CC BY
16
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2013, том 19, № 2 (55), с. 15-20
-СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ —————=
УДК 551.577.38
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ АТМОСФЕРНЫХ ЗАСУХ НА ТЕРРИТОРИИ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ В ВЕГЕТАЦИОННЫЙ ПЕРИОД
© 2013 г. Л.М. Акимов
Воронежский государственный университет Россия, 394020 г. Воронеж, ул. Хользунова, д. 40. E-mail: akl63@bk.ru, geoecolog@mail.ru
Поступила 14.03.2012
По данным многолетних наблюдений за температурой воздуха и осадками исследуются пространственно-временные закономерности распределения условий увлажнения на территории Воронежской области в вегетационный период.
Ключевые слова: засуха, увлажнение, повторяемость, вероятность, вегетационный период, гидротермический коэффициент.
Степные районы нашей страны, к которым относится территория Воронежской области - зона высокоплодородных черноземных почв. Профессор В.В. Докучаев (1953) указывал, что системы ведения хозяйства и севообороты, изобретенные французами, немцами и англичанами, неприемлемы для нашей черноземной области, известной своей сухостью.
Засуха - опасное природное явление, которое в экстремальных проявлениях приводит к гибели людей и к значительному материальному ущербу. Ввиду сложной природы засухи обычно ограничиваются изучением одной из ее сторон, проявляющейся или в атмосфере, или в почве.
В ряду чрезвычайных ситуаций по количеству погибшего населения засухи занимают третье место в мире после землетрясений и циклонов (Григорьев, Кондратьев, 2000).
Наиболее грандиозной катастрофой всего дореволюционного степного земледелия нашей страны явилась засуха 1891 года. В период этой засухи голодали и вымирали тысячи и миллионы людей, падал от бескормицы скот.
На основе глубокого анализа состояния степного земледелия известный русский агроном А.А. Измаильский в своей классической работе «Как высохла наша степь», также появившейся после засухи 1891 года, сделал вывод о том, что главной причиной прогрессивного иссушения степей является неправильное ведение степного земледелия (Измаильский, 1937). В степных районах нашей страны получали все большее распространение смывы и выдувание верхнего слоя почв. Эти процессы приняли чрезвычайно сильное развитие. В 1928 году так называемые «черные бури» охватили всю Украину на площади не менее 40 млн. га и разрушили пахотный горизонт местами на 5-10-12, а в отдельных случаях даже на 20-25 см.
С 50-х годов ХХ века, не достигнув и четверти своего потенциала, в мире перестала расти урожайность зерновых. Ежегодно 60000 га земли на планете превращается в необратимую пустыню (Дьяконов и др., 1995).
Засухи наблюдаются не на всей территории стран СНГ одновременно, а захватывают какой-либо крупный регион. Так, летом 1972 г. на ETC была одна из самых жестоких засух за последние 100 лет, а в Северном Казахстане и на юге Западной Сибири сложились благоприятные погодные условия, в результате чего был собран рекордный урожай зерновых культур.
Подобная асинхронность в условиях увлажнения и теплообеспеченности в разных регионах отмечается довольно часто. Речь идет о проявлении универсального географического закона квантитативной компенсации в функциях биосферы А. Л. Чижевского (1976), основанного на том, что в географической оболочке постоянно происходит процесс суммирования положительных и отрицательных возмущений во времени и пространстве. Отклонения обусловлены колебаниями солнечной активности, в особенности в диапазоне рентгеновского и ультрафиолетового излучений, и изменчивостью циркуляции атмосферы. Поэтому не может быть одновременно на всей территории
России аномально высоких или аномально низких урожаев, хотя как раз мелиоративные системы признаны сглаживать отрицательные аномалии.
Анализ пространственного распределения гидротермических условий территории проведен на основании анализа данных девяти метеорологических станций Воронежской области в период наблюдений 1971-2000 гг.
Длительность вегетационного периода в данной работе определяется периодом активных температур воздуха (1>10оС), а условия увлажнения оцениваются гидротермическим коэффициентом Селянинова (Селянинов, 1928):
где ГТК - гидротермический коэффициент, ХК - сумма осадков за период со среднесуточными температурами воздуха выше 10°С в мм, а Х >10°С - сумма средних суточных температур воздуха выше 10°С за этот же период.
Расчет ГТК проводился для каждого летнего месяца, а также для мая и сентября, после чего проведена его классификация. В результате для территории Воронежской области получены следующие классы ГТК: 1 класс («Сухой») - <0.45, 2 класс («Засушливый») - 0.46-0.75, 3 класс («Норма») - 0.76-1.09, 4 класс («Увлажненный») - 1.10-1.65, 5 класс («Влажный») - >1.66.
Пространственное распределение гидротермического коэффициента Селянинова (ГТК) на территории Воронежской области в мае представлено на рисунке 1. Из рисунка видно, что распределение параметров ГТК в мае имеет ориентацию с северо-запада на юго-восток. Наиболее увлажненный участок территории области располагается на северо-западе, значение на ст. Нижнедевицк ГТК=1.15 соответствуют 4 классу - «Увлажненный». На остальной территории области, значения гидротермического коэффициента неравномерно уменьшаются с северо-запада на юго-восток от 0.91 (Воронеж, Павловск, Каменная Степь) до 0.82 (Анна, Борисоглебск), т.е. в мае, величина ГТК на территории Воронежской области соответствует классу «Норма».
Из рисунка 2 видно, что июнь по сравнению с маем, является более влажным месяцем. Пространственное распределение коэффициентов ГТК в июне имеет ориентацию с северо-северо-запада на юго-юго-восток, но ближе к широтной, с максимальными значениями соответствующими классу ГТК «Увлажненный» (1.10-1.65) на севере области (Воронеж - 1.26; Нижнедевицк - 1.12; Анна - 1.12) с плавным уменьшением значений до класса «Норма» к югу (Павловск - 0.95; Калач -0.93; Богучар - 0.95). Граница раздела проходит по ст. Лиски, Каменная Степь.
В июле (рис. 3) наблюдается широтное распределение ГТК, но величина их на всей территории меньше и находится в пределах от 0.85 (Богучар, Калач) до 1.05 Нижнедевицк, 1.09 Анна, что соответствует классу «Норма». Исключение составляет Воронеж со значением ГТК - 1.11 класс «Увлажненный».
В августе (рис. 4) происходит переориентация ГТК в меридиональном направлении. Значения ГТК уменьшаются с северо-запада на юго-восток, что свидетельствует о преобладании меридиональных процессов на территории области в этот период. Максимальные значения ГТК=1.10 наблюдаются на ст. Нижнедевицк, что соответствует классу «Увлажненный», далее значения быстро уменьшаются и уже на ст. Воронеж ГТК=0.92 (класс «Норма»). Класс «Норма» занимает в августе большую территорию от ст. Воронежа до ст. Павловск (0.79), Каменная Степь (0.78). Станции расположенные восточнее и южнее, имеют небольшие значения ГТК, от 0.73 (Борисоглебск), Калач (0.71) до 0.62 (Богучар), что соответствует классу увлажнения ГТК «Засушливый».
В сентябре, (рис. 5) в северных районах области, распределение ГТК вновь приобретает широтную ориентацию, постепенно уменьшаясь к югу. На большей территории северной части области, значения ГТК соответствуют 4 классу «Увлажненный», т.е. ГТК>1.10. Наибольшая величина ГТК=1.41 наблюдается на станции Воронеж. В южных районах области ГТК уменьшается с
Материалы и методы
ГТК
(1)
Результаты и их обсуждение
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ АТМОСФЕРЫХ ЗАСУХ
северо-северо-востока на юго-юго-запад, а значения ГТК соответствуют классу «Норма» с величиной коэффициента 0.95. Линия раздела расположена между станциями Лиски и Калач.
Рис. 1. Пространственное распределение параметра ГТК в мае. Fig. 1. The spatial distribution of the parameter of hydrothermal coefficient in May.
Рис. 2. Пространственное распределение параметра ГТК в июне. Fig. 2. The spatial distribution of the parameter of hydrothermal coefficient in June.
На основании рассчитанных ГТК, с целью выявления закономерностей во временном ходе исследуемого параметра в вегетационный период, проведен анализ повторяемости различных классов увлажнения за каждый календарный месяц теплого периода (с мая по сентябрь), за период наблюдений с 1918 по 2010 годы на станции Воронеж.
Рис. 3. Пространственное распределение параметра ГТК в июле. Fig. 3. The spatial distribution of the parameter of hydrothermal coefficient in July.
Рис. 4. Пространственное распределение параметра ГТК в августе. Fig. 4. The spatial distribution of the parameter of hydrothermal coefficient in August.
Вероятность появления различных классов ГТК за исследуемый период представлена в таблице. Из анализа таблицы видно, что в мае наблюдается максимальная повторяемость случаев, среди всех месяцев теплого периода, с 1 классом ГТК «Сухой», которая составляет 23%, т.е. приблизительно каждые 4 года на территории области формируется режим температуры и осадков определяющий пониженное увлажнение.
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ АТМОСФЕРЫХ ЗАСУХ
Рис. 5. Пространственное распределение параметра ГТК в сентябре. Fig. 5. The spatial distribution of the parameter of hydrothermal coefficient in September.
Таблица. Вероятность появления параметров увлажнения ГТК (%) по месяцам. Table. The probability of occurrence of the humidity hydrothermal coefficient, (%) parameters by months.
Месяц 1 класс «Сухой» 2 класс «Засушливый» 3 класс «Норма» 4 класс «Увлажненный» 5 класс «Влажный»
Май 23 13 27 15 22
Июнь 14 21 22 23 20
Июль 11 22 22 24 21
Август 17 26 18 29 10
Сентябрь 16 21 13 17 33
Для мая (с повторяемостью 27%) характерно появление класса увлажнения «Норма», а также велика вероятность появления крайнего 5 класса «Влажный» (22%). Вероятность появления промежуточных классов увлажнения невелика и составляет для 2 класса «Засушливый» - 13%, а для 4 класса «Увлажненный» - 15%.
В июне, вероятность появления экстремального класса ГТК «Сухой» составляет 14%, т.е. для территории Воронежской области, событие малого увлажнения не редкое и встречается более одного раза в столетие. Вероятность появление остальных классов является событием равновероятным и колеблется в пределах 21^23%.
Характер распределения классов ГТК в июле аналогичен июню, т.е. вероятность появления экстремального класса «Сухой» маловероятно и составляет 11%. Появление остальных классов приблизительно равновероятно 21^22%, с небольшим преобладанием (24%) наблюдается появление 4 класса ГТК «Увлажненный».
Для августа характерно увеличение случаев появления экстремального 1 класса ГТК «Сухой» до 17%. Среди летних месяцев - это максимальный показатель. Также велик процент появления 2 класса ГТК «Засушливый» - 26%. Данное событие свидетельствует о преобладании в августе в Воронеже
засушливых классов увлажнения. Вероятность появления 3 класса ГТК «Норма» невелико и составляет 18%. Довольно значительный процент (29%) составляет появление 4 класса ГТК «Увлажненный». Наименее вероятным событием в августе (10%) является появление экстремального 5 класса ГТК «Влажный».
В сентябре сохраняется высокий процент появления 1 класса ГТК «Сухой» - 16%. Вероятность появления 2 класса «Засушливый» составляет 21%. Наименее вероятным событием (13%) является появление 3 класса ГТК «Норма». Также невелика вероятность появления 4 класса ГТК, которая составляет 17%. Наибольшей вероятностью появления в сентябре обладает 5 класс ГТК «Влажный» -33%. Это наибольший показатель данного класса ГТК среди месяцев теплого сезона для Воронежа.
Суммарная вероятность появления классов ГТК «Сухой» и «Засушливый» в мае составляет 36%, в июне - 35%, июле - 33%, августе - 43%, и сентябре - 37%, т.е. приблизительно каждые три года в Воронеже наблюдаются засушливые классы увлажнения.
Суммарная вероятность появления ГТК 4 класса «Увлажненный» и 5 класса «Влажный», т.е. повышенное увлажнение в Воронеже наблюдается с вероятностью соответственно: в мае 37%, июне - 43%, июле - 45%, августе - 40% и в сентябре - 50%.
Распределение суммарных вероятностей ГТК, свидетельствует о том, что наиболее засушливым месяцем в теплый период является август, а наиболее увлажненным - сентябрь. Среди летних месяцев в Воронеже, самым «дождливым» месяцем является июль.
Проведенный анализ позволил выявить основные закономерности пространственного распределения увлажнения на территории Воронежской области в различные месяцы вегетационного периода. Исследованы особенности формирования гидротермических условий за многолетний период, что позволило сделать вывод о том, что вероятность появления экстремально малых условий увлажнения («Сухой») за столетие в Воронеже в среднем составляет 16%.
Полученные результаты могут быть использованы в качестве методических рекомендаций при решении практических задач.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Григорьев A.A., Кондратьев К.Я. 2000. Природные и антропогенные экологические катастрофы. Классификация
и основные характеристики // Исследование Земли из космоса. № 2. С. 72-83. Докучаев В.В. 1953. Наши степи прежде и теперь. М.: Сельхозгиз. 152 с. Дьяконов KH., Аношко В.С. 1995. Мелиоративная география: M.: Изд-во МГУ. 254 с. Измаильский А.А. 1937. Как высохла наша степь. Москва-Ленинград: ОГИЗ-Сельхозгиз. 77 с. Селянинов Г.Т. 1928. О сельскохозяйственной оценке климата // Труды по сельскохозяйственной метеорологии. Вып. 20. С. 165-172.
Чернышева Л.С., Платонова В.А. 2009. Расчет и интерпретация основных климатических показателей отдельных метеорологических величин. Учебно-методическое пособие. Владивосток: Изд-во Дальневосточного университета. 88с. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. 1976. Изд. 2-е / Отв. ред. П. А. Коржуев. М.: Мысль. 367 с.
EVALUATION OF SPATIAL-TEMPORAL DEVELOPMENT OF HYDROTHERMAL CONDITIONS IN THE VORONEZH REGION IN THE GROWING SEASON
© 2013. L.M. Akimov
Voronezh State University Russia, 394020 Voronezh, Kholzunova str., 40. E-mail: akl63@bk.ru, geoecolog@mail.ru
The spatial-temporal patterns of distribution of moistening conditions in the Voronezh région during the growing season are considered according to long-term observations of air temperature and precipitation in the region.
Keywords: drought, moistening, frequency, probability, Vegetation period, hydrothermal coefficient.
