Региональный климат Рязанской области, его вековая динамика и роль в эволюции ландшафтов

Региональный климат Рязанской области, его вековая динамика и роль в эволюции ландшафтов

4.2 Анализ физико-географических условий формирования стока на территории Рязанской области

Условия формирования стока оценивались нами по данным о стоке шести рек, протекающих по территории Рязанской области: Ока, Гусь, Пёт, Истья, Мокша и Проня. Для расчетов использовались данные, начиная с 1970 года, для того, чтобы оценить влияние современной климатической динамики на изменение годового стока. По М. И. Будыко именно начало 1970-х гг. является объективной границей, подтвержденной глобальными наблюдениями.

Для вышеперечисленных рек были рассчитаны площади бассейнов выше створов водомерных постов (Ока – с. Половское, Гусь – д. Мелюшево, Истья – д. Поповичи, Пёт – с. Потапьево, Мокша – с. Шевали-Майданы, Проня – д. Быково). Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Площади бассейнов рек выше створов водомерных постов

Истья берет начало на восточной периферии Среднерусской возвышенности и охватывает два различных природных региона с большим участием Окско–Донской равнины.

Исток Прони находится на восточном склоне Среднерусской возвышенности, а геометрический центр бассейна реки к востоку от города Михайлова, но также в пределах данной макроформы рельефа.

Геометрический центр бассейна реки Гусь находится на границе Рязанской и Владимирской областей. Бассейн реки Гусь характеризуется низкой контрастностью рельефа и высокой облесенностью, причем гидромелиоративная преобразованность сравнительно невысока. В целом сохраняются естественные условия формирования стока. Наименее трансформирован.

Для Пёта, берущего начало на Окско-Цнинском валу, характерно высокое разнообразие природных условий. Коренными породами являются глины и известняки. Распаханность бассейна меняется от почти сплошной до полного отсутствия. Продольные профили притоков Пёта не выработаны, сохранились пороги. В пределах бассейна Пёта местами развиты карстовые процессы.

Мокша также объединяет различные по природным особенностям территории, начинаясь на западном склоне Приволжской возвышенности, протекает через территорию Пензенской области, республики Мордовия. Распаханность при этом также существенно меняется: в верховьях она достаточно высока, в среднем течении менее значительна. В качестве коренных пород в верховьях выступают известняки, в среднем течении – юрские глины. На некоторых участках течение зарегулировано плотинами малых ГЭС.

Ока берет начало в центральной части Среднерусской возвышенности на границе Орловской и Курской областей. Геометрический центр бассейна реки находится в пределах Калужской области, на западном склоне Среднерусской возвышенности, который в современных условиях является аккумулятором осадков, приходящих с Атлантического океана, тогда как восточный склон характеризуется существенно меньшим их количеством, что обусловливает различия между Окой и Проней.

Юг и юго-восток Рязанской области занимает территория, где не проводится непосредственных гидрологических измерений.

Также был рассчитан объем стока за год, его минимальные, максимальные и средние значения за 1970 – 2006 годы (таблица 4).

Таблица 4. Показатели стока для рек Рязанской области за период 1970 – 2006

4.3 Региональные гидроклиматические взаимосвязи

Закономерности взаимосвязи стока различных рек. Основными факторами являются: близость расположения рек и площадь их бассейнов (рис. 1.4.3).

Рис. 1.4.3. Коэффициент корреляции многолетней динамики стока Оки и других изучаемых рек

Исходя из рис. 1.4.3, чем больше площади бассейнов и чем ближе они расположены, тем больше коэффициент корреляции многолетней динамики стока. Согласно исследованию ученых Института географии АН, в пределах 500 км коэффициент корреляции составляет не менее 0,7 у сопоставимых по площади бассейнов. Если расстояние между бассейнами составляет 1000 км, то коэффициент убывает и даже становится отрицательным, 1500 км – вновь положительный коэффициент, что, по-видимому, обусловлено характерным размером барических систем – циклонов и антициклонов. Таким образом, пространственная взаимосвязь стока в значительной степени определяется атмосферной циркуляцией, следовательно, территориальная близость весьма важна.

Модуль стока. Объем воды, проходящий через живое сечение реки за год, является важной величиной, но информативность ее ограничена. Более географичным является показатель, характеризующий интенсивность того или иного процесса, например, интенсивность водообмена (см. приложение 8). Таким показателем является модуль стока (л*сек/км2).

а)

б)

Рис. 2.4.3. Распределение средней величины модуля стока по территории Рязанской области за период: а) 1970 – 2006; б) 1990 – 2006

           < 4,0                                   4,5 – 5,0                                  5,5 – 6,0

4,0 – 4,5                                        5,0 – 5,5                                  > 6,0

Как показано на рисунке 2.4.3 (а), модуль стока зависит и от климатических, и от геолого-геоморфологических факторов. Максимальных величин данный показатель достигает на западном склоне Среднерусской возвышенности и северо-западной Мещере. На востоке возвышенности, в бассейне Прони он существенно меньше, что связано, по нашему мнению, не только с меньшим количеством осадков (рис 4.3.3), но и с запитыванием поверхностными водами Прони горизонтов подземных вод, приуроченных к известнякам. Характер падения известняков и морфология долины Прони весьма способствует подобным утечкам поверхностных вод. То же можно сказать и про сток Истьи.

Модуль стока Мокши, бассейн которой в значительной степени находится в пределах более континентальных районов Русской равнины достаточно близок к минимальным значениям.

Поверхностный сток с Окско-Цнинского вала и Мещеры близок к максимальным значениям. Этому способствует высокое количество осадков на северо-востоке региона (рис. 4.3.3) и выпуклая конфигурация кровли коренных пород Окско-Цнинского вала.

Если сопоставить данные рисунка 2.4.3 (а) с данными по последним 15 годам (рис. 2.4.3 (б)), когда эффект потепления и увлажнения климата проявляется особенно четко, можно отметить рост модулей стока рек, который в той или иной степени проявляется почти везде, кроме бассейна Мокши. Особенно значительно увеличение модуля стока в северной части Мещеры и западе Среднерусской возвышенности. В данном обстоятельстве проявляется нарастание контрастности климата Русской равнины в условиях роста интенсивности западного переноса (запад – все более увлажнен, восток – проявляется аридизация). Причиной может служить увеличение количества осадков, однако рост температуры способен нивелировать данное увеличение.

Для всех рек, за исключением Мокши, характерно увеличение модуля стока во времени (таблица 5).

Таблица 5. Линейный тренд модуля стока в разные десятилетия

Модули стока – такие показатели, которые позволяют количественно охарактеризовать различия между изучаемыми бассейнами и степень значимости этих различий. Для этого был использован метод дисперсионного анализа, смысл которого заключается в том, чтобы сгруппировать данные, например, модули стока рек по различным бассейнам, и оценить степень значимости имеющихся различий на основании сравнения дисперсии, то есть величин колебания модуля стока от года к году. Данный метод ценен тем, что даже при одинаковых средних модулях, но существенно различающихся дисперсиях, фиксируются различия между группами, поскольку в данном случае действительно имеют место различные природные режимы. Анализ только средних величин не позволяет зафиксировать имеющиеся в реальности различия.

Таблица 6. Результаты оценки значимости различий модуля поверхностного стока по бассейнам

Результаты расчетов, приведенные в таблице 6, показывают, что значимость позиционного фактора в целом невелика и составляет в большинстве случаев менее 20%, а остальные 80% следует отнести на счет климатической нивелировки и различных случайных факторов.

Наибольшая значимость различий наблюдается при присутствии дисперсии комплексных данных по Оке, как реке, имеющей множество специфических особенностей формирования стока: Ока формирует свой сток за пределами Рязанской области, в том числе под влиянием Московского региона и обладает значительной водностью.

Внутри региона различия измеряются 15% и менее, причем исключение из комплексов данных по Среднерусской возвышенности снижает различия до 12%, а исключение данных по Мещере и учет рек только Окско-Донской равнины вообще делает различия незначительными. Это подтверждает литературные данные о принципиальных различиях поверхностного стока в пределах основных морфоструктур Русской равнины и свидетельствует о том, что ведущий фактор подобных различий в пределах небольших регионов – геолого-геоморфологический, даже при таком сравнительно малоконтрастном рельефе, как в Рязанской области.

Коэффициенты вариации. Согласно известным закономерностям, коэффициент вариации является показателем либо мощности самой системы (применительно к нашим объектам – показателем интенсивности водообмена), либо масштабов влияния внешних факторов на систему. Зачастую оба обстоятельства действуют совместно. Внешними факторами в нашем случае могут быть колебания климата, различия в геолого-геоморфологических условиях в бассейнах, неоднородность хозяйственного освоения, особенно гидротехническое строительство.

Результаты расчетов коэффициентов вариации приведены в таблице 7.

Таблица 7. Коэффициенты вариации гидрометеорологических характеристик

Они свидетельствуют о существенно меньших колебаниях атмосферных осадков по сравнению со стоком. В этом находит подтверждение принцип изменчивости функций геосистем, которому Дьяконов К. Н. придает статус ландшафтного закона. Согласно данному принципу в любой геосистеме колебания внешних факторов меньше, чем собственных параметров на выходе, то есть временная изменчивость осадков меньше, чем параметра на выходе – стока.

В бассейнах высшего порядка происходит взаимная компенсация колебаний стока, следовательно, коэффициент вариации вновь снижается, но даже для Оки он не достигает столь низких значений, которые свойственны осадкам.

Принцип изменчивости функций объясняется внутренней сложностью системы, когда многократно передающийся импульс от компонента к компоненту увеличивает «шум», а трение расстояния – специфика любой пространственной системы – дополнительно снижает стабильность системы. Все это наблюдается в изучаемых бассейнах, особенно в тех из них, которые отличаются внутренним разнообразием природных условий (Мокша, Пёт). Максимума этот показатель достигает у Прони, так как наряду с разнообразием условий бассейн данной реки приурочен к возвышенности, где интенсивность водообмена повышена, а также имеются два водохранилища. Для Прони характерна совокупность факторов, наиболее благоприятствующая росту временных колебаний стока. Это как факторы мощности системы, так и факторы внешних воздействий.

Временные колебания осадков в Павельце несколько выше, чем в Елатьме. Колебание внешних воздействий по осадкам также высоко.

Анализ влияния климатических факторов на речной сток. Согласно данным литературы наиболее значимо речной сток зависит от колебаний осадков, в первую очередь, зимнего периода. Меньшее значение имеют метеоусловия теплого времени, так как реки переходят на автономный режим питания, а осадки подвергаются испарению и транспирации.

В случае близкого расположения к поверхности грунтовых вод возможно их испарение и снижение стока, но такие процессы характерны для более юго-восточных районов и для Рязанской области это в целом нетипично.

Важное влияние на сток могут оказывать метеоусловия переходных сезонов, в первую очередь апреля и октября, так как именно в данное время осуществляется подпитка грунтовых вод.

В случае интенсивного перевода поверхностного стока в подземный в данном сезоне среднегодовой сток будет более стабильным. Причем особую значимость для стока имеют условия предшествующего сезона.

Для установления связи стока с климатическими факторами использовались суммы осадков теплого (май - сентябрь), холодного (ноябрь – март) периодов, средняя температура за указанный период, температура и осадки апреля и октября.

Расчет производился для бассейнов рек Гусь и Проня, как бассейнов, ближайших к метеостанциям, по которым имеется наиболее полный ряд данных – Елатьма и Павелец. Использовался метод пошаговой регрессии с постепенной выбраковкой факторов, влияние которых на результат незначимо (см. пункт 2.3).

В ходе анализа рассчитывался также коэффициент детерминации – R2, характеризующий степень адекватности уравнения, реальных данных и вероятность ошибки (приемлемый уровень ошибки составляет 0,05 (5%)).

Результаты представлены в таблице 8. Факторы в приведенных зависимостях перечислены в порядке убывания их значимости независимо от характера их влияния (знак коэффициента).

Таблица 8. Связь стока с климатическими параметрами по результатам регрессионного анализа

Примечание: ОСХП, ОСТП и ОСо – осадки соответственно холодного периода (ноябрь – март), теплого периода (май – сентябрь) и октября данного года, в сотнях мм; ТХП, ТТП и То-пред - температура соответственно холодного, теплого периодов и октября предыдущего года, в 0С;  - уровень значимости.

Для Гуся наиболее значимыми оказались осадки холодного периода и осадки октября предшествующего года, что вполне закономерно. Однако достаточно значимой является роль осадков теплого периода (увеличивают сток реки Гусь). Таким образом, в условиях Мещеры вполне возможно достаточно интенсивное дождевое питание рек. В этой связи выглядит закономерным то, что модуль стока увеличивается наиболее интенсивно именно в Мещере, поскольку и осадки увеличиваются осенью и зимой. Сток реки Гусь зависит и от температуры холодного периода (чем ниже температура, тем сильнее промерзает почва, тем лучше условия для весеннего стока, следовательно, коэффициент отрицательный). Однако данная взаимосвязь наиболее слабая. Таким образом, сток реки гусь зависит главным образом от осадков.

Для Прони максимального значения коэффициент достигает также для осадков холодного периода, но роль данного фактора на порядок более значительна, чем для Мещерских рек (развитие эрозионного рельефа). Также существенно увеличивается влияние температуры холодного периода на сток Прони. В числе факторов появляется температура теплого периода и температура октября предшествующего года (в обоих случаях зависимость отрицательная).

Таким образом, для Прони, расположенной южнее, значительную роль играет фактор испарения, что способствует снижению среднегодового стока. Для реки Гусь роль фактора испарения практически не проявлялась.

Бассейн Прони, расположенный в условиях практически полной распаханности и, кроме того, на возвышенности, характеризуется зависимостью стока от зимнего промерзания почвы, поэтому влияние зимних температур для Прони существенно выше, чем для Гуся, где в условиях преобладания лесной растительности, почва может вообще не промерзать.

Таким образом, различия в уровнях зависимости стока от климатических параметров определяются как зональными различиями, так и геолого-геоморфологическими факторами, причем последние, по нашему мнению, в целом преобладают. Также проявляется влияние хозяйственной деятельности.

Сравнение величин коэффициентов при осадках и температуре позволило заключить, что отклик поверхностного стока на колебания осадков в 7 – 9 раз более значителен, чем на изменение температуры. Предположительно в последние годы увеличивается роль температурного фактора в формировании поверхностного стока.

Остатки от уровня регрессии характеризуют степени стационарности во времени процесса стока. При анализе можно выявить годы, существенно отличающиеся от других по факторам формирования стока, когда на него влияли неучитываемые внешние воздействия. Наличие тренда в остатках свидетельствует о направленном изменении стока во времени.

Анализ остатков от уравнений, рассчитанных для Гуся и Прони, свидетельствует о наличии значимого положительного тренда, то есть о закономерном росте стока, что подтверждают и другие методы исследования. Хорошо заметно, что положительные аномалии «группировались» в основном в 90-е годы. Современная динамика, то есть динамика в первые годы XXI века пока еще не установлена. Возможно, многоводные годы сменятся маловодными.

Характер колебания остатков во времени содержит информацию о характере устойчивости систем водосборов, в частности, опираясь на данные Пузаченко Ю. Г. [8], можно сделать вывод, что процессы в бассейне реки Гусь соответствуют так называемой модели Лапласа (значительная роль циклических автоколебаний). График остатков для Прони больше соответствует модели Пуассона. Различия в данных моделях сводятся к разным скоростям процессов и различиям в эффективности саморегуляции.

Модель Пуассона характеризует малостационарный процесс с интенсивным нарастанием и практически полным отсутствием внутренних стабилизирующих факторов. В результате резко возрастают случайные колебания с большой амплитудой. По нашему мнению, это обусловлено особенностями рельефа Среднерусской возвышенности, который способствует высоким скоростям движения воды как при таянии снега или дождевом стоке, так и при стекании воды по руслам рек. Более равнинный рельеф Мещеры, даже при отсутствии водоупора – юрских глин, способствует стабилизации процессов стока.

Итогом анализа особенностей формирования стока бассейнов рек является классификация водотоков на основе мер связности их гидрологических режимов (рис. 3.4.3). Четко выделяется две группы бассейнов: реки Мещеры и Окско-Донской равнины (Гусь, Пёт, Мокша) и реки более возвышенной территории (Истья, Проня, Ока). Внутри каждой группы прослеживается весьма тесная взаимосвязь. Это происходит из-за сходства природных условий формирования стока. Связь между группами выражена слабее, но также довольно значительна (коэффициент корреляции составляет 0,676). Это связано с близостью расположения бассейнов, что обусловливает сходство климатических параметров.

Рис. 3.4.3. Классификация водотоков Рязанской области на основе мер связности их гидрологических режимов

4.4 Климат как фактор динамики региональных экосистем

Как известно, 1990-е годы признаны самыми теплыми за последние 100 лет, и за последние 1000 лет. Изменения климатических условий за последние десятилетия оказывают значительное влияние на динамику экосистем.

Рассмотрим, как данные изменения повлияли на сельское хозяйство. Ю.А. Израэль и О.Д. Сиротенко была рассчитана динамика урожайности яровых зерновых культур в Ставропольском крае. Выяснилось, что климатообусловленная урожайность последних 20 лет увеличилась на 30% по сравнению с аналогичным по продолжительности периодом в середине прошлого века. Обеспеченность урожаев, превышающих 2 т/га, повысилась при этом более чем в пять раз. Также заметно увеличились влагозапасы метрового слоя почвы в июле на европейской территории России.

Согласно рассматриваемым в [11] сценариям на территории России с развитым сельским хозяйством ожидается увеличение осадков до 20 – 30% как зимой, так и летом. Температура зимнего периода будет расти быстрей, чем температура воздуха в теплый период года.

При глобальном потеплении существенно изменится физико-географическая зональность территории. Резко сократится площадь полярно-тундровой зоны – в европейской части России тундра должна практически исчезнуть. Значительно сократится и зона тайги, но пояс широколиственных лесов, занимающий сейчас сравнительно небольшую площадь, при потеплении образует сплошную широтную зону от западной границы страны до Тихого океана. Степная и лесостепная зона также расширится и продвинется на север до южных границ Московской области.

Однако при интерпретации подобных данных необходимо проявлять осторожность, учитывая, что эти модели отражают лишь необходимые, но не достаточные условия смены растительного покрова.

Анализ классического показателя теплообеспеченности растений – суммы температур воздуха за период с температурой выше 100С выявил, что северная граница земледелия, совпадающая с изолинией сумм, равной 10000С, к середине текущего столетия достигнет побережья Белого и Карского морей, т. е. почти вся европейская территория России станет пригодной для земледелия.

Изолиния сумм температур 22000С определяет северную границу территории, где в 90%лет могут созревать ранние сорта кукурузы, т.е. возможно интенсивное земледелие. Более того, в России появятся территории с суммами температур, превышающими 3400 – 36000С, где может быть создана база субтропического земледелия (хлопчатник, цитрусовые и др. теплолюбивые культуры).

При потеплении климата земельные ресурсы для интенсивного сельского хозяйства возрастут в 1,5 раза, а биологическая продуктивность земель в среднем на 25 – 30%.

Рассмотрим для Рязанской области изменение таких параметров как суммарная солнечная радиация, гидротермический коэффициент Селянинова, первичная биопродуктивность ландшафтов.

На рисунке 1.4.4 изображено изменение годовой суммарной радиации по данным метеостанций Павелец и Елатьма. Как видно, за период с 1936 по 2003 произошло некоторое снижение данного показателя на величину, примерно равную 90 – 100 МДж/м2. Этому способствовало усиление влияния Атлантики, а именно рост количества циклонов. Максимум же наблюдался в конце 30-х гг. за счет устойчивой антициклональной погоды, формировавшейся вследствие закономерной эволюции форм циркуляции атмосферы в северном полушарии. Распространение на европейскую территорию отрогов Азорского максимума и Азиатского антициклона было необходимым и закономерным этапом этой эволюции [10]. В последние годы вновь наблюдается рост данного показателя, однако он не достиг уровня конца 30-х гг. XX века.

Рис.1.4.4. Изменение годовой суммарной радиации за период с 1936 по 2003 годы

Также нами был рассчитан гидротермический коэффициент Селянинова (рис. 2.4.4) – «коэффициент увлажнения вегетационного периода» – характеризует сбалансированность ресурсов тепла и влаги в период активной вегетации. Он позволяет дать приближенную оценку благоприятности климата для сельскохозяйственных культур. По данным большинства авторов, максимальные урожаи зерновых отмечаются при ГТК=1,2; значения свыше 2,0 свидетельствуют о значительном переувлажнении (наблюдалось в 1978, 1990, 1993); ГТК менее 0,6 соответствует сильной и очень сильной засухе (отмечалась в области повсеместно в 1936, 1938, 1972 гг., в 1981 и 2002 гг. – только в Мещере). Анализ динамики ГТК показывает, что происходящие изменения направлены в сторону оптимизации увлажнения: тенденция к переувлажнению 1970-1980-х гг. сейчас не проявляется, а среднее значение ГТК за период «глобального потепления» (начиная с 1970 г.) практически точно составляет – на севере и на юге области – «оптимальное» значение 1,2 (против 1,0 в середине ХХ в.). Этим, в частности, можно объяснить высокие урожаи прошлых лет на территории Рязанской области.

Рис. 2.4.4. Изменение гидротермического коэффициента Селянинова по данным метеостанций Павелец и Елатьма

В таблице 9 охарактеризованы вековые изменения климатических условий функционирования различных растительных сообществ. Из таблтцы следует что наблюдаемая климатическая динамика отличается прежде всего сопряженным ростом ресурсов тепла и влаги («термогумидным трендом»), причем происходят не просто изменения средних значений метеоэлементов, но существенные климатические сдвиги, способные в будущем повлиять на границы природных зон.

В частности, климатическая ситуация в начале XX века в Елатьме благоприятствовала развитию там хвойно-широколиственных подтаежных лесов. В настоящее время возрастание суммы активных температур до 23800С, а количества осадков примерно до 700 мм пока еще не препятствует функционированию подтаежных геосистем, но обеспечивает возможность существования дубово-осиновых лесов и остепненных сосняков.

Таблица 9. Изменения условий существования растительных сообществ в Рязанской области в связи с климатической динамикой (с 1930-х гг. по начало XXI в.)

Дальнейший рост суммы биологически активных температур при возрастании или сохранении уровня осадков будет способствовать переходу данной территории в состав зоны широколиственных лесов.

На юге области нет принципиальных различий между направлением развития сообществ Окско-Донской равнины (район Ряжска) и Среднерусской возвышенности (район Павельца). Климатические условия прошлых десятилетий соответствовали параметрам, свойственным северной границе лесостепи. Тенденция к одновременному росту температуры и увлажнения не исключает пока возможности развития луговых степей, но все же более благоприятна для существования восточно-европейских дубрав. Согласно вышеуказанным данным в будущем наиболее вероятно ожидать увеличения количества осадков во всем Центральном регионе России в независимости от особенностей рельефа в соответствии с климатическими аналогами оптимумов голоцена и микулинского межледниковья. В этих условиях в развитии геосистем юга Рязанской области появляется еще один возможный вариант – складывание условий для распространения грабово-дубовых лесов, характерных сейчас для более юго–западных регионов.

Таким образом, современные климатические процессы во многом укладываются в тенденции, характерные для их палеоаналогов, что весьма существенно для процессов зональной динамики. По ряду параметров текущие процессы более значительны, чем в климатический оптимум голоцена.

Необходимо подчеркнуть, что скорость климатических изменений на 1 – 2 порядка выше реальной скорости динамики природных зон, поэтому реальный сдвиг зональных границ возможен лишь при сохранении устойчивой тенденции современных изменений на протяжении нескольких десятилетий. Однако существуют указания на то, что к 2030-м гг. в процессе «глобального потепления» произойдет переход к термоаридному тренду (по правилу Воейкова: «тепло на севере – сухо на юге»), и процессы начнут развиваться по неблагоприятному сценарию.

Видовая структура сообществ – достаточно консервативный параметр, откликающийся на климатические изменения со значительным запаздыванием, в отличие от первичной биопродуктивности. Как следует из данных рисунка 3.4.4, начиная с середины XX века, наблюдается значительный рост продуктивности зональных сообществ, наиболее значительный в ландшафтах Мещеры. При этом в настоящее время прирост достиг значений, типичных для западноевропейских широколиственных лесов (12 – 14 т/га, что примерно на 1/3 выше зональной нормы).

Рис. 3.4.4. Динамика первичной биопродуктивности ландшафтов за период с 1936 по 2007 гг.

Вышеприведенные факты указывают на значимость происходящих климатических изменений, которые при сохранении существующих тенденций могут привести к серьезным изменениям в природной среде: усилению водообмена, росту биопродуктивности и в будущем – сдвигу границ природных зон.

4.5 Предполагаемые перспективы климатических изменений и сопряженных с ними преобразований ландшафтов

Региональный подход к оценке глобальных изменений правомерно рассматривается как один из ведущих методологических аспектов географической экологии, призванной решать глобальные экологические проблемы (Коломыц, 2003).

Анализ данных по Рязанской области позволил выявить отличия климатической ситуации во второй половине XX века и начале XXI века.

Кроме того, был выявлен отклик на климатические изменения таких интегральных характеристик ландшафтов, как сток, биопродуктивность и почвообразование.

Современная климатическая динамика (в частности рост количества осадков) привела к увеличению стока рек на территории Рязанской области.

Термогумидная направленность климатических изменений привела к изменению процессов почвообразования – гумидизации и наступлению леса на степь.

Наблюдается также консервация биопродуктивности на более высоком уровне.

Необходимо отметить, что отклик данных характеристик заметен только при действительно значимых климатических изменениях. Сохранение направленности климатических изменений может повлиять на видовую структуру сообществ, которая является более консервативным параметром. Возможно, что в недалеком будущем на территории Рязанской области будут преобладать широколиственные леса со значительным участием мелколиственных пород.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы было выявлено следующее:

1. За период с конца XIX в. по начало XXI в. произошло увеличение глобальной среднегодовой температуры примерно на 10С. При этом на протяжении рассматриваемого времени можно выделить периоды относительного потепления и похолодания. Наиболее интенсивный рост температуры наблюдается, начиная с начала 1970 гг. ( сейчас коэффициент линейного тренда составляет 0,40С/10 лет, тогда как в начале XX века он равнялся 0,030С/10 лет). Также возросло и количество осадков. Предполагаемой естественной причиной климатических изменений ученые считают изменение количества солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы в результате колебания солнечной постоянной, колебания радиации из-за изменений астрономических параметров земной орбиты или из-за ослабления радиации стратосферным аэрозолем после крупных вулканических извержений взрывного типа. Из антропогенных причин можно назвать увеличение концентрации углекислого газа и малых примесей в атмосфере, рост производства энергии, который приводит к дополнительному нагреванию атмосферного воздуха и другие.

В результате происходящих изменений уже можно выявить серьезные последствия. Так, например, это сокращение площади ледников (до 50% по сравнению с началом XX века) и уменьшение толщины морских льдов (на 1 – 2 м), изменение границ и толщины снежного покрова в умеренных и высоких широтах (смещение 00 изотермы на 120 км к северу), изменение структуры кораллов в тропических широтах (разрушение и изменение окраски), увеличение длины вегетационного периода на 7 – 10 дней, смещение сроков наступления сезонных явлений в жизни растений и животных (более ранние сроки наступления весенних явлений (на 6 – 8 дней) и более поздние – осенних (также на 6 – 8 дней), расширение границ ареалов растений и животных к северу.

2. В течение рассматриваемого периода на территории Рязанской области также наблюдались климатические изменения. При этом периоды климатической динамики, которые можно выделить на протяжении XX века, в целом совпадают с аналогичными периодами, выделенными М. И. Будыко для мира (до середины 40-х гг. XX века – преимущественное потепление, относительное похолодание до конца 60-х гг. и новая фаза потепления с начала 70-х гг. по настоящее время). Нами было установлено, что за рассматриваемый период времени среднегодовая температура увеличилась более чем на 1,50С, зимние температуры в целом возросли на 50С, а летние снизились на 2 – 30С. Произошло увеличение количества осадков. Прирост составил около 100 мм.

В связи со снижением среднегодовой амплитуды температур коэффициент Хромова снизился примерно на 1,5%.

По сравнению с началом XX века произошло снижение по модулю суммы температур ниже -100С (примерно на 2250С), а также некоторое уменьшение суммы активных температур (примерно на 500С). Снизилась продолжительность периода с суммой температур ниже -100C (на 18 дней) и увеличилась продолжительность периода с суммой активных температур (на 3 дня). Сумма температур выше +150C также снизилась по сравнению с 1886 годом.

3. На основе полученных нами данных можно выявить ряд отличий в современной климатической динамике на территории Рязанской области по сравнению с серединой XX века. В частности, летние температуры оказались на 2 – 30С выше среднемноголетних, однако данная тенденция характерна лишь для первых нескольких лет XXI века, не является устойчивой и была связана с засушливым периодом. Сейчас снова наблюдается обратный процесс – процесс снижения летних температур. Сохраняется субширотное простирание июльских изотерм, при этом они проходят практически перпендикулярно преобладающим северо-западным ветрам.

Простирание январских изотерм в субмеридиональном простирании в целом сохраняется и в начале XXI века. При этом по сравнению с серединой прошлого столетия произошло увеличение средней температуры января примерно на 50С.

Количество осадков на Среднерусской возвышенности осталось практически неизменным, однако сейчас здесь расположен один из минимумов осадков, тогда как еще в конце 80-х гг. в этом районе отмечался один из их максимумов.

По нашим данным приблизительно на 200 – 2500С увеличились суммы активных температур. На 7 – 10 дней в среднем произошло увеличение длительности вегетационного периода.

По сравнению с 1965 годом примерно на 0,4 увеличился коэффициент увлажнения. Современные значения коэффициента увлажнения на территории Рязанской области почти повсеместно соответствуют северной периферии широколиственно-лесной и подтаежной природных зон.

4. Речной сток зависит как от климатических, так и от геолого-геоморфологических факторов. На основе полученных нами данных наиболее значимыми климатическими факторами для стока рек Рязанской области являются осадки, в первую очередь холодного периода, а также зимние температуры. Данные факторы могут значительно усиливаться, или наоборот ослабляться геолого-геоморфологическими факторами и хозяйственной деятельностью человека (например, бассейн Прони, расположенный в условиях практически полной распаханности и, кроме того, на возвышенности, характеризуется зависимостью стока от зимнего промерзания почвы, поэтому влияние зимних температур на сток тоже существенно увеличивается).

Сравнение величин регрессионных коэффициентов при осадках и температуре позволило заключить, что отклик поверхностного стока на колебания осадков в 7 – 9 раз более значителен, чем на изменение температуры.

В целом на всей территории России суммарная годовая величина стока рек является устойчивой. Отклонения стока в отдельные годы невелики и за 21 год не превышают 9 – 10%.

5. Климатическая динамика, наблюдаемая на территории Рязанской области, отличается сопряженным ростом ресурсов тепла и влаги («термогумидным трендом»). Проведенный нами анализ интенсивности происходящих изменений, а также вариационный анализ среднегодовой и зимней температур позволил придти к выводу, что происходят не просто изменения средних значений метеоэлементов, но существенные климатические сдвиги, способные в будущем повлиять на границы природных зон. Термогумидный тренд современного климата привел к многовариантности развития экосистем, к приближению климатических условий на территории области к более северным (по ресурсам увлажнения) и к более западным (по ресурсам тепла). При сохранении существующих тенденций через несколько десятилетий следует ожидать значимых изменений в природной среде: усилению водообмена, росту биопродуктивности и в будущем – сдвигу границ природных зон.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.       Агроклиматические условия Рязанской области. Под редакцией Крючкова М. М. Рязань, 1989. – 53 с.

2.       Антропогенные изменения климата: Монография / М.И. Будыко и др./ Под редакцией М.И. Будыко, Ю.А. Израэля. – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 407 с.

3.       Атлас Рязанской области – М., 1965. – 36 с.

4.       Атлас Рязанской области – М., 2006. – 72 с.

5.       Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков А.А. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. М., Наука, 1986.

6.       Бардин М.Ю. Изменчивость температуры воздуха над западными территориями России и сопредельными странами в XX веке. // Метеорология и гидрология. №8, 2002. с. 5 – 23.

7.       Борзенкова И.И. О природных индикаторах современного глобального потепления. // Метеорология и гидрология. №6, 1999. с. 98 – 109.

8.       Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. – Л.: ГМИ. 1980.

9.       Гирс А.А., Кондратович К. В. Методы долгосрочных прогнозов погоды. Л., Гидрометеоиздат, 1978. – 343 с.

10.  Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия. Под редакцией Котлякова В. М., М., ГЕОС, 2000 г.

11.  Израэль Ю.А., Сиротенко О.Д. Моделирование влияния изменений климата на продуктивность сельского хозяйства России. //Метеорология и гидрология. №6, 2003. с. 5 – 17.

12.  Касаткина Е.А., Шумилов О.И., Канатьев А.Г. Проявления циклов солнечной активности в атмосфере Северной Атлантики и Европы. // Метеорология и гидрология. №1, 2006. с. 55 – 59.

13.  Коломыц Э.Г. Региональная модель глобальных изменений природной среды. М., Наука, 2003. – 371 с.

14.  Кондратьев С.А., Бовыкин И.В. Влияние возможных климатических изменений на гидрологический режим системы водосбор – озеро. // Метеорология и гидрология. №10, 2003. с. 86 – 96.

15.  Кренке А.Н., Чернавская М.М. Климатические экстремумы на территории России \\ Природа, №7, 2003 год, с. 62 – 66.

16.  Крыжов В.Н. Связь средних месячной, сезонной и годовой температур воздуха на севере России с индексами зональной циркуляции зимой. // Метеорология и гидрология. №2, 2003. с. 15 – 28.

17.  Логинов В.Ф. и др. Оценка вклада естественных и антропогенных факторов в изменчивость солнечной радиации на поверхности Земли. // Метеорология и гидрология. – 1983, №8. – С. 55-60.

18.  Лурье П.М., Панов В.Д. Влияние изменений климата на гидрологический режим р. Дон в начале XXI столетия. // Метеорология и гидрология. №4, 1999. с. 90 – 97.

19.  Мохов И.И., Хон В.Ч. Гидрологический режим в бассейнах сибирских рек: модельные оценки изменений в XXI веке. // Метеорология и гидрология. №8, 2002. с. 77 – 91.

20.  Национальный доклад по проблемам изменений климата. – М.,2002. – 29 с.

21.  Нестеров Е.С. О фазах североатлантического колебания. // Метеорология и гидрология. №1, 2003. с. 64 – 73.

22.  Оганесян В.В. Изменения климата Москвы с 1879по 2002 г. в значениях экстремумов температуры и осадков. // Метеорология и гидрология. №9. 2004. с. 31 – 37.

23.  Официальный сайт Федерального агентства лесного хозяйства Министерства сельского хозяйства Российской Федерации www.rosleshoz.gov.ru

24.  Природа Рязанского края: Монография / Кривцов В.А. и др. / Под ред. В.А. Кривцова; Ряз. гос. пед. ун–т им. С.А. Есенина. – Рязань, 2004. – 257 с.

25.  Природа Рязанской области: Монография/В.А. Кривцов и др./ Под редакцией В.А. Кривцова; Ряз. гос. ун-т им. С.А. Есенина. – Рязань, 2008. – 407 с.: ил.

26.  Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях: Учебное пособие для студентов ВУЗов. – М.: «Академия», 2004 – 416 с.

27.  Семенов В.А., Семенова И.В. Антропогенные и климатические изменения гидрологического и гидрохимического режимов рек бассейна Верхней Оки. // Метеорология и гидрология. №10, 2003. с. 76 – 85.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5