Роль місцеположень у диференціації тепла і вологи у Гірському Криму

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Таврійський національний університет ім. В. І. Вернадського

УДК 574+551: 477(75)

РОЛЬ МІСЦЕПОЛОЖЕНЬ У ДИФЕРЕНЦІАЦІЇ ТЕПЛА І ВОЛОГИ У ГІРСЬКОМУ КРИМУ

11.00.01 - фізична географія, геофізика і геохімія ландшафтів

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Смирнов Віктор Олегович

Сімферополь 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі геоекології у Таврійському національному університеті ім. В. І. Вернадського

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор Боков Володимир Олександрович, Таврійський національний університет ім. В. І. Вернадського Завідувач кафедри геоекології

Офіційні опоненти: Петлін Валерій Миколайович, доктор географічних наук, професор, завідувач кафедри конструктивної географії та картографії, Львівський національний університет ім. І.Я. Франко

Корженевський Владислав В'ячеславович, доктор біологічних наук, професор, головний науковий співробітник відділу флори та рослинності, Нікітський ботанічний сад - Національний науковий центр.

Захист відбудеться «9» квітня 2010 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.051.03 у Таврійському національному університеті ім. В. І. Вернадського за адресою: 95007, м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 20, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету ім. В. І. Вернадського (95007, м. Сімферополь, проспект Академіка Вернадського, 4).

Автореферат розісланий «6» березня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор географічних наук, професор Позаченюк К. А.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Аналіз місцеположення традиційно займає важливе місце у географії. Дослідження місць місцеположення дозволяє деталізувати розрахунки фізико-географічних та екологічних параметрів, поглибити причинно-наслідковий аналіз, удосконалювати прогноз і картографування. Нові можливості для вивчення ролі місцеположення у межах просторової диференціації географічних явищ відкриває геотопологічний аналіз, в основі якого знаходиться виділення геотопів (однорідних ділянок земної поверхні) і знаходження зв'язків у просторовому розподілі явищ із геотопами.

Приклади практичного застосування геотопологічного аналізу з метою деталізації місцеположення і пояснення розподілу тепла та вологи для території Криму проводилися лише для окремих ділянок локального рівня. Але системного осмислення цього питання в умовах Криму не було. Недостатньо повно розглянуто питання щодо можливості геотопологічного аналізу місцеположення на різних просторово-часових рівнях організації геосистем.

Таким чином, актуальним є питання поглиблення вивчення місцеположення за допомогою геотопологічного аналізу території Гірського Криму на різних просторових рівнях і визначення впливу геотопів на потоки тепла і вологи.

Об'єкт дослідження - місцеположення Гірського Криму на декількох масштабних рівнях.

Предмет дослідження - аналіз показників тепла і вологи у ландшафтах Гірського Криму на різних просторових рівнях на підставі врахування місцеположення.

Мета дослідження - виявлення ролі місцеположення в межах диференціації тепла і вологи на території Гірського Криму на базі геотопологічного аналізу на різних просторових рівнях.

Завдання дослідження:

1. Теоретично-методологічні - аналіз та уточнення змісту понять «геотоп» і «місцеположення», розкриття ролі місцеположення у диференціації тепла і вологи у ландшафтах на різних просторових рівнях території, виявлення механізмів зв'язку геотопів і місцеположень із розподілом показників тепла і вологи, визначення взаємозв'язку геотопів із компонентами ландшафтів. гідрометеорологічний тепло волога ландшафт

2. Методичні - знаходження і апробація методів об'єктивного виявлення геотопологічної структури території на різних просторових рівнях у Гірському Криму. Розробка методики виділення геотопів і місцеположень більш високих рівней на базі геотопів і місцеположень нижчого рівня за допомогою генералізації та інших процедур. Розробка алгоритму розрахунку показників тепла і вологи за допомогою використання ГІС-технологій, матеріалів мережевих гідрометеорологічних спостережень, тематичних карт, матеріалів довідників і розрахункових методів.

3. Практичні (прикладні) - розрахунки показників тепла та вологи для різних місцеположень, складання картосхем розподілу тепла та вологи.

Наукова новизна.

У теоретичному аспекті:

1. Уперше системно розглянуто роль місцеположення у формуванні диференціації тепла і вологи в умовах Гірського Криму на різних просторових рівнях.

2. Зроблено більш повну і детальну класифікацію місцеположень щодо механізмів прояву трансформації потоків тепла і вологи.

3. Виявлено два варіанти місцеположень: 1) місцеположення, що характеризуються тільки просторовими показниками; 2) місцеположення, які включають також характеристики ландшафту: властивості літології, ґрунтів, рослинності тощо. Другий варіант може включати декілька рівнів в залежності від повноти обліку ландшафтних характеристик.

4. Уточнено механізми формування диференціації тепла і вологи залежно від розташування, характеру потоків речовини та енергії, субстрату та структури ландшафтів.

5. Показано можливість застосування знань щодо геотологічної структури території для вирішення завдань оцінки зволоження та індикації рослинного покриву на різних просторових рівнях у Гірському Криму.

У методичному аспекті:

1. Виявлено, що процес виділення геотопів і місцеположень поєднує об'єктивне і суб'єктивне. Наявність структурних ліній (вододільних ліній, ліній тальвегів, перегинів схилів, морфоізографів) дає можливість однозначного проведення частини кордонів, однак розпланування території за крутістю та експозицією доводиться проводити, керуючись здоровим глуздом або сформованими уявленнями, які розрізняються у різних компонентних науках та в рівнинних і гірських регіонах.

2. Знайдено та апробовано на різних просторових рівнях підхід, який дозволяє виявляти, аналізувати і картографувати геотопи в Гірському Криму.

У прикладному аспекті:

Розроблено алгоритм розрахунку показників тепла та вологи для ландшафтних комплексів різного просторового рівня на основі якого на мікрорегіональному рівні (Гірський Крим) побудовано 52 карти для 11 параметрів тепла і вологи за різні періоди, на макролокальному рівні (Ялтинський амфітеатр) - 16 карт, на локальному рівні (територія заповідника «Мис Март'ян») - 86 карт.

Уперше для території Гірського Криму на основі врахування місць розташування побудовані бази даних (відображені в цифровій картографічній і табличній формах), що включають інформацію про геотопологічні параметри території, ландшафтні компоненти території, значення параметрів тепловологозабеспеченності у межах геотопів.

На захист виноситься:

- теоретичне обґрунтування та зміст процедури виявлення геотопів і місцеположень (у зв'язку з різними видами потоків тепла і вологи) з метою визначення показників тепла і вологи ландшафтів.

- уточнення процесів формування диференціації тепла і вологи на підставі місцеположень як первинних елементів формування ландшафтної структури.

- алгоритм розрахунку показників тепла і вологи ландшафтів різного просторового рівня на основі врахування геотопологічних параметрів.

- карти компонентів радіаційного, теплового та водного балансів.

Методологія та методи дослідження.

Концептуальною основою дослідження виступають розробки Г. М. Висоцького, Б. Б. Полинова, Л. Г. Раменського, М. А. Глазовської, А. Г. Ісаченко, М. Д. Гродзинського, у яких формулюється уявлення про те, що просторова структура геосистем (їх морфологія, просторові послідовності) відображає процеси, що їх створили і перетворили, мали місце у минулому, і визначає процеси, що відбуваються нині, і очікувані у майбутньому потоки і перенесення ними речовини та енергії. Робота базується на геотопологічній парадигмі (розвинена О. М. Ласточкіним), як один з напрямів вивчення територіальної структури природних комплексів, і концепції геотопологічного детермінізму - твердження про стійкі зв'язки просторового розподілу географічних явищ із геотопами.

Для досягнення поставленої мети у роботі використані наступні методи: польових стаціонарних досліджень, маршрутних спостережень, картографічний, статистичний, картографо-математичне моделювання.

Результати розрахунків різних ландшафтно-геофізичних параметрів, геотопологічної структури території, рослинний і ґрунтовий покрив картографувалися за допомогою картографічного модуля в ArcGis 9.1. Обробка і аналіз отриманих даних проводилися у модулі Spatial Analist, складено відповідні бази даних розглянутих параметрів для геотопів кожного просторового рівня. Крім того, у роботі знайшли широке застосування методи картографічної інтерполяції модуля ArcGis 9.1 Spatial Analist.

Комп'ютерне картографування здійснювалося з використанням ліцензійної комп'ютерної програми ArcGis 9.1 у Науково-дослідному центрі технологій сталого розвитку Таврійського національного університету ім. В. І. Вернадського. За особливостями методики комп'ютерного картографування автора консультували директор НДЦ-ТСР, к. м. н. С. О. Карпенко, науковий співробітник НДЦ-ТСР І. В. Глущенко.

Для знаходження просторових взаємозв'язків місцеположень та компонентів ландшафту, а також показників тепла і вологи використано множинний і лінійний регресійний аналіз, непараметричні статистичні тести - поліхорічний коефіцієнт Пірсона - Чупрова, рангові коефіцієнти Спірмена і Тау-Кендала.

У межах заповідника «Мис Март'ян» проведено визначення вологості ґрунтів проводили на початку кожного місяця з травня 2008 по листопад 2008 року за методом Л. Ф. Каплюк (1968). За особливостями методики визначення вологості ґрунтів на території заповідника «Мис Март'ян» автора консультувала старший науковий співробітник відділу агроекології НБС-ННЦ УААН, к. б. н. Р. М. Казимирова.

Проведено дослідження затримання опадів пологом лісу, щомісячні спостереження за вологістю ґрунту, люксометричні спостереження пропускної здатності рослинних асоціацій щодо потоків сонячної радіації; спостереження за випаровуванням під пологом лісу, затриманням опадів рослинним покривом. Проведено картування рослинного покриву у рамках пробних площ.

Для визначення пропускної здатності рослинних асоціацій щодо потоків сонячної радіації використано люксометричний метод, розроблений Н. М. Вигодською.

Крім досліджень у межах заповідника «Мис Март'ян», проведено польові маршрутні та стаціонарні спостереження у межах Ялтинського гірського амфітеатру. Для уточнення кліматопів рослинних угруповань і карти рослинного покриву вироблено геоботанічний опис рослинного покриву у 12 пунктах метеоспостережень Ялтинського амфітеатру за методикою В. Н. Голубєва і В. В. Корженевського (1985).

Вихідні матеріали. В основу дисертаційного дослідження покладено матеріали польових експедицій, проведених автором самостійно та у складі експедицій географічного факультету ТНУ ім. В.І. Вернадського у 2001-2008 рр., фондові та опубліковані картографічні матеріали, довідкові матеріали. Основу польових досліджень складають дослідження на території природного заповідника «Мис Март'ян» (АР Крим, м. Ялта, смт. Нікіта), проведені у 2007-2008 роках. Використано середньобагаторічні дані метеорологічних спостережень: понад 100 метеорологічних постів і 40 метеорологічних станцій 2 розряду.

У роботі використано фондові картографічні та статистичні матеріали Гідрометеорологічної служби, результати багаторічних досліджень НБС-ННЦ, Карадазького природного заповідника, кафедри геоекології Таврійського національного університету ім. В. І. Вернадського.

Практичне значення роботи. Результати дослідження можуть використовуватися при вирішенні завдань різномасштабного картографування компонентів ландшафтних комплексів, потоків тепла і вологи, їх індикації щодо цілей територіального планування, управління, науково-дослідницької діяльності. Отримані дані дозволяють удосконалити організацію системи екологічного моніторингу, розробити заходи щодо збереження біологічного та ландшафтного різноманіття, поглибити знання про лісорослинні умови. Результати дослідження можуть бути використані для розвитку методів дистанційного дослідження земної поверхні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження за темою дисертаційної роботи були складовою частиною науково-дослідницьких тем: „Дослідження лісорослинних умов, водно-теплового режиму і екзогенних геоморфологічних процесів у Гірському Криму з використанням електронних автоматизованих систем моніторингу і геоінформаційних технологій” (2002-2004), „Просторово-часова модель гірничо-лісових територій України з метою управління” (2005-2007), „Прогноз екогеодинамічних процесів у Гірському Криму в умовах зміни клімату” (2008-2009) та міжнародного проекту EnviroGRIDS-Building Capacity for a Black Sea Basin Observation and Assessment System supporting Sustainable Development (Project number 226740 Call (part) identifier FP7-ENV-2008-1) (2009-2012), «Організація раціонального природокористування території Криму на геотопологічній основі» (номер держреєстрації 0101 U005763) (2006-2010).

Матеріали польових досліджень у заповіднику „Мис Март'ян” включено до Літопису природи заповідника за 2007-2009 рр.

Отримані авторські права на наукові матеріали «Алгоритм розрахунку ландшафтно-геофізичних параметрів на локальному просторовому рівні».

Особистий внесок автора у роботу. Основні положення, викладені у дисертації, були сформульовані автором самостійно. У роботах із співавторами автору належить систематичний виклад ролі місцеположення у диференціації тепла і вологи у Гірському Криму.

Апробація роботи. Результати роботи доповідалися на Всеукраїнській конференції молодих учених «Актуальні питання сучасного природознавства» (Сімферополь, 2003); Міжнародній науковій конференції „Геополітичні і географічні проблеми Криму в багатовекторному вимірі України” (Сімферополь, 2004); Всеукраїнській конференції „Екологічні проблеми регіонів України” (Одеса, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції «Раціональне природокористування» (Москва, 2005); Регіональній науково-практичній конференції «Заповідники Криму: заповідна справа, біорізноманіття, екорізноманіття» (Сімферополь, 2007, 2008, 2009), на Міжнародній науковій конференції «Моніторинг природних і техногенних середовищ» (Сімферополь, 2008), а також на щорічних (2001-2009) наукових конференціях професорсько-викладацького складу Таврійського національного університету ім. В. І. Вернадського.

Публікації результатів. За темою дисертації опубліковано 24 друковані роботі, у тому числі 9 робіт у виданнях затвержених ВАК України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація включає вступ, 5 розділів, висновок та додатки (окремий том). Список використованих літературних джерел становить 219 видань. Загальний обсяг роботи 195 сторінок. Робота містить 98 рисунків, 35 таблиць, 16 формул. Додаток містить 134 рисунки, 15 таблиць, що пояснюють методичні та описові матеріали. Загальний обсяг програми складає 214 сторінок.

Основний зміст роботи

У першому розділі розглянуто історію формування уявлень щодо місцеположення. Особливу роль у розвитку цього напрямку досліджень зіграли Г. М. Висоцький, Л. Г. Раменський, Б. Б. Полинін, А. Г. Ісаченко, Е. Неєф, К. Раман, Б. Б. Родоман, О. Ю. Ретеюм, М. Д. Гродзинський, К. М. Дьяконов, В. М. Петлін, Р. Формен. Системне поглиблення даних уявлень було зроблено у дослідженнях О. М. Ласточкіна, який сформулював морфодинамічну концепцію і концепцію геотопологічного детермінізму. У роботах В. В. Сисуєва і П. О. Шарого показано можливості математичного моделювання виділення місць розташування та комп'ютерного картографування.

Проаналізовано результати ландшафтних і екологічних досліджень у Кримському регіоні на базі просторового аналізу у роботах Г. Є. Гришанкова, П. Д. Подгородецького, В. В. Корженевського, О. А. Клюкіна, В. О. Бокова, К. А. Позаченюк, Т. В. Бобра, А.І. Личака.

У другому розділі розглянуто методику картографування геотопів і, місцеположень Гірського Криму. Геотопи виділялися на трьох рівнях: Гірський Крим загалом (аналіз проводився за допомогою карт масштабу 1:1 000 000, мікрорегіональний рівень), Ялтинський амфітеатр (масштаб 1:50 000, макролокальний рівень), заповідник "Мис Март'ян" (масштаб 1:1 000, локальний рівень).

На локальному і макролокальному рівнях геотопи виділялися на підставі систематики елементарних поверхонь, запропонованих О. М. Ласточкіним (1995, 2002): вододільні лінії, тальвеги, позитивні і негативні перегини на схилах, лінії найбільшої крутизни і морфоізографи. На мікрорегіональному рівні для виділення геотопів використані вододільні лінії на рівні головної гряди (експозиції) і висота над рівнем моря. Геотопи більших рівнів визначаються шляхом згладжування, нівелювання деталей, виділення головних ліній та меж.

На мікрорегіональному рівні виділено 36 геотопів, макролокальному - 529 геотопів і локальному - 173 геотопи.

На основі аналізу співвідношення геотопів і місцеположень та їх ролі у диференціації тепла та вологи пропонується трактувати як місцеположення, як однорідну ділянку території (геотоп), що розглядається щодо певного потоку речовини та / або енергії. Для кожного типу потоку та просторового масштабу вибудовується своя система розташування.

У дисертації проаналізовано потоки тепла і вологи, які трансформуються експозиційними площинами: атмосферні опади, потоки прямої сонячної радіації і розсіяної радіації, ефективне випромінювання, поверхневий стік, перенесення снігу. Аналізувалися також поля розподілу температури повітря, вологості ґрунту, випаровування, ефекти, що виникають при місцевих циркуляціях атмосфери.

Здійснено класифікацію місцеположень. Виділено три основні групи місцеположень: гравітаційна, циркуляційна та радіаційна (інсоляційна).

Позиції, пов'язані з радіаційними потоками, виявляються на рівні широти (кут падіння сонячних променів залежно від широти), висоти (зменшення радіаційного балансу з висотою у горах) і схилів.

Циркуляційна група місцеположень розподіляється на два основні види: 1) пов'язані з повітряними масами, 2) пов'язані з місцевими циркуляціями. Вони, у свою чергу, поділяються на підвиди залежно від параметрів, які диференціюються: атмосферними опадами, температурою повітря, сніговим покривом, пилом тощо.

Гравітаційна група місцеположень диференціює поверхневий стік, стік холодного повітря, гравітаційне зміщення твердої речовини,

Розглянуто висотну позицію (експозицію), яка визначає зниження температури за висотою і зміну атмосферних опадів за висотою.

У третьому розділі проведено аналіз розподілу тепла і вологи у межах Гірського Криму та вибраних ділянок макролокального і локального рівня.

Гірський Крим загалом може розглядатися як острівна система, яка перетворює потоки і створює передумови для виникнення безлічі типів ландшафтів. Не менш вагомий вплив експозиційних (як інсоляційного, так і циркуляційного типу) розрізнень. Основні особливості розподілу тепла та вологи пов'язані з накладенням цих двох структур.

Аналіз розподілу тепла і вологи у межах Гірського Криму за картами дрібного масштабу дозволяє зробити висновок про фонові відмінності. На цьому просторовому рівні починають виявлятися ефекти широтних інсоляційних відмінностей: на 1⁰ широти (111 км) в інтервалі 45-50⁰ у липні сумарна радіація змінюється на 0,06 ккал/см² на місяць, у січні - на 0,38 ккал/см² на місяць. Однак, розподіл сумарної радіації на картах (Кліматичний атлас Криму, 2000) не виявляє залежність від широти, що можна пояснити «перекриттям» широтного фактору впливом бризової циркуляції, яка призводить до ослаблення конвекції на узбережжі, і висоти над рівнем моря.

Аналіз розподілу температури повітря показує, що у січні спостерігаються помітні відмінності температури на макросхилах Кримських гір: у районі Білогорську (північний макросхил) середня температура становить - 1,2⁰С, а у районі Місхору - трохи більше 4⁰С, тобто різниця становить понад 5⁰С. Головне значення має бар'єрний ефект, пов'язаний із затриманням антициклональних зимових мас повітря, які рухаються на Крим переважно з північного сходу.

У липні різниця між макросхилами на картах атласу (масштаб 1:2 500 000) виявляється досить слабо: на південному березі температура вище приблизно на 1⁰С. Відмінності між північним і південним макросхилами в цю пору року можуть бути пов'язані із двома основними факторами: інсоляцією і впливом моря, причому інсоляція сприяє більш високій температурі південного макросхилу, а море - зменшує відмінності.

У розподілі атмосферних опадів виявляються ефекти впливу півострова загалом і гір. Над Чорним і Азовським морями кількість атмосферних опадів нижче у порівнянні з навколишніми ділянками суші - це загальна закономірність для внутрішніх морів: над центральними частинами Чорного моря річна кількість опадів менше 300 мм. Над Кримом - островом у межах Чорного і Азовського морів - кількість опадів зростає, причому у центральній частині Рівнинного Криму воно досягає 450 мм/рік, а у верхніх частинах Кримських гір (гори утворюють вторинний острів у межах первинного острова - півострова) - 1500 мм/рік.

Поряд із цим зменшення кількості опадів у прибережній зоні пов'язане з меншою висотою над рівнем моря. Завдяки цим факторам річна кількість опадів у центральній частині півострова (Клепініно) приблизно на 150 мм вище в порівнянні з опадами на узбережжі. Величина висотного градієнта опадів у Криму дорівнює приблизно 60 мм/100 м, а висота центральної частини Криму дорівнює приблизно 120 м. Таким чином, можна вважати, що завдяки висотному градієнту кількість опадів над центром півострова підвищується на 70 - 75 мм/рік. Тим самим можна припустити, що бризи зменшують кількість опадів за рік ще на 75 мм. Таким чином, роль цих двох чинників значно перевищує зонально-циркуляційний тренд.

Більш детальний аналіз географічного розподілу тепла та вологи було зроблено за допомогою геотопів, виділених у масштабі 1:1 000 000.

У роботі розроблено алгоритм розрахунку параметрів тепла та вологи для 3 просторових рівнів у межах Гірського Криму. В основі алгоритму лежить побудова цифрової моделі рельєфу території, далі на основі інтерполяції матеріалів мережевих гідрометеорологічних спостережень, карт що опубліковані, матеріалів довідників і розрахункових методів при використанні законів просторової структури геосистем проводиться визначення параметрів тепла і вологи. Для геотопів визначаються середні зважені значення параметрів.

Були проведені розрахунки прямої, розсіяної і сумарної радіації. Для розрахунків сонячної радіації використовувалася оцифрована топографічна карта масштабу 1:1 000 000, на її основі було побудовано цифрову модель рельєфу.

Для розрахунку прямої, розсіяної і сумарної сонячної радіації було використано методику, розроблену у Головній геофізичній обсерваторії (Санкт-Петербург).

Розрахунки проводилися для безхмарного неба і при хмарному небі для січня і липня. Максимальне значення сум прямої радіації для липня (16,0 - 16,2 ккал/см²) характерно для геотопів регіонального рівня південної макроекспозіції із середніми значеннями крутизни схилів 9-10⁰; мінімальні (15,5-15,7 ккал/см²) - для північних, північно-східних і північно-західних схилів крутизною до 2-3⁰. Відмінності між схилами складають не більше 4,5-5,5%.

Січневі суми прямої радіації значно нижче і змінюються від 3,4 до 6,3 ккал/см². Розподіл максимальних і мінімальних значень такі ж, як у липні.

Розподіл сум розсіяної радіації між геотопамі мікрорегіонального рівня менш чіткі. У січні величина розсіяної радіації змінюється лише у діапазоні 1,51-1,53 ккал/см², у липні - 3,32-3,35 ккал/см².

Врахування хмарності призводить до зменшення відмінностей між геотопами на 25-30%.

Аналіз розподілу температури по 36 геотопам показує, що максимальні значення середньорічної температури спостерігаються у нижньому поясі південного і південно-східного секторів (11,5 - 13,4 ⁰С). На тих же висотах у північних секторах значення складають 9,5 - 11,0 ⁰С. Зі збільшенням висоти за геотопами відбувається зменшення значення середньорічної температури до 5,5 - 7,5 ⁰С у південних секторах і 3,5 - 5,4 ⁰С у північному та північно-західному секторах.

Більш різноманітний розподіл зимових температур, що пов'язано з посиленням бар'єрних ефектів. Мінімум середньої січневої температури спостерігається у геотопах північних і північно-східних експозицій за рахунок блокування холодних повітряних мас. Залежно від висоти значення тут змінюються від (-2,2) - (-1,5) ⁰С до (-4,0) - (-3,2) ⁰С. На протилежних схилах у нижніх висотних рівнях спостерігаються максимальні зимові температури.

Диференціація середніх літніх температур залежно від експозиційних відмінностей менш істотна, вагому роль набуває висотний фактор. Значення середньої температури липня у нижніх висотних поясах змінюється у межах 21,9 - 24,1 ⁰С. Мінімальні значення характерні для верхніх частин північного і північно-східного секторів (12,7 - 14,9 ⁰С).

Аналіз розподілу значень величин атмосферних опадів за 36 геотопами показує, що при розподілі опадів для кожного з періодів вагоме значення має циркумострівний ефект, пов'язаний із впливом гір, що виявляється у збільшенні до центру гір атмосферних опадів, а також гірничо-приморський позиційний ефект, пов'язаний із впливом моря, що виявляється у збільшенні в напрямку від моря континентальності і кількості опадів. Так, сума річних опадів змінюється від 360-450 мм у нижніх висотних рівнях до 950-1100 мм у верхніх частинах макросхилу.

Вагому роль відіграє бар'єрний ефект, пов'язаний зі збільшенням кількості опадів на навітряних схилах і зменшенням - на підвітряних. Найбільш яскраво цей ефект спостерігається при розгляді опадів теплого і холодного періоду. У холодний період максимум опадів спостерігається у геотопах південно-західної орієнтації (навітряна позиція по відношенню до середземноморських циклонів) і складає залежно від висоти 350-730 мм. На протилежних схилах значення опадів при цьому мінімальні - 130-180 мм. У теплий період при переважному переміщенні вологих повітряних мас з північного заходу максимум опадів спостерігається у геотопах північно-західного та північного секторів (290-590 мм).

З метою аналізу розподілу тепла і вологи на території заповідника «Мис Март'ян» виділено 173 геотопи. Середній розмір геотопу склав 300-350 м². Для них проведено розрахунок прямої, розсіяної радіації, ефективного випромінювання.

Найбільш вагома (на одиницю відстані) диференціація пов'язана з інсоляційними відмінностями. Територія відповідає локальному рівню - пагорби, схили ярів і балок. На цьому рівні найбільш виражені інсоляційні відмінності. Спостереження на метеостанціях дають фоновий розподіл сонячної радіації (Мис Март'ян) і хмарності (Мис Март'ян і Нікітський ботанічний сад). У роботі проведено розрахунки розподілу прямої і розсіяної радіації по схилах при безхмарному небі і з урахуванням хмарності. Використано методику, описану в роботі К. Я. Кондратьєва (1965).

Виявлено відмінності у розподілі прямої і розсіяної радіації залежно від крутизни та експозиції схилів. Величини прямої радіації змінюються від 152,4 до 88,6 ккал/см² на рік на південних і східних схилах відповідно, відмінності складають до 42% (рис. 1).

Однак, дана методика не дозволяє врахувати затінення, створюване сусідніми формами рельєфу. За методикою Б. Андерсона (1982) було розраховано затінення трьох рівнів: 1 - прилеглими пагорбами; 2 - формами рельєфу, розташованими на відстані сотень метрів; 3 - Головною грядою Кримських гір (відстань 3-20 км). Розрахунки затінення коректувалися вимірами сумарної радіації за допомогою люксметрів у різних точках території, які мають неоднакову ступінь затінення. Навіть на даній території з переваженням опуклих за профілем і у плані форм рельєфу роль затінення відчутна: у зимові місяці величина затінення досягає 22%, влітку величина затінення сягає лише 8%, що пов'язано з меншою висотою сонця взимку, однак сама величина затінення влітку вище (максимальна величина затінення у липні - 1,4 ккал/см², в грудні - 0,6 ккал/см²).

Більш схематично, враховуючи висотний градієнт, оцінено розподіл за територією температури повітря та атмосферних опадів. Зміну температури і випаровуванність (рис. 2) у межах кожного геотопа (у зв'язку зі зміною крутизни та експозиції) було оцінено на основі номограм, наведених у роботі О. Н. Романової (1977), також використані дані В. В. Антюфеєва по Нікітському ботанічному саду (за аналогією) і епізодичні спостереження польових експедицій. Для визначення величини стоку і поглинання вологи грунтом було деталізовано методику О. Н. Романової (1977) за рахунок розширення спектру геотопологічних (горизонтальна та вертикальна кривизна рельєфу) і ландшафтних (поглинання вологи підстилкою, затримання опадів рослинним покривом) параметрів, які враховуються в моделі (рис. 3). Також проведено розрахунки коефіцієнтів зволоження (рис. 4).

Таблиця 1

Значення рангових коефіцієнтів кореляції

№	Варіант розрахунку	Значення коефіцієнту Спірмена
1	Сумарна радіація	Низка асоціацій по потребі в зволоженні	0,282
2	Поглинання вологи за О. Н. Романовою		0,286
3	Поглинання вологи з урахуванням горизонтальної кривизни		0,369
4	Випаровуваність		0,482
5	Коефіцієнт зволоження		0,568
6	Співвідношення поглинання вологи і випаровування		0,598

Розрахунки виконані для території заповідника та його буферної зони. Межі заповідника на рис. 1-4 показано коричневою лінією.

Проаналізовано ступінь зв'язку показників тепла, вологи і рослинних асоціацій. Рослинні асоціації було згруповано у ряд із 9 одиниць відповідно до потреби у умовах зволоження, як провідного лімітуючого фактору у диференціації рослинного покриву на території заповідника (Ларіна, Рубцов, 1976). В основу побудови «гідроряду» рослинних асоціацій покладено еколого-біологічну характеристику екоморфи видів флори заповіднику з водного режиму, запропоновану В. М. Голубєвим (1996). Ступінь зв'язку було розраховано на основі рангового коефіцієнту кореляції. У таблиці 1 наведено значення коефіцієнту рангової кореляції показників із рослинними асоціаціями, вибудованими в «гідроряд».

Отримана послідовність має такий вигляд (від найбільш вимогливих груп асоціацій до найменш вимогливих): 1. Група асоціацій дубу. 2. Група асоціацій ялівцево-сосново-дубова (змішана); 3. Група асоціацій дубу з одиничною участю ялівцю високого; 4. Група асоціацій ялівцево-дубова; 5. Група асоціацій сунично-дубово-ялівцева; 6. Група асоціацій дубово-ялівцева; 7. Група асоціацій ялівцю з одиничною участю дубу пухнастого; 8. Група асоціацій ялівцю; 9. Рослинність скель, осипів і кам'янистих розсипів.

Порівняння величин сумарної радіації з типами рослинних асоціацій показує досить невисоку кореляцію - 0,28 - 0,3. Це пояснюється тим, що лімітуючим фактором на території виступає волога, тоді як радіація є в достатній кількості. Приблизно така ж невисока кореляція характерна для рослинних асоціацій і величин поглинання вологи за О. Н. Романовою.

Для аналізу розподілу зволоження проведено оцінку величин випаровування і диференціації атмосферних опадів. Випаровуваність, визначена В. М. Дубиною для метеостанцій Криму методом теплового балансу, перераховувалася на місцеположення за таблицями, наведеними у книзі О. Н. Романової (1977).

За результатами проведено розрахунок величин коефіцієнту зволоження за геотопами. Зіставлення рангів рослинних асоціацій із коефіцієнтом зволоження, розрахованим при врахуванні диференціації за геотопами, дало більш високу величину коефіцієнту рангової кореляції у порівнянні з коефіцієнтом рангів рослинних асоціацій і сумарної радіації - 0,54 - 0,56 (табл. 1).

Більш точну оцінку зволоження ділянок отримано за допомогою вимірювань і розрахунків вологості ґрунту. В основу було покладено розрахунки перерозподілу вологи за методом О. Н. Романової (1977), що враховує параметри інфільтрації, крутизни схилу, характеру опадів. У цей метод було внесено уточнюючі поправки: 1 - довжина схилу визначалася до першого ерозійного врізу (у тому числі з невеликих улоговин стоку); 2 - враховувалися ефекти дивергенції та конвергенції вологи на схилах відповідно опуклого і увігнутого типу.

Рангові коефіцієнти кореляції, отримані у результаті статистичної обробки даних, представлено у таблиці 1.

Визначення вологості ґрунтів проводили на початку кожного місяця 2008 року на 10 ділянках (Смирнов, 2009).

Для порівняння отриманих при польових спостереженнях даних із розрахунковими даними було визначено ранговий коефіцієнт кореляції і лінійний коефіцієнт кореляції. Значення отриманих коефіцієнтів (0,811 і 0,659 - для лінійної кореляції і 0,745 і 0,549 - для рангової відповідно) знаходяться у інтервалі від середнього до високого ступеня кореляції, що свідчить про вірний напрямок розрахунків величин зволоження та теплозабезпечення геотопів території заповідника.

Для польової перевірки результатів теоретичних розрахунків на території заповідника «Мис Март'ян» було проведено дослідження вологості ґрунтів і запасів

Для визначення ступеня суміщення кордонів асоціацій і геотопів використовувався поліхорічний коефіцієнт.

Величина поліхорічного коефіцієнту склала 0,57. Це значення свідчить про наявність помірно близького зв'язку між розміщенням груп асоціацій та геотопів. Помірно близький зв'язок вказує на те, що на розподіл рослинних асоціацій впливає не тільки їх розташування у межах різних груп місцеположень за ступенем зволоження і акумуляції речовини, але й низка інших факторів (трофність, механічний склад ґрунтів).

У роботі проведено аналіз розподілу тепла і вологи у масштабі 1:50000 (Ялтинський амфітеатр). Об'єкт відповідає мікрорегіональному просторовому рівню, до якого також належать схили і вершини великих масивів (Чатир-Даг, Куболач, Бабуган), великі долини та улоговини. Характерні розміри - 5 - 15 км. Для більшості гірських масивів і гряд роль бар'єрних ефектів зменшується, висотна поясність виявляється слабшою, але зростає роль інсоляційної експозиції. Виявляється ефект схилової мікрозональності і бризової циркуляції.

Геотопологічна структура Ялтинського гірського амфітеатру відрізняється високою складністю у порівнянні з територією заповідника «Мис Март'ян» і Гірського Криму, що пов'язано насамперед із наявністю, з одного боку, проявів геотопологічних параметрів мікрорегіонального рівня (наприклад, у межах амфітеатру присутні всі висотні рівні, характерні для Гірського Криму), а з іншого - характерних для локального рівня (у межах амфітеатру при вибраному масштабі можна зробити виділення схилів, що розрізняються за вертикальною та горизонтальною кривизною).

У четвертому розділі проведено порівняльний аналіз диференціації тепла і вологи на різних рівнях.

Порівняння процесів перерозподілу на схилах різних просторових рівнів показує, що на кожному з просторових рівнів диференціюючими виступають різні чинники і потоки. Між рівнями немає добре виражених стрибків, тобто зміна ефектів йде поступово. Диференціація радіаційних потоків найбільшою мірою проявляється на невеликих ділянках, а зі збільшенням розмірів ці ефекти знижуються (табл. 2).

Таблиця 2

Характеристики геотопів різних просторових рівнів на території заповідника «Мис Март'ян»

Просторові рівні геотопів	Значення	Мікрорегіональний (Гірський Крим)	Схили і вершини великих масивів (Ялтинський амфітеатр)	Локальний (заповідник «Мис Март'ян»)
Сума прямої радіації за липень, ккал/см2	Мін.	15,9	15,6	12,4
	Середнє	15,9	16,2	16,7
	Макс.	15,9	16,9	17,2
Опади (рік), мм/м2	Мін.	464	519	444
	Середнє	535	563	536
	Макс.	577	605	603
Випаровуваність (рік), мм/м2	Мін.	1008	1186	832
	Середнє	1091	1197	1069
	Макс.	1049	1297	1620
Коефіцієнт зволоження	Мін.	0,46	0,4	0,30
	Середнє	0,49	0,47	0,44
	Макс.	0,55	0,51	0,56

Лише у схилів довжиною в десятки метрів виявляється диференціація за висотою у перерозподілі води при поверхневому стоці, хоча у традиційних схемах, наприклад у О. Н. Романової (1977), довжина схилів виступає важливим фактором диференціації. На схилах більшої довжини, як правило, має місце перехоплення стоку ерозійними врізами.

Диференціація атмосферних опадів, пов'язана з ефектами навітряних і підвітряних схилів, найбільшою мірою виявляється на рівні макросхилу Кримських гір і практично відсутня у схилів пагорбів.

Ефект висоти у розподілі опадів і температури (висотний градієнт) рівномірно розподілений за висотою і, відповідно, повинен враховуватися передусім у великих формах рельєфу.

Роль бар'єрних ефектів форм рельєфу у формуванні показників температури виявляється на рівні макросхилу Кримських гір. Зі зменшенням масштабів форм рельєфу роль цього фактору зменшується.

У п'ятому розділі розглянуто закономірності диференціації потоків тепла і вологи під дією місцеположення і властивостей ландшафту.

Вищенаведене дозволило виявити три типи формування показників тепла і вологи земної поверхні у зв'язку з дією місцеположення (ріс. 5).

1. Перший тип пов'язаний із зовнішніми за відношенням до ландшафту потоками (пряма і розсіяна радіація). Вони практично незалежні від властивостей ландшафту і надходять до ландшафту безпосередньо у зв'язку з характером розташування. Таким чином, пропонується така послідовність аналізу: потік, накладається на геотоп, що дозволяє виділити місцеположення, яке визначає показник тепла та / або вологи. Останні розраховуються повністю за просторовими параметрами.

2. Другий тип пов'язаний із потоками, які не належать до ландшафту, але в деякій мірі залежать від нього (наприклад, атмосферні опади). Аналіз першого типу ускладнюється за рахунок урахування зворотного впливу ландшафту на первинний потік.

3. Формування показників тепла і вологи з третього типу відбувається у самому ландшафті: вони залежать як від властивостей місцеположення, так і від характеристик ландшафту; відокремлення ролі тих та інших можливо лише приблизно. Такий механізм формування схилового стоку. Стік виникає як результат атмосферних опадів, властивостей ландшафту та місцеположення, але сам впливає на ландшафт через зворотний зв'язок.

У зв'язку зі сказаним треба розрізняти:

1. Орієнтацію місцеположення щодо потоку;

2. Властивості місцеположення, завдяки яким потік захоплюється і використовується в тому чи іншому процесі;

3. Властивості місцеположення, завдяки яким потік «викидається» за межі ландшафту.

Необхідно розрізняти потоки зовнішні (незалежні від ландшафту) і внутрішні (утворюються у тому числі залежно від ландшафту). Треба враховувати, що зовнішні на одному рівні потоки стають внутрішніми потоками на іншому.

Прийом зовнішнього потоку пов'язаний з геометрією геотопа, але засвоєння потоку місцем залежить великою мірою від характеру ландшафту (поглинання радіації, поглинання крапель дощу). Етап переміщення речовини (води, радіації та ін.) пов'язаний вже з іншою системою місцеположень: якщо випадання атмосферних опадів на певне місцеположення визначається висотою, експозицією поверхні (у меншій мірі - лісонасадження та розчленованістю), то наступний етап руху води (у вигляді поверхневого стоку по схилу) пов'язаний з іншою системою місцеположення: послідовністю ділянок (місцеположення).

Залежно від цього розрізняється ступінь відповідності контурів геотопів та показників тепла і вологи. У першому випадку, і в меншій мірі - у другому, відповідність висока, а у третьому випадку - збіг контурів значно слабший. Межі можуть не збігатися з межами геотопів за різними причинами:

- Реакція рослинності (як окремих видів, так і ценозів) має власні масштаби, які можуть зміщуватися і не відповідати пороговим лініях геотопів.

- Діють ефекти компенсації, додатковості (на рослинність впливають також трофність, зволоження та тощо, які самі розподіляються під впливом багатьох факторів, що призводить до зміщення первинних контурів).

- Складові частини ландшафтів - фітоценози, геоморфосистеми, річкові системи, перебувають на різних відрізках часових траєкторій.

Висновки

1. Місцеположення - це однорідна ділянка території (геотоп), що розглядається щодо певного потоку речовини та / або енергії. Для кожного типу потоку та просторового масштабу вибудовується своя система місцеположень.

2. Роль місцеположення у диференціації параметрів тепла і вологи різна в залежно від внутрішніх і зовнішніх потоків у ландшафті. При взаємодії із зовнішніми потоками місцеположення відіграє провідну роль у диференціації потоків, а при взаємодії з внутрішньоландшафтними потоками роль місцеположення може бути оцінена лише у сукупності з ландшафтними властивостями.

3. Геотопи і місцеположення виступають початковими ланками географічних процесів. Виявити роль місцеположення у ландшафті - це означає визначити їх місце в системі ландшафтних взаємодій і пояснення явищ.

4. У межах Гірського Криму спостерігається система різнорівневих геотопів. На кожному рівні їм відповідає своя система ландшафтів, діє певний набір ефектів місцеположення, що викликають диференціації потоків тепла і вологи. Це положення може бути екстрапольовано на інші регіони.

5. На рівні Гірського Криму загалом розподіл температури повітря, атмосферних опадів, стоку, випаровування в головних рисах (на рівні фонового розподілу) залежить від висоти та експозиції. На локальному рівні розподіл тепла і вологи залежить також від геотопологічних параметрів і від характеру сполучення ландшафтних комплексів.

6. Формування показників тепла і вологи відбувається у ході лінійної послідовності «геотоп + потік - місцеположення - показник», або у ході більш складних взаємодій геотопів, потоків, місцеположень і ландшафтних характеристик із зворотними зв'язками: «геотоп + потік - місцеположення - показник тепла і вологи - від ландшафту йде зворотній зв'язок на первинний потік» або «зовнішній потік + ландшафт + місцеположення - внутрішній потік - показник тепла і вологи характерний для ландшафту».

7. Розроблено алгоритм розрахунку показників тепла та вологи для ділянок різного просторового рівня. При реалізації алгоритму на основі ГІС-технологій розраховуються показники тепла та вологи для мікрорегіонального рівня, які в системі розрахунку алгоритму уточнюються залежно від впливу властивостей ландшафту на показники тепла і вологи на макролокальному і локальному рівнях.

8. Уперше для території Гірського Криму на основі врахування місць розташування побудовані бази даних (відображені в цифровій картографічній і табличній формах), що включають інформацію про геотопологічні параметри території, ландшафтні компоненти території, значення параметрів тепловологозабезпеченності у межах геотопів. Всього на мікрорегіональному рівні (Гірський Крим) побудовано 52 карти для 11 параметрів тепла і вологи за різні періоди, на макролокальному рівні (Ялтинський амфітеатр) - 16 карт, на локальному рівні (територія заповідника «Мис Март'ян») - 86 карт.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Публікації у виданнях ВАК

1. Смирнов В. О. Применение геотопологической концепции для построения пространственно временной модели горно-лесных территорий с использованием ГИС-технологий / В. О. Смирнов // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Сер. География. 2007. Т. 20 (59), №1. С. 207-211

2. Смирнов В. О. Особенности дифференциации геотопов заповедника «Мыс Мартьян» по степени увлажнения и аккумуляции вещества / В. О. Смирнов // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Сер. География. 2007. Т. 21 (59), №2. С. 244 - 250.

3. Смирнов В. О. Геотопологическией анализ ландшафтно-экологических условий территории заповедника «Мыс Мартьян» / В. О. Смирнов // Вестник Днепропетровского университета. Серия География. 2007. № 11. С. 18-21.

4. Смирнов В. О. Применение метода анализа иерархий для эффективности использования локальных участков территории / В. О. Смирнов // Вестник Днепропетровского университета. Серия География. 2008. Т. 16, № 3/2. С. 111-117.

5. Смирнов В. О. Идентификация ландшафтно-экологических свойств территории на основе геотопологической концепции / В. О. Смирнов // Экосистемы Крыма. 2008. Выпуск 12. С. 85-90.

6. Смирнов В. О. Водный режим заповедника «Мыс Мартьян» и его связь с геотопологическими параметрами территории / В. О. Смирнов // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Сер. География. 2009. Т. 22 (60), №4. С. 121-139.

7. Боков В. А., Смирнов В. О. Роль местоположений в ландшафтной дифференциации Крыма / В. А. Боков, В. О. Смирнов // Экосистемы Крыма. 2009. Выпуск 19. С. 3-24.

8. Смирнов В. О. Влияние условий затенения на перераспределение прямой солнечной радиации (на примере территории заповедника «Мыс Мартьян») / В.О. Смирнов // Культура народов Причерноморья. 2009. № 164. С. 168 - 172.

9. Боков В. А., Смирнов В. О. Использование местоположений для расчета показателей тепла и влаги / В. А. Боков, В.О. Смирнов // Культура народов Причерноморья. 2009. № 165. С. 161 - 168.

Публікації в інших виданнях

1. Смирнов В. О. Роль лесной растительности в формировании водного и теплового режима биогеоценозов / В. О. Смирнов // Актуальные вопросы современного естествознания. Симферополь, 2003. С. 123-124.

2. Смирнов В. О. Структура взаимодействий в лесных сообществах / В. О. Смирнов // Студенческий вестник аграрных наук. 2003. № 3. С. 9-10.

3. Смирнов В. О. Радиационный, тепловой и водный баланс лесных экосистем Крыма / В. О. Смирнов // Геополитические и географические проблемы Крыма в многовекторном измерении Украины. Симферополь, 2004. С. 258-260.

4. Смирнов В. О. Мезоклиматические особенности Ялтинского горного амфитеатра / В. О. Смирнов // Заповедники Крыма: заповедное дело, биоразнообразие, экоразнообразие. Симферополь: ТНУ, 2005. С. 109-113.

5. Смирнов В. О. Климатические особенности произрастания лесов Ялтинского горного амфитеатра / В.О. Смирнов // Екологічні проблеми регіонів України. Одеса: „Екологія”, 2005. С. 167-168.

6. Смирнов В. О. Возможности практического применения геотопологической концепции в Горном Крыму / В. О. Смирнов // Рациональное природопользование. М.: МГУ, 2005. С. 350-353.

7. Смирнов В. О. Роль теплового и водного балансов в функции продуктивности леса» / В. О. Смирнов // Записки общества геоэкологов. 2007. №8. С. 20-24.

8. Смирнов В. О. Влияние геотопологических параметров на ландшафтно-экологические свойства территории / В. О. Смирнов // Записки общества геоэкологов. 2007. №9. С. 13-17.

9. Смирнов В. О. Геотопологический анализ ландшафтно-экологических условий территории заповедника «Мыс Мартьян» / В. О. Смирнов // Заповедники Крыма: заповедное дело, биоразнообразие, экоразнообразие. Симферополь: ТНУ, 2009. С. 109-113.

10. Смирнов В. О. Мезоклиматические факторы формирования лесных экосистем ЮБК / В. О. Смирнов // Записки общества геоэкологов. 2008. №8. С. 34-38.

11. Смирнов В. О. Перераспределение осадков в можжевеловых и дубовых лесах заповедника «Мыс Мартьян» / В. О. Смирнов // Вода для устойчивого развития Крыма. Симферополь: КНЦ, 2008. С. 98-112.

12. Смирнов В. О. Особенности перехвата осадков лесом в заповеднике «Мыс Мартьян» / В. О. Смирнов // Мониторинг природных и техногенных сред. Симферополь, 2008. С. 266-270.

13. Смирнов В. О. Роль геотопологических параметров в дифференциации растительного покрова (на примере заповедника «Мыс Мартьян») / В. О. Смирнов // Заповедники Крыма. Общие вопосы охраны природы. Симферополь: ТНУ, 2007. С. 164-169.

14. Смирнов В. О. Геотопологическая индикация растительного покрова (на примере территории заповедника «Мыс Мартьян» / В.О. Смирнов // Заповедники Крыма. Теория, практика и перспективы заповедного дела в Черноморском регионе. Матер. V Междунар. научно-практ. конф. (Симферополь, 22-23 октября 2009 г.). Симферополь, 2009. С. 139-145.

...