ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И
ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
ДИНАМИКА КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВТОРОЙ ПОЛОВИНЫ
ХХ ВЕКА СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ
(на примере Джаныбекской равнины)[1]
Введение. В настоящее время в современной научной литературе, касающейся анализа климата на всей территории России и в отдельных ее регионах, отмечается заметное увеличение увлажненности территории, колебания климатических показателей во времени и по сезонам. Изменения климатических показателей во времени заслуживают подробного анализа и представляют научный интерес, так как именно климат является первопричиной изменения многих элементов ландшафта и в первую очередь растительности, уровня грунтовых вод, засоления почв и др.
Цель данной статьи - проанализировать климатические показатели за последние 47 лет ( гг.) в пределах Джаныбекской полупустынной равнины Северного Прикаспия, которая занимает большую площадь (28628 км2) и является типичной в отношении природных условий для междуречья Волги и Урала в северной части Прикаспийской низменности.
Материалы и методы исследования. Основным материалом для характеристики климата служат данные наблюдения метеостанции в пос. Джаныбек, который расположен на территории глинистой Джаныбекской полупустыни, в зоне острозасушливых степей и полупустынь. Анализ сделан на основании климатических форм ТСХ-8 за 47- летний период (с 1952 по 1998 гг.), по которым создана электронная база данных суточных климатических показателей.
Характеризовались следующие климатические показатели: сумма декадных осадков, среднедекадные температуры воздуха, среднедекадная влажность воздуха. Значения испаряемости, то есть максимально возможного испарения (Ео) рассчитывали по формуле [1]
Ео = 0,061(25+Т)2(1-0,01а), мм/декада,
где Т- температура воздуха, 0С; а – относительная влажность воздуха, %.
Параллельно выполнялся расчет испаряемости по методике [2], который показал близкие значения расчетных величин к полученным по формуле . Дефицит увлажнения воздуха рассчитывался как разность между испаряемостью и осадками. Оценивались статистические характеристики (среднее значение, дисперсия, коэффициент вариации) годовой суммы осадков, среднегодовой температуры, влажности воздуха, испаряемости, испарения, дефицита увлажнения, а также отдельно оценивались эти же показатели за теплый (с 01.04 по 10.11) и холодный (11.11 по 31.03) сезоны. Вычислялись статистические характеристики годовых и сезонных осадков разной интенсивности (менее 5, 5-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80 мм/дек), достоверность различий которых оценивали с помощью критерия согласия Пирсона (c2). Регрессионные уравнения были получены с помощью стандартного пакета Excel. Значимость коэффициентов детерминации оценивали с помощью критерия t – Стьюдента, а достоверность уравнения регрессии оценивали с помощью критерия F-Фишера.
Краткая характеристика климата. По схеме агроклиматического районирования [8], в основу которой положена классификация климата по условиям обеспе-
ченности растений теплом и влагой, территория Северного Прикаспия относится к умеренному поясу с суммой температур более 100С равной С, а по условиям обеспеченности влагой – к областям недостаточного увлажнения.
Общая характеристика климата района Джаныбекской равнины была дана [5], который подробно рассмотрел климатические особенности за первую половину ХХ века. проанализировал метеоданные метеостанции Эльтон за гг., которая находится в 30 км к югу от пос. Джаныбек, а также метеостанции Джаныбек за гг. Это было связано с малой продолжительностью непрерывных наблюдений по метеостанции Джаныбек. Он подчеркивает, что средние многолетние величины, характеризующие климат Эльтона и Джаныбека, оказались очень близкими. Анализ климатических показателей за первую половину ХХ века позволил констатировать следующие характерные особенности климата района Джаныбекской равнины (табл.1). Специфической особенностью климата являются сильные ветры-суховеи, скорость которых превышает 10 м/с, число дней с суховеями за апрель-октябрь достигает 80, средняя скорость ветра составляет 4-7 м/с [5]. Коэффициент увлажнения за теплый сезон равен 0,20-0,30 [3, 5]. Безморозный период длится 162 дня [5]. Период с температурой выше 50С равен 198 дням, а с температурой выше 10 0С – 168 дням. Устойчивый снежный покров наблюдается с ноября по март – середину апреля. Высота снежного покрова на микроповышениях редко превышает 10 см, а в западинах достигает 40-50 см [4]. В результате хорошо выраженного микрорельефа происходит перераспределение снега и талых вод. Основная масса снега скапливается в западинах, а плоские водоразделы остаются обнаженными, что определяет большее промерзание почв на микроповышениях, чем в западинах. В среднем промерзание почв достигает 50 см. При этом, если промерзает влажная почва, то весеннее таяние снега приводит к перераспределению поверхностного стока. В результате, с промерзших микроповышений талые воды стекают в западины, заполняя их, что приводит к крайне неравномерному весеннему увлажнению и резкому перераспределению весенней влаги в почве [5,6]. Среднегодовая температура составила 6,90-6,2 0С; средняя температура за теплое полугодие (апрель-сентябрь) – 18,00-17,9 0С, а за холодное (октябрь-март) – (-4,2)0 -
(-5,4)0С; сумма температур выше 00С – С; сумма осадков за холодное полугодие (октябрь-март) 125-128 мм, а за теплое (апрель-сентябрь) – 155-141 мм, среднемноголетняя сумма осадков – 280-269 мм, испаряемость по за апрель-октябрь – 1055 мм, относительная влажность воздуха за теплое полугодие – 56-53 %. Следует подчеркнуть, что испаряемость в теплое полугодие во много раз превышает осадки. Поэтому, летние осадки практически целиком уходят на транспирацию и испарение. Этому способствует также режим выпадения осадков. К эффективным осадкам относит осадки не менее 5 мм/сут. По подсчетам более 1/3 всех летних осадков неэффективные. Расчет среднегодовых климатических показателей проводился за гидрологический год (с 1 октября по 31 сентября).
Анализ климатических показателей по метеостанции Джаныбек за вторую половину ХХ века ( гг.), дал следующие результаты (табл. 1). Среднегодовое количество осадков – 289 мм (против 280 мм по Роде), количество осадков за теплое полугодие (апрель-октябрь) – 156 мм (против 155 мм); за холодное (октябрь - мартмм (против 125 мм). Среднегодовая температура 7,1 0С, по данным – 6,90С. По нашим расчетам за гг., испаряемость за апрель-октябрь составляет 1025 мм (против 1055 0мм). Таким образом, основные климатические показатели за первую и вторую половины ХХ века оказались достаточно близкими.
Таблица 1
Среднемноголетние метеорологические показатели по метеостанциям Эльтон за гг.[5] и
Джаныбек за гг. и подпериоды
Показатель | Месяц | Год | |||||||||||
I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | ||
МС Эльтон гг [5] | |||||||||||||
Температура воздуха, 0С: | -11,0 | -10,0 | -4,0 | 7,5 | 17,0 | 21,5 | 24,0 | 22,5 | 15,5 | 8,0 | -1,0 | -7,0 | 6,9 |
Сумма осадков, мм | 28 | 17 | 17 | 18 | 23 | 31 | 39 | 21 | 22 | 21 | 20 | 23 | 280 |
Относительная влажность воздуха, % | 84 | 84 | 83 | 64 | 50 | 50 | 49 | 49 | 57 | 69 | 80 | 84 | 67 |
Испаряемость (апрель-октябрь) по , мм | - | - | - | 70 | 161 | 198 | 224 | 211 | 129 | 62 | - | - | 1055 |
Коэффициент увлажнения (апрель-октябрь) | - | - | - | 0,26 | 0,14 | 0,16 | 0,17 | 0,10 | 0,17 | 0,34 | - | - | 0,19 |
МС Джаныбек гг | |||||||||||||
Температура воздуха, 0С: | -9,7 | -9,6 | -3,6 | 8,5 | 16,6 | 21,7 | 23,6 | 21,9 | 15,2 | 6,8 | -0,4 | -5,8 | 7,1 |
Сумма осадков, мм | 26 | 19 | 18 | 23 | 25 | 31 | 27 | 24 | 26 | 20 | 25 | 25 | 289 |
Относительная влажность воздуха, % | 84 | 82 | 81 | 64 | 53 | 49 | 49 | 51 | 57 | 70 | 81 | 81 | 67 |
Испаряемость (апрель-октябрь) по , мм | - | - | - | 74 | 149 | 203 | 220 | 197 | 127 | 55 | - | - | 1025 |
Коэффициент увлажнения (апрель-октябрь) | - | - | - | 0,31 | 0,17 | 0,14 | 0,12 | 0,12 | 0,20 | 0,36 | - | - | 0,20 |
МС Джаныбек гг. | |||||||||||||
Температура воздуха, 0С: | -10,5 | -10,5 | -3,7 | 8,6 | 16,9 | 21,7 | 23,8 | 22,2 | 15,1 | 6,6 | -0,8 | -6,1 | 6,9 |
Сумма осадков, мм | 23 | 18 | 18 | 19 | 20 | 24 | 27 | 24 | 24 | 21 | 23 | 23 | 264 |
Относительная влажность воздуха, % | 82 | 81 | 82 | 64 | 51 | 48 | 48 | 49 | 56 | 70 | 83 | 84 | 67 |
Испаряемость (апрель-октябрь) по , мм | - | - | - | 74 | 157 | 208 | 227 | 208 | 129 | 55 | - | - | 1058 |
Коэффициент увлажнения (апрель-октябрь) | - | - | - | 0,26 | 0,13 | 0,12 | 0,12 | 0,12 | 0,19 | 0,38 | - | - | 0,19 |
МС Джаныбек гг. | |||||||||||||
Температура воздуха, 0С: | -8,7 | -8,4 | -3,3 | 8,5 | 16,3 | 21,6 | 23,3 | 21,5 | 15,4 | 7,0 | 0,0 | -5,4 | 7,3 |
Сумма осадков, мм | 28 | 20 | 17 | 29 | 33 | 37 | 24 | 24 | 30 | 20 | 31 | 27 | 320 |
Относительная влажность воздуха, % | 82 | 82 | 79 | 65 | 56 | 51 | 51 | 52 | 59 | 70 | 82 | 83 | 68 |
Испаряемость (апрель-октябрь) по , мм | - | - | - | 72 | 137 | 195 | 209 | 190 | 122 | 56 | - | - | 981 |
Коэффициент увлажнения (апрель-октябрь) | - | - | - | 0,40 | 0,24 | 0,19 | 0,11 | 0,13 | 0,25 | 0,36 | - | - | 0,24 |
Примечание: Коэффициент увлажнения рассчитан как осадки, деленные на испаряемость по
Оценивая климат региона, [5] особое внимание уделил многолетней периодичности климата, то есть чередованию сухих и влажных периодов. Он считал, что эти циклы укладываются в 12-16-летние периоды, иногда и в 50 лет. При этом он отмечал, что цикличность климата в районе исследования выражена недостаточно четко. По нашим данным, 12-16-летняя цикличность также прослеживается не очень четко.
Характеризуя в целом климат района исследований, можно констатировать следующее: климат засушливый, жаркий, континентальный, характерный для полупустынь суббореального пояса.
Колебания климата во второй половине ХХ в. Анализ информации о климате по метеостанции Джаныбек за 47 лет позволил выявить некоторую неоднородность климатических показателей, начиная » с гг. Для выяснения причин этой неоднородности мы предположили, что это явление каким-то образом связано с изменившийся природной обстановкой на территории Северного Прикаспия. С конца 1970-х годов наблюдался подъем уровня Каспийского моря, с 1996 г. наступила его стабилизация, а в настоящее время происходит некоторая тенденция к понижению уровня. Подъем уровня Каспийского моря происходил синхронно с подъемом уровня грунтовых вод на изучаемой территории. С учетом вышеуказанных природных явлений мы разделили 47-летний период на два подпериода: с 1952 по 1977 гг. (26 лет) – засушливый и более влажный с 1978 по 1998 гг. (21 год). Представляет интерес сравнение этих выделенных подпериодов с данными прошлых лет, а именно с данными МС Эльтон (табл.1). Климатические показатели за первый подпериод довольны близки к показателям по МС Эльтон: температура воздуха не изменилась и составляет 6,90С, среднегодовое количество осадков равно 264 мм (против 280 мм), относительная влажность не изменилась – 67 %, коэффициент увлажнения равен 0,19 (против 0,20). Таким образом, за гг. на изучаемой территории были стабильные погодные условия. Климатические показатели за второй подпериод указывают на увеличение увлажненности территории в целом: среднегодовое количество осадков увеличилось до 320 мм, снизилась испаряемость до 981 мм, повысился коэффициент увлажнения до 0,24.
В таблице 2 приведены сравнительные оценки этих подпериодов по сезонам. Выявлен рост осадков в основном за счет теплого сезона почти на 50 мм (215 мм за гг. – против 166 мм за гг.); осадки за холодный сезон практически не изменились. Температура воздуха за теплый сезон почти не изменилась (15,50С за гг. – против 15,30С за гг.), за холодный сезон температура воздуха повысилась на 1,30С, что может сказаться на меньшее промерзание почв и уменьшение перераспределения осадков по поверхности почвы. Увеличение температуры в гг. за зимне-весенний сезон на 10С на территории Прикаспия и Тургая было отмечено [7]. Потепление зимы-весны можно объяснить увеличением влияния Атлантики на термической режим данной территории, в особенности в холодный период [7]. Тенденций изменений влажности воздуха за оба периода не выявлено. Испаряемость воздуха за теплый сезон снизилась почти на 70 мм (1100 мм за гг. против 1031 мм за гг.). Дефицит увлажнения за теплый сезон снизился на 119 мм. Статистический анализ достоверности отличий параметров уравнения регрессии по сравниваемым климатическим показателям за два подпериода значимых отличий не выявил (критерий достоверности отличий t всегда был меньше табличного значения tp для n = 45 при Р = 0,9).
Таблица 2
Климатические показатели по подпериодам и по сезонам
Подпе- риод | Сезон | Осадки | Температура воздуха | Влажность воздуха | Испаряемость | Дефицит увлажнения | |||||
Сред-нее, мм | Пределы измене- ния, s, Cv | Сред-нее, 0С | Пределы измене- ния, s, Cv | Сред-нее, % | Пределы измене- ния, s, Cv | Сред-нее, мм | Пределы измене- ния, s, Cv | Сред-нее, мм | Пределы измене- ния, s, Cv | ||
Теп- лый с 01.04. по 10.11. | 166 | 56¸290 66; 0,4 | 15,5 | 13,8¸17,9 1; 0,07 | 58 | 43¸64 5; 0,09 | 1100 | 824¸1624 180; 0,16 | 935 | 647¸ 1524; 230; 0,25 | |
215 | 68¸374 77; 0,36 | 15,3 | 13,9¸17,7 0,8; 0,05 | 60 | 52¸70 4; 0,07 | 1031 | 697¸1257 139; 0,13 | 816 | 323¸ 1138; 209; 0,26 | ||
Холод- ный с 11.11. по 31.03. | 98 | 58¸183 34; 0,35 | -6,5 | -14,7¸ -4; 3; 0,46 | 82 | 69¸88 3; 0,04 | - | - | - | - | |
105 | 66¸155 21; 0,5 | -5,2 | -13,1¸ -2,3 3; 0,5 | 81 | 74¸87 3; 0,04 | - | - | - | - |
Изменение повторяемости декадных осадков. Увеличение увлажненности территории должно было отразиться на повторяемости осадков разной степени интенсивности: малых (< 5мм), умеренных (5,1-10 мм) и сильных (> 10 мм). Для выяснения этого обстоятельства на территории Северного Прикаспия проанализирована повторяемость осадков за весь 47-летний период и за выделенные подпериоды по сезонам ( гг. и гг.) (табл.3).
Таблица 3
Повторяемость декадных осадков разной степени интенсивности
Годы | Сезон | Интенсивность осадков, мм/дек | ||||||||
0-5 | 5,1-10 | 10,1- 20 | 20,1-30 | 30,1-40 | 40,1-50 | 50,1-60 | 60,1-70 | >70 | ||
Относительная частота | ||||||||||
1 | весь год | 0,48 | 0,22 | 0,20 | 0,06 | 0,02 | 0,01 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
1 | теплый | 0,51 | 0,19 | 0,18 | 0,06 | 0,03 | 0,02 | 0,01 | 0,00 | 0,00 |
теплый | 0,57 | 0,19 | 0,14 | 0,05 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | |
теплый | 0,43 | 0,20 | 0,24 | 0,07 | 0,04 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | 0,00 | |
холодный | 0,44 | 0,28 | 0,23 | 0,05 | 0,01 | - | - | - | - | |
холодный | 0,46 | 0,27 | 0,20 | 0,07 | 0,01 | - | - | - | - | |
холодный | 0,41 | 0,28 | 0,26 | 0,04 | 0,01 | - | - | - | - |
Для Северного Прикаспия, как уже отмечалось выше, характерно выпадение неэффективных осадков (более 33%, по данным Роде), по нашим расчетам за 47 лет выпало почти 50% неэффективных осадков. За холодный и теплый сезоны за гг. выпадает большая часть малых осадков (44% и 51%), но в холодный сезон возрастает роль умеренных осадков (28% против 19% в теплый сезон). Анализ по подпериодам позволяет констатировать следующее. В теплом сезоне происходит некоторое снижение повторяемости малых осадков (43% за гг. против 57% за гг.), зато увеличивается повторяемость умеренных (20 % за гг. против 19% за гг.) и сильных (24% за гг. против 14% за гг.). Такое же явление выявлено и за холодный сезон: увеличение умеренных на 1% (с 27% за гг. на 28% за гг.) и сильных осадков на 6 % (с 20% за гг. на 26% за гг.). Статистический анализ достоверности отличий в повторяемости декадных осадков за гг. и гг. по сезонам значимых отличий не выявил. За теплый сезон за сравниваемые два подпериода c2 равен 10,6, что меньше табличного значения для n = 6 при Р= 0,95 (c20,95 = 12,6), за холодный сезон - c2 равен 4,2, что также меньше табличного значения для n = 2 при Р= 0,95 (c20,95 = 6,0).
Выводы. Анализ климатических показателей за гг. позволяет констатировать следующее:
1. Сравнительный анализ среднегодовых климатических показателей за гг. (по данным Роде) и данных за гг. показал близкие величины за анализируемые периоды, что позволяет говорить об общей устойчивости погодных условий.
2. Анализ информации о климате по МС Джаныбек за 47 лет ( гг.) позволил выделить 2 подпериода: засушливый ( гг.) и более влажный ( гг.). Эти подпериоды коррелируют с изменениями уровня Каспийского моря и грунтовых вод на территории Северного Прикаспия.
3. За второй выделенный подпериод выявлено увеличение осадков за теплый сезон на 50 мм, потепление зимне-весеннего сезона на 1,30С, уменьшение испаряемости на 70 мм за теплый сезон. Таким образом, период гг. характеризуется, как более влажный и теплый, чем предыдущий гг.
4. Выявленное сокращение числа декад с малыми осадками и увеличение числа с умеренными и сильными за гг., по сравнению с гг., позволяет говорить об увеличении декад с эффективными осадками.
Библиографический список
1. Иванов -климатические зоны Земного шара // Зап. ВГО, нов. сер. 1948. Выпс.
2. Константинов в природе. Л.: Гидрометеорологическое изд-во. 19с.
3. Мелиорация и водное хозяйство.6. Орошение: Справочник. Под ред. . М.: Агропромиздат. 19с.
4. Оловянникова лесных колков на солончаковые солонцы. М.: Наука. 19с.
5. Роде условия района Джаныбекского стационара. М.: Изд-во АН СССР. 1959. Вып.1. С.3-40.
6. Роде режим и баланс целинных почв полупустынного комплекса //Водный режим почв полупустыни. М.: Изд-во АН СССР. 1963. С.5-78.
7. Титкова климата полупустынь Прикаспия и Тургая в ХХ в. // Известия АН. Сер. Географическая. 2003. №1. С.106-112.
8. Шашко районирование СССР. М.: Колос. 19с.
[1] Работа выполнена под научным руководством д. т.н и при финансовой поддержке РФФИ (проект № ).
