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2011, no. 7, pp. 7885.
4. Obyazov V.A. Materialy mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Regionalnyiy otklik okru-zhayuschey sredy na globalnyie izmeneniya v Seve-ro-Vostochnoy i Tsentralnoy Azii» (Proceedings of the International Scientific Conference «Regional Environmental Response to Global Change: North-Eastern and Central Asia»). Vol. 1. Irkutsk, 2012. P. 232-234.
5. Obyazov V.A., Noskova E.V. Trudy Vtoroy vse-rossiyskoy nauchnoy konferentsii s mezhdunarodny-im uchastiem «Okruzhayuschaya sreda i ustoychivoe razvitie regionov» (Proceedings of the Second All-Russian Scientific Conference with international participation «Environment and sustainable development of the regions»). Vol. 2. Kazan, 2013. P. 10-12.
6. Perevedentsev Yu.P., Vereshchagin M.A., Shantalinskiy K.M. [et al. ]. Izmenenie klimaticheskih usloviy i resursov Srednego Povolzhya [Changing of climatic conditions and resources of the Middle Volga]. Kazan, 2011. 296 p.
7. Perevedentsev Yu.P., Sharipova R.B., Vazh-nova N.A. Vestnik Udmurtskogo universiteta (Bulletin of the Udmurtiya State University), 2012, no. 2, pp. 120-126.
8. Rossiyskiy gidrometeorologicheskiy entsik-lopedicheskiy slovar [Russian Hydrometeorological Encyclopedic Dictionary]. St.-Petersburg, Moscow, 2008. Vol. 1. 336 p.
9. Sirotenko O.D., Pavlova V.N. Metodyi otsenki vliyaniya izmeneniy klimata na produktivnost selsko-go hozyaystva. (Methods for assessing climate change impacts on physical and biological systems). Moscow, 2012. P. 165-189.
10. Cherenkova E.A. Sovremennye problemy distansionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. (Current problems in remote sensing of the earth from space), 2011, vol. 8, no 1, pp. 209-214.
11. Entsiklopediya klimaticheskih resursov Rossiyskoy Federatsii [Encyclopedia of climatic resources of the Russian Federation]. St.-Petersburg, 2005.320 p.
Коротко об авторах _
Обязов В.А., д-р геогр. наук, доцент, зам. директора, Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения РАН, профессор кафедры «Водное хозяйство и инженерная экология», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия obviaf@m ail. ru
Научные интересы: изменения климата, гидрологический режим водных объектов
Носкова Е. В., инженер лаборатории региональной климатологии, аспирант, Институт природныгх ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения РАН, ассистент кафедры «Водное хозяйство и инженерная экология», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: изменения климата
_Briefly about the authors
V. Obyazov, doctor of geographical sciences, associate professor, deputy director, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of Syberian Branch RAS, professor, Water Management and Engineering Ecology department, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: climate changes, hydrological regime of water objects
E. Noskova, engineer, laboratory of Regional Climatology, postgraduate, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of Syberian Branch RAS, assistant, Water Management and Engineering Ecology department, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: climate changes
