Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
ХАРЛАМОВА Наталья Федоровна
ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА АЛТАЙСКОГО РЕГИОНА
Специальность 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
Барнаул - 2012
Работа выполнена на кафедре физической географии и геоинформационных систем ФГБОУ ВПО Алтайский государственный университет
Научный консультант: доктор географических наук, профессор Винокуров Юрий Иванович
Официальные оппоненты: Семенов Вениамин Александрович, доктор географических наук, профессор, ФГБУ Всероссийского НИИ гидрометеоинформации, главный научный сотрудник Земцов Валерий Алексеевич, доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский Томский государственный университет, заведующий кафедрой гидрологии
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Горно-Алтайский государственный университет
Защита диссертации состоится л4 декабря 2012 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при ФГБУН Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН) по адресу:656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1. Факс: (3852) 240396.
E-mail: rotanova@iwep.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВЭП СО РАН.
Автореферат разослан л2 ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета к.г.н., доцент Ротанова Ирина Николаевна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. В основе исследования лежит представление о климате как важнейшем экологическом факторе, участвующем, прежде всего, в реализации фундаментальных законов, обеспечивающих существование и эволюционное развитие живых организмов - растений, животных, человека (Исаев, 2003).
В отличие от других физико-географических факторов, которые оказывают преимущественно косвенное воздействие, климат влияет на человека, живые организмы как прямой экологический фактор. Выделяются также опосредованные воздействия климатических изменений на природную среду, экономику и население регионов. Соответственно, состояние и временная изменчивость климата определяют специфические условия среды существования организмов, а также особенности хозяйственной деятельности человека.
Результаты предварительного исследования особенностей климатических изменений на территории Алтайского региона свидетельствуют о значительных темпах повышения температуры воздуха при недостаточном увлажнении. Оптимизация сельскохозяйственного производства, расширение возможностей использования климата в энергетике и строительстве, минимизация рисков здоровья населения, разработка стратегии реагирования (адаптации) промышленного и сельскохозяйственного производства, населения на изменения природной среды определяют первостепенную необходимость оценки современного состояния и прогноза потенциальных изменений регионального климата. Решение этой задачи необходимо также в целях сохранения такой крупной малоизмененной территории как трансграничный Алтае-Саянский экорегион.
Под современным периодом понимается период с начала инструментальных наблюдений. Территория Алтайского региона включает Алтайский край и Республику Алтай в административных границах.
Цель диссертации заключается в оценке состояния и изменений современного климата Алтайского региона.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучить историю развития представлений о состоянии климата и его изменчивости, основные результаты оценки изменений климата земного шара в целом и территории Российской Федерации;
- охарактеризовать изменения климата равнинной и горной частей региона по данным инструментальных наблюдений;
- исследовать динамику соотношения тепло- и влагообеспеченности территории Алтайского региона;
- рассмотреть экологические последствия климатических изменений на примере урожайности сельскохозяйственных культур в пределах равнинной территории;
- получить оценки ожидаемых изменений регионального климата на основе математико-статистических и геоинформационных методов исследования.
Объект исследования - климат Алтайского региона, его состояние и изменения.
Предмет исследования - пространственно-временные закономерности климатических изменений в Алтайском регионе, влияющие на природные компоненты, условия жизнедеятельности населения и функционирование отраслей экономики.
Теоретико-методологической базой исследования послужили работы отечественных и зарубежных ученых в области географии и геоэкологии, затрагивающие проблемы изменений природной среды, оценки тенденций пространственно-временной динамики и устойчивости отдельных компонентов, в том числе, климата: А.И. Воейкова, А.В. Шнитникова, М.И. Будыко, С.П. Хромова, Е.С. Рубинштейн, А.С. Монина, А.В. Кислова, Г.В. Грузы, Э.Я. Раньковой, Б.Г. Шерстюкова, Ю.П. Переведенцева, А.П. Сляднева и др.
Методы исследования. Использовался комплекс географических, геоэкологических, математико-статистических, картографических и геоинформационных методов исследования.
Научная новизна:
- получены оценки изменений температуры воздуха, количества осадков, дат перехода температуры воздуха через устойчивые пределы по данным метеостанции Барнаул и репрезентативным станциям Алтайского региона в пределах равнинной и горной территорий;
- выявлено распределение температуры воздуха и осадков для территории Алтайского региона в течение 11-летних циклов солнечной активности;
- для 109 метеостанций Западной Сибири и Алтая рассчитан индекс континентальности, являющийся интегральной характеристикой климатического режима ландшафтов и одним из агроклиматических показателей для мониторинга изменений климата, согласно методикам разных авторов, построены карты континентальности по индексам Н.Н. Иванова, В. Ценкера, С.П. Хромова, предложен региональный индекс континентальности ИКрегион;
- определена статистическая зависимость урожайности зерновых культур в равнинной части региона от климатических факторов на примере районов Кулундинской равнины и Приобского плато;
- построена серия карт, характеризующих пространственную изменчивость температуры воздуха Алтайского региона на современный и прогнозный период 2025-2034 гг.
Информационная база исследования основана на официальных данных станций государственной наблюдательной сети Роскомгидромета ( опубликованных данных фонда Западно-Сибирского ЦГМС, статистических данных Главного управления по сельскому хозяйству администрации Алтайского края, справочных и картографических материалах.
Практическая значимость. Полученные оценки и результаты позволяют решать задачи устойчивого развития Алтайского региона: оптимизации сельскохозяйственного производства, использования климатических ресурсов в энергетике и строительстве, минимизации рисков здоровья населения, разработки стратегии реагирования (адаптации) промышленного и сельскохозяйственного производства, населения на изменения природной среды, а также в целях сохранения биоразнообразия в пределах Алтае-Саянского экорегиона.
Разработанная методика статистического моделирования приземной температуры воздуха для современных и возможных в будущем условий, полученная серия карт предоставляют возможность комплексного анализа климатических ресурсов на региональном уровне для разнообразных целей. Теоретические и практические рекомендации, изложенные в диссертации, используются в учебном процессе географического и биологического факультетов Алтайского госуниверситета в рамках курсов Учение об атмосфере, Метеорология и климатология, География Алтайского края, а также разработанных автором спецкурсов Экологическая климатология и Прикладная климатология. Серия карт по оценке термических ресурсов и увлажнения, максимальных снегозапасов для Алтайского региона вошла в Атлас снежно-ледовых ресурсов мира (Москва, 1997), Атлас Алтайского края (1991), Атлас Барнаула (2006). Полученные результаты внедрены в Программу Формирование Южно-Алтайского эколого-экономического района и Генеральную схему комплексного использования и охраны природных ресурсов бассейна р. Алей. Материалы исследования использовались при выполнении грантов: Минобразования России Е 00-10.0-33 Эволюция ландшафтной структуры в условиях глобального изменения климата (на примере юга Западной Сибири); РФФИ 05-05-64815-а Региональные изменения климата и других компонентов природной среды.
Современное состояние, оценки, прогнозы; РФФИ 11-04-98061-р Состояние растительного покрова Кулунды в условиях изменений климата и систем землепользования; РГНФ 11-01-00001а Сохранение экосистемы степи Кулунды при непрерывном сельскохозяйственном использовании как необходимый элемент адаптации к климатическим и почвенным изменениям; международного научно-исследовательского проекта Кулунда - как предотвратить глобальный синдром dust bowl - пыльных бурь.
Апробация работы. Основные результаты исследований неоднократно докладывались на конференциях (более 60), среди которых международный симпозиум Изменения климата и окружающей среды Центральной Азии (Чита, 2003), семинар Научной Программы НАТО Экологическая безопасность и устойчивое землепользование горных и степных территорий Монголии и Алтая (Барнаул, 2004), XII и ХIII съезды РГО (Санкт-Петербург, 2005, 2010), международные конференции Прогнозирование и адаптация общества к экстремальным климатическим изменениям (Москва, 2006), География и геоэкология на современном этапе взаимодействия природы и общества (Санкт-Петербург, 2009), Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов (Барнаул, 2010), Изменение климата и непрерывное сохранение биоразнообразия в Алтае-Саянском экорегионе (Горно-Алтайск-Усть-Кокса, 2010), Трансграничное сотрудничество: экономические и социально-гуманитарные аспекты развития Большого Алтая (Барнаул-Белокуриха, 2010), Аграрная наука - сельскому хозяйству (Барнаул, 2011), Изменение климата в АлтаеСаянском экорегионе - стратегии смягчения и адаптации (Барнаул, 2011), Алтайский край: состояние и перспективы развития (Белокуриха, 2012) и др.
Автор участвовала в проекте ПРООН/ГЭФ Сохранение биоразнообразия в российской части Алтае-Саянского экорегиона.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Общий объем работы - 158 стр., 25 таблиц, 56 рисунков и 2 приложения. Список литературных источников включает 208 наименований, в том числе 12 иностранных.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному консультанту д.г.н. Ю.И. Винокурову за помощь и поддержку, д.г.н.
Б.А. Краснояровой, д.г.н. М.М. Силантьевой и к.г.н. И.Н. Ротановой за ценные замечания и рекомендации при написании работы, к.г.н. О.В. Останину за помощь при составлении карт и, в особенности, профессору В.С. Ревякину.
Положения и результаты исследования, представляющие предмет защиты 1. Установлены значительные современные изменения климата Алтайского региона, сопровождающиеся увеличением повторяемости неблагоприятных природных явлений (засух, пыльных бурь и др.).
Наиболее детальный анализ особенностей климатических изменений в пределах равнинной и горной частей Алтайского региона представлен на основе изучения режимов температуры и осадков ГМС Барнаул, которая первоначально была расположена на окраине города, закрылась в 1964 г., а наблюдения продолжены на ГМС Барнаул, агро (25 км от города), функционировавшей с 1928 г. Проведено приведение рядов наблюдений в целях исключения возможного эффекта урбанизированных территорий и восстановление однородности рядов осадков с учетом коэффициентов перехода от показаний дождемера к показаниям осадкомера (СправочникЕ,1969) и поправки на смачивание.
В распределении температуры воздуха выявлен статистически достоверный положительный тренд, более интенсивный, чем в целом для России (0,9С в 1901-2000 гг.): 2,86С за 167 лет или 1,8С за 100 лет. Средняя температура холодного периода (XI-III) увеличилась на 3,6С/167 лет или 2,3С/1лет, теплого периода (IV-X) - 2,4С или 1,4С соответственно (Харламова, 2006).
R2 = 0,431838 1848 1858 1868 1878 1888 1898 1908 1918 1928 1938 1948 1958 1968 1978 1988 1998 20-----Годы годовая температура полиномиальный тренд 10-летние скользящие средние Рисунок 1 - Отклонения годовой температуры воздуха от средней за 1961-1990 гг., Барнаул:
полиномиальный тренд (R2=0,4361) и десятилетние скользящие средние При продлении периода наблюдений до 2011 г. положительный тренд высокой обеспеченности сохраняется с некоторым замедлением темпов потепления вследствие возрастания суровости зим (рисунок 1). Долговременная тенденция повышения годовой температуры воздуха формируется за счет более значительного потепления зимы и весны, а также осени, увеличение температуры летнего сезона в 2,5-3 раза меньше. Потепление сопровождается изменениями сроков перехода температуры воздуха через определенные пределы, особенно значительными для холодного периода года. Начало фаз со среднесуточной температурой ниже -10 и -15C сдвинулось на более поздние сроки на 10 и 8 дней, обратного перехода на более ранние - 7 и 13 дней соответственно (таблица 1). Продолжительность центральной фазы зимы изменяется в наиболее значительных пределах: от 4 до 29 дней, с сохранением возможности соседства очень теплой и очень суровой зим: 1992/93 гг. (t<-10С=-994,1С) и 1993/94 (-2012,6С); 2001/02 гг. (-549,7) и 2002/03 гг. (-1581,6С). Изменение дат и продолжительности фаз теплого периода года значительно меньше: устойчивый переход Твозд через +10С стал отмечаться на 1 день раньше весной и на 4 дня позже осенью (таблица 2). Сохраняется вероятность опасных поздних Отклонения температуры, град.С весенних и ранних осенних заморозков. Подтверждением является впервые отмеченный за 170 лет снегопад 26-27.09. 2004 г., когда высота выпавшего снега в Барнауле составила 21 см при температуре воздуха -5,2C.
Таблица 1Ц Даты наступления средних суточных температур выше и ниже определенных пределов, холодный период Год Температура, С -5 -10 -15 -15 -10 -1881Ц1960 гг.* 6.XI 18.XI 11.XII 24.II 16.III 30.III 1928Ц2004 гг. 12.XI 28.XI 19.XII 11.II 9.III 25.III Изменение даты перехода в сторону более позднего (-) -6 -10 -8 +13 +7 +или раннего (+), дни Примечание: * - данные за 1881Ц1960 гг. взяты из Справочника по климату (1965) Таблица 2Ц Даты наступления средних суточных температур выше и ниже определенных пределов, теплый период Год Температура, С 0 +5 +10 +15 +15 +10 +5 1881Ц1960 гг.* 12.IV 25.IV 12.V 5.VI 25.VIII 17.IX 6.X 23.X 1928Ц2004 гг. 7.IV 22.IV 11.V 29.V 29.VIII 21.IX 9.X 28.X Изменение даты перехода в сторону бо+5 +3 +1 +7 +4 +4 +3 +лее позднего (-) или раннего (+), дни Примечание: * - данные за 1881Ц1960 гг. взяты из Справочника по климату (1965) В последние десятилетия наблюдается частое смещение даты самой высокой среднемесячной температуры воздуха с июля на июнь (2003 г.:
ТVI=+19,9С, TVII=+18,5С; 2004 г.: ТVI=+19,4С, TVII=+19,0С; 2006 г.: июнь ТVI=+20,2С, TVII=+18,1С), а даты абсолютного максимума - на август.
Таблица 3Ц Оценки линейного тренда годовой температуры приземного воздуха за 1963-2011 гг.
Уравнение b, С/№ Метеостанция h, м D% T, С тренда лет 1 Барнаул 184 Y=0,0359x+1,42 0,4 19,0 1,2 Змеиногорск 354 Y=0,0421x+1,82 0,4 24,5 2,3 Усть-Кокса 977 Y=0,0425x-1,34 0,4 32,9 2,4 Аккем 2050 Y=0,0336x-4,48 0,3 29,4 1,5 Кара-Тюрек 2600 Y=0,0254x-5,93 0,3 17,3 1,6 Кош-Агач 1759 Y=0,0519x-5,78 0,5 31,0 2,7 Яйлю 482 Y=0,0380x+2,97 0,4 26,0 1,Примечание: h - высота над ур. моря, м;b - коэффициент линейного тренда, С/10 лет; D - вклад тренда в общую дисперсию Т, %; T - величина изменения (повышения Т) за 50 лет (по 2012 г.), С В пределах горной территории максимальная величина повышения Тгод за 1963-2011 гг., превышающая темпы в равнинной части (таблица 3), отмечена в межгорных котловинах (Кош-Агач +2,6С; Усть-Кокса +2,2С), минимальная - в высокогорьях Алтайской горной области (Кара-Тюрек +1,3С; Аккем +1,7С).
Распределение осадков имеет выраженный ритмический характер: выделяется вековой цикл (1862-1976 гг.) продолжительностью 115 лет, с наиболее сухим периодом в 1862-1873 гг., совпадающим с выводами Е. Максимова о том, что самый сухой момент последней реализации 1850-летнего ритма был приурочен к середине XIX в. (Максимов, 2005). В 1907-1912 гг. наблюдался вековой максимум, и началась регрессивная фаза годовых осадков, на фоне которой выделены засушливые периоды 1923-1936 (14 лет), 1947-1957 (11 л.) и 1969-1984 гг. (16 л.), чередующиеся с периодами повышенного увлажнения (рисунок 2).
2111838 1848 1858 1868 1878 1888 1898 1908 1918 1928 1938 1948 1958 1968 1978 1988 1998 20--1-1-2-2-3годы Рисунок 2 - Отклонения годовой суммы осадков от среднего количества за период 1961-1990 гг.
В 1977 г. началась восходящая ветвь нового векового цикла, в пределах которой выделен внутривековой влажный период 1986-2002 гг. (17 лет), сменившийся современным периодом пониженного увлажнения. После его минимального уровня в 2013-2014 гг. ожидается следующий влажный период с максимумом в 2037-2038 гг., за которым начнется вековая фаза уменьшения осадков. Для метеостанций горной части Алтайского региона также выявлен внутривековой период повышенного увлажнения 1986-2002 гг., сменившийся более сухим, продолжающимся до настоящего времени.
Особенностью современного потепления является изменение соотношения тепло- и влагообеспеченности: равноценное количество осадков в начале и в конце ХХ в. обеспечивало разную увлажненность, поскольку при более высоком уровне температур увлажнение уменьшается. Данный вывод подотклонение годовой суммы осадков, мм тверждается динамикой неблагоприятных природных явлений: число дней с суховейно-засушливой погодой увеличилось в среднем на 10 дней за 80 лет, как и число пыльных бурь (начиная с 1997 г.). Нарастание сумм тепла, как и сокращение теплообеспеченности летом происходит быстрее и энергичнее, чем аналогичные процессы зимой, а увлажненность не соответствует интенсивности прироста тепла, что создает напряженность функционирования биоты на фоне значительной межгодовой изменчивости осадков. Очень важные начальные фазы развития растительности протекают при недостаточной обеспеченности увлажнения весеннего сезона и первой половины лета. Простого учета декадных и месячных сумм осадков недостаточно: многолетняя динамика осадков мая характеризуется слабоположительным трендом, одновременно наблюдается увеличение максимального суточного количества осадков. Следовательно, увеличивается вероятность и продолжительность бездождных периодов, а выпадающие осадки, имея ливневый характер, слабо пополняют запасы почвенной влаги. Несмотря на возрастание количества выпадающих осадков, на практике наблюдается усиление засушливости и напряженности функционирования биотического компонента агроценозов, и как следствие - ухудшение погодно-климатических условий сельскохозяйственного производства.
2. Для Алтайского региона в течение среднего 11-летнего цикла солнечной активности выявлено обратное распределение годовой температуры воздуха и постепенное увеличение годовых осадков до наибольших значений на следующий или третий год после максимума и минимальных осадков в годы минимума солнечной активности.
В целях определения корреляции динамики термического режима и увлажнения равниной территории Алтайского региона с солнечной активностью использован метод наложения эпох (Вительс, 1977), при котором годы, входящие в одну колонку по вертикали при табличном сопоставлении (в каждую фазу), должны отстоять на определенный интервал времени от экстремумов.
Продолжительность большинства фаз осреднения составила 15 лет, короткорядные фазы л4р и л7п не принимались для расчетов.
Графическое отображение результатов представлено в двух формах: 1) последовательно для каждого года внутри 11-летнего цикла, определяемого от минимума числа солнечных пятен до следующего минимума (рисунок 4); 2) за 2 года до и 2 года после максимума и минимума в 11-летнем цикле (рисунок 5). Эта наиболее распространенная форма представления результатов, на наш взгляд, создает больше неопределенностей для интерпретации, поскольку число фазовых аналогов не всегда получается одинаковым.
2,Ряд1 Ряд1,1,0,min 1р 2р max 1п 2п 3п 4п 5п 6п min годы Рисунок 4 - Распределение годовой температуры воздуха ГМС Барнаул внутри 11летнего солнечного цикла: средние годовые значения (ряд 1) и 5-летние скользящие средние (ряд 2) Ряд1 Ряд1,1,1,1,0,-2 -1 max 1 2 -2 -1 min 1 Годы Рисунок 5 - Годовая температура воздуха в Барнауле в максимуме и минимуме числа солнечных пятен: средние годовые значения (ряд 1) и 5-летние скользящие средние (ряд 2) С началом нового 11-летнего солнечного цикла в распределении годовой температуры воздуха Барнаула наблюдается постепенное снижение, и наиболее холодные годы отмечаются в годы максимума. При уменьшении активности Солнца на нисходящей ветви цикла годовая температура воздуха повышается, достигая наибольших значений на 4-м и 6м году после максимума. Флуктуации годовых температур между последовательными фазами максимума и минимума составляют 0,6С.
В распределении годовых осадков с началом каждого нового цикла наблюдается постепенное увеличение их количества. На следующий и третий год после максимума солнечной активности наиболее вероятно значительное увлажнение. Минимальные годовые суммы осадков, как правило, характерны за год до наступления очередного цикла или в годы минимумов. Разница в увлажнении территории составляет в среднем 10% от годового количества.
Температура, град.С Температура, град.С 3. Учет увлажнения теплого периода при расчете предложенного регионального индекса континентальности климата позволяет достоверно отразить пространственную изменчивость климатических условий развития природно-антропогенных экосистем.
Одним из показателей климата, который, по мнению А.Г. Исаченко (2001), является интегральной характеристикой климатического режима ландшафтов, является степень его континентальности. В работе рассчитаны индексы для 109 метеостанций Западной Сибири и Алтая и составлены карты их пространственного распределения. Несогласованность результатов определения континентальности при использовании индексов Иванова, Ценкера, Хромова позволяет ставить задачу разработки нового показателя.
Рисунок 6 - Степень континентальности климата Западной Сибири и Алтая на основе регионального ИКрег Предложен индекс континентальности, названный региональным, который представляет модификацию индекса Хромова с учетом влагообеспеченности, как важнейшего фактора функционирования ландшафтов внутриконтинентальной территории:
ИКрег = [(А - 5,4 sin ) / А (Остепл /100)] 100%, где Остепл - среднемноголетняя сумма осадков теплого периода (апрельоктябрь).
Минимальные значения ИКрег определены для метеостанций Яйлю, Артыбаш и Турочак, максимальные (как и по другим индексам) для ГМС КошАгач. Степень континентальности климата в Чуйской степной котловине более чем в 2 раза превышает уровень, определенный для следующего кластера повышенной континентальности, расположенного в равнинной части Алтайского региона: Угловское, Славгород, Ключи (рисунок 6). На карте ИКрег, в отличие от карт индексов Иванова, Ценкера и Хромова, хорошо визуализируется полоса предгорий и низкогорий Алтая и Кузнецкого Алатау, для которой наблюдается уменьшение степени континентальности вследствие барьерного эффекта, а также районы с континентальным климатом Барабы, Приобского плато и Восточной Кулунды, и резко-континентального климата Западной Кулунды.
Континентальность климата является одним из агроклиматических показателей для мониторинга изменений климата. Изучено влияние климатических изменений на урожайность зерновых культур в наиболее освоенных районах региона - Кулундинской равнине и Приобском плато, расположенных в пределах степной и лесостепной природных зон и отличающихся повышенной степенью континентальности. Рассчитаны регрессионные уравнения, отображающие воздействие на урожайность наиболее значимых климатических факторов - температуры весенних месяцев (апрель и май), лета, количества осадков апреля, мая и летнего сезона. Полученные зависимости позволяют объяснить от 51 до 70% дисперсии (изменчивости) урожайности под воздействием рассматриваемых показателей.
4. Ожидаемые изменения термического режима к 2035 г. наиболее значительны в пределах равнинной территории и межгорных степных котловин Алтайского региона.
Расчеты возможных сценариев будущих изменений температуры воздуха представлены на десятилетний отрезок 2025-2034 гг., середина которого отстоит от времени окончания имеющихся рядов на 20 лет. На 1 этапе рассчитаны показатели среднегодовой и сезонной температур, характеризующие современное состояние климата (1966-2009 гг.). На 2 этапе решалась задача определения аномалий температуры, характеризующих темпы изменения климата, с использованием двух методик. Первая (традиционная) построена на определении параметров линейных трендов. Вторая методика предложена А.Б.
Шмакиным и Н.Ф. Харламовой (2012) на основе анализа динамики изменений термического режима в 1966-2009 гг. В качестве базового периода (без выраженного тренда), с которым необходимо сравнить двадцатилетний период 1990-2009 гг., совпадающий с условной границей начала современного потепления в Северной Евразии (Шмакин, Попова, 2006), предложен период 19661985 гг. Рассчитаны величины изменения Тгод за 20 лет на основе 50-летнего линейного тренда (см. табл. 3), а также определены аномалии Тгод (Аномалия) как разности между средними многолетними соседних 20-летних периодов.
Сопоставление двух значений показало, что величины наблюдавшихся в действительности положительных аномалий Тгод в 1990-2009 гг. превысили значения, рассчитанные по линейным трендам, на 26-30% в межгорных котловинах (Кош-Агач) и 60-61% в среднегорьях и высокогорьях (Кара-Тюрек), а также в районе Телецкого озера (Яйлю). Поскольку величины изменений, определенные различными способами, различаются, итоговые показатели для построения карт (Прогнозср) рассчитаны как среднее из показателя, представляющего сумму средней температуры последнего 20-летнего периода 19902009 гг. и аномалии, а также показателя, представляющего сумму среднемноголетней температуры за весь период наблюдений 1966-2009 гг. и аномалии.
Далее определены эмпирические зависимости годовой температуры приземного воздуха и температуры сезонов года как функций физикогеографических характеристик местности: высоты (h), широты () и долготы () в соответствии с методикой, разработанной и апробированной в работах Н.Ф. Харламовой и Л.А. Михайловой (2004, 2005 и др.). Установленные зависимости позволили перейти к созданию статистических моделей температуры для современных и ожидаемых в будущем условий на основе цифровой модели рельефа SRTM (1984). Получена серия карт, характеризующих современное распределение годовой и сезонной температуры воздуха, а также ожидаемое к концу следующего 20-летнего периода (Харламова, Останин, 2012).
При современных региональных изменениях климата (1966-2009 гг.) произошло неравномерное повышение температуры воздуха, и центром потепления оказались восточные остепненные межгорные котловины АлтаеСаянской горной страны за пределами территории исследования. В горной части Алтайского региона наблюдались несколько меньшие темпы потепления - в Чуйской и Уймонской котловинах -1,3С (Кош-Агач, Усть-Кокса). В среднегорной и высокогорной зонах Алтая годовая температура повысилась на 1,0С (Кара-Тюрек, Аккем). К 2034 г. в межгорных котловинах ожидается повышение Тгод до -2,8 в Кош-Агаче и +1,3С в Усть-Коксе, на побережье Телецкого озера +5,4С. Для высокогорий Алтая скорость потепления ниже и годовые температуры составят -4,4С (Кара-Тюрек).
Темпы изменения температуры сезонов года в пределах равнинной и горной территорий заметно различаются в зависимости от высотного уровня и типов рельефа. В среднегорьях и высокогорьях Алтая Тлета повысилась значительнее других районов. В районе Аккема отмечено почти максимальное повышение Твесны. В Кара-Тюреке заметно теплее стал осенний сезон. К 20252034 гг. наиболее теплое лето ожидается в пределах Кулундинской равнины, межгорных степных котловин и предгорий Алтая (рисунок 8).
Рисунок 8 - Прогноз среднелетней температуры воздуха на период 2025-2034 гг.
Рисунок 9 - Прогноз средней зимней температуры воздуха на период 2025- 2034 гг.
Карты Тзимы построены с использованием целой группы регрессионных зависимостей: 1) для равнинных территорий на северо-западе, севере и северовостоке за пределами Алтае-Саянской горной страны; 2) для склонов гор до уровня 2500 м, где отмечается инверсионное распределение - увеличение Т по сравнению с днищами котловин; 3) для склонов гор выше 2500 м (выше слоя фенов свободной атмосферы) - уменьшение Т с градиентом 0,65/100 м; 4) для межгорных котловин с инверсионными лозерами холодного воздуха; 5) для восточного побережья Телецкого озера с максимальной повторяемостью фенов. Наиболее значительно Тзимы повысилась в межгорных котловинах и на предгорных равнинах Алтайского региона при меньших темпах потепления в среднегорной и высокогорной зонах. Прогнозная карта (рисунок 9) отражает возможное повышение температуры почти повсеместно на 2-4С, с максимальным - на 4-5С - в межгорных котловинах западной и центральной частей горной территории Алтайского региона - Уймонской, Чуйской и др.
Основные результаты и выводы исследования 1. Систематизирована история исследований ученых в области изучения изменений (колебаний) климата в виде четырех периодов: 1) начальный - линтуитивно-теоретический - с начала XIX в.; 2) вынужденного застоя - 1914-1945 гг.; 3) линтенсивного изучения - 1946-1987 гг.; 4) лактуальной активизации - с 1988 г.
2. В распределении приземной температуры воздуха равнинной территории Алтайского региона (Барнаул) выявлен статистически достоверный положительный тренд, более интенсивный, чем в среднем для России (0,9С за 1901-2000 гг.): 2,86С/167 лет или 1,8С/100 лет при увеличении средней температуры холодного периода (XI-III) на 3,6С/167 лет или 2,3С/100 лет, теплого периода (IV-X) - 2,4С или 1,4С соответственно. При продлении периода наблюдений до 2011 г. положительный тренд высокой обеспеченности сохраняется с некоторым замедлением темпов потепления вследствие возрастания суровости зим, начиная с 2005 г. Максимальная величина повышения годовой температуры воздуха в пределах всей территории Алтайского региона за 50летний период 1963-2011 гг. отмечена в межгорных котловинах Алтайской горной области (Кош-Агач +2,6С; Усть-Кокса +2,2С) при несколько меньших темпах на равнинах (Барнаул +1,8С) и в высокогорьях с воздействием фенов (Аккем +1,7С); минимальные темпы - на высокогорных перевалах с усиленным воздухообменом (Кара-Тюрек +1,3С). Потепление сопровождается изменениями дат перехода температуры воздуха через определенные пределы, особенно значительными для холодного периода года. Сохраняется вероятность опасных поздних весенних и ранних осенних заморозков. Наблюдается рост межгодовой изменчивости (контрастности) температуры сезонов года.
3. Распределение осадков имеет выраженный ритмический характер:
выделен вековой цикл (1862-1976 гг.) продолжительностью 115 лет, наиболее сухой период которого отмечался в 1862-1873 гг., вековой максимум - в 19071912 гг., с последующей регрессивной фазой, на фоне которой выделены засушливые периоды 1923-1936 (14 лет), 1947-1957 (11 лет) и 1969-1984 гг. (лет), чередующиеся с периодами повышенного увлажнения. В 1977 г. началась восходящая ветвь нового векового цикла, максимум которого вероятен в 2038 г. при последующем сокращении осадков.
4. Нарастание сумм тепла, как и сокращение теплообеспеченности летом происходит быстрее и энергичнее, чем остывание и прогревание зимой. Увлажненность конца весны-начала лета в лесостепных и степных районах Алтайского региона не соответствует интенсивности прироста тепла, что создает напряженность функционирования биотического компонента геосистем на фоне значительной межгодовой изменчивости осадков.
5. Оценки возможного воздействия климатического фактора урожайности зерновых культур в пределах степной и лесостепной зон Алтайского региона позволяют объяснить от 51 до 70% дисперсии (изменчивости) урожайности под воздействием наиболее значимых предикторов - температуры весенних месяцев (апрель и май), лета, количества осадков апреля, мая и летнего сезона.
6. Ожидаемые изменения термического режима к 2035 г. наиболее значительны в пределах равнинной территории Кулунды и межгорных степных котловин Алтайского региона. Совместный анализ прогнозируемых тенденций тепло- и влагообеспеченности свидетельствует о преобладающей направленности развития процессов аридизации территории как уменьшения степени увлажнения при сохранении процесса значительного регионального потепления.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Kharlamova N.F. Regional climate and environmental chance in Central Asia / Environmental Security and Sustainable Land Use / N.F. Kharlamova, V.S.
Revyakin / Edited Hartmut Vogtmann, Nikolai Dobretsov / Springer. The NATO Programmer for Security through Science. The Netherlands, 2006. - P.19-26.
2. Харламова Н.Ф. Геоинформационное моделирование климатических параметров на примере Сибирского региона / Л.А. Михайлова, Н.Ф. Харламова // Ползуновский вестник, 2006. - № 4-2. - С. 113-118.
3. Харламова Н.Ф. Современные изменения климата внутриконтинентальных районов России / Н.Ф. Харламова // Известия АлтГУ, 2006. - № 3(51).
Ц С. 47-52.
4. Харламова Н.Ф. Долговременные климатические изменения на внутриконтинентальной территории России (Алтайский регион) / Н.Ф. Харламова // Известия АлтГУ, 2010. - №3/1(67). - С. 133-140.
5. Харламова Н.Ф. Континентальность и океаничность как факторы формирования ландшафтной структуры территории / О.Н. Барышникова, Е.П.
Крупочкин, Е.М. Мезенцева, Р.С. Неприятель, Н.Ф. Харламова // Известия АлтГУ, 2010. - №3-1(67). - С. 89-92.
6. Харламова Н.Ф. Использование временных рядов вегетационного индекса NDVI для мониторинга растительного покрова степной зоны Западной Сибири / Н.Н. Михайлов, Л.А. Михайлова, Н.Ф. Харламова, Ч. Лхагвасурэн // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Естественные науки, 2010.Ц Вып. 12, №15(86). - С. 25-33.
7. Харламова Н.Ф. Современное состояние и тенденции изменений климата Кулунды / Н.Ф. Харламова, М.М. Силантьева // Известия АлтГУ, 2011. - №3/2(71). - С. 50-55.
8. Харламова Н.Ф.Зависимость урожайности зерновых культур в районах Кулунды от климатических факторов/ Н.Ф. Харламова, М.М. Силантьева // Известия АлтГУ, 2011. - №3/1(67). - С. 88-94.
9. Харламова Н.Ф.Обзор современного термического режима АлтаеСаянского экорегиона и возможные прогнозы / Н.Ф. Харламова, О.В. Останин // Известия АлтГУ, 2012. - №3-1 (75). - С. 147-152.
Публикации в других изданиях 1. Харламова Н.Ф. Алтай и Саяны. Максимальные снегозапасы. Карта М 1: 5000000 / В.С. Ревякин, Н.Ф. Харламова, Н.П. Бахтин / Атлас снежноледовых ресурсов мира. - М.: Рос. Академ. наук.1997. - С. 156.
2. Харламова Н.Ф. Алтай и Саяны. Число дней со снежным покровом.
Карта М 1: 5000000 / В.С. Ревякин, Н.Ф. Харламова, Н.П. Бахтин / Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. - М.: Рос. Академ. наук. 1997. - С. 156.
3. Харламова Н. Ф. Тенденции изменения современного климата в бассейне Верхней Оби / Н.Ф. Харламова / Экологический анализ региона (теория, методы, практика). Новосибирск, 2000. - С. 213-218.
4. Харламова Н.Ф. Оценка роли климатических изменений в эволюции природной среды внутренних районов Евразии с использованием ГИСтехнологий / Н.Ф. Харламова, Л.А. Михайлова / Университетская география:
Материалы Юбилейной научной конференции (9-10 декабря 2004 г.): - М.:
Географический факультет, 2005. - С. 294- 300.
5. Харламова Н.Ф. Региональные изменения климата и природной среды Центральной Азии / В.С. Ревякин, Н.Ф. Харламова / Мировой океан, водоемы суши и климат // Труды XII съезда Русского географического общества. Т. 5. - СПб, 2005. - С. 369-377.
6. Харламова Н.Ф. Климат и сезонная ритмика природы Барнаула: монография / Н.Ф. Харламова, В.С. Ревякин, Б.А. Леконцев. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2005. - 144 с.
7. Харламова Н.Ф. Колебания ледников и изменения климата в позднем голоцене по материалам исследований ледников и ледниковых отложений бассейна Актру (Центральный Алтай, Северо-Чуйский хребет): монография / В.П. Галахов, А.Н. Назаров, Н.Ф. Харламова. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2005. - 132 с.
8. Харламова Н.Ф. Региональные особенности изменений климата юга Западной Сибири / Л.А. Михайлова, Н.Ф. Харламова, Н.Н. Михайлов / International Conferenceon Scythian Archaeology and the Archaeology of the Altai Mountains, Ghent, HetPand, December 4th to 6th, 2006.
9. Харламова Н.Ф. Тенденции изменения параметров гидроклиматического режима в бассейне р. Обь с середины XVIII в. / Н.Ф. Харламова / География и геоэкология на современном этапе взаимодействия природы и общества: материалы Всероссийской науч. конф. Селиверстовские чтения (Санкт-Петербург, 19-20 ноября 2009 г.) - СПб: С-Петерб. ун-т, ВВМ, 2009. - С. 337-342.
10. Харламова Н.Ф. Тенденции изменения климата Алтае-Саянского региона / Н.Ф. Харламова / Изменение климата и непрерывное сохранение биоразнообразия в Алтае-Саянском экорегионе. Материалы межд. совещания 2327 июля 2010 г., Горно-Алтайск - с. Усть-Кокса. - Барнаул, 2010. - С. 10-24.
11. Харламова Н.Ф. Климатические изменения в пределах АлтаеСаянского экорегиона. Мировой океан, водоемы суши и климат / Н.Ф. Харламова // Труды XIII съезда Русского географического общества. - СПб., 2010. - Т. 5. - С. 369-377.
12. Харламова Н.Ф. Изменчивость гидрологических характеристик Верхней Оби под воздействием изменений регионального климата / Н.Ф. Харламова / Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Материалы третьей всероссийской конференции с международным участием. Барнаул, 24-28 августа 2010 г. - Барнаул: Изд-во АРТ, 2010. - С. 460-465.
13. Харламова Н.Ф. Климатические изменения в пределах АлтаеСаянского экорегиона / Н.Ф. Харламова / Мировой океан, водоемы суши и климат // Труды XIII съезда Русского географического общества. - СПб, 2010.
Ц Т. 5. - С. 369-377.
14. Харламова Н.Ф. Изменение устойчивости экосистем Кулунды (Алтайский край) в условиях изменений климата / Н.Ф. Харламова / Науки о Земле на современном этапе. Материалы III Международной научно-практической конференции (21.12.2011). - М.: Изд-во Спутник+, 2012. - С. 90-98.
Подписано в печать 31.10.2012. Формат 60х84 1/16.
Печать - цифровая. Усл. п. л. 1,39.
Тираж 100 экз. Заказ 2012 - 5Отпечатано в типографии АлтГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, тел.: (8-3852) 36-84-Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД №28-35 от 15.07.97 г.