Основные тенденции и показатели изменения гидрометеорологических условий на территории Республики Башкортостан

Размещено на http://www.allbest.ru/

Башкирский государственный университет

Основные тенденции и показатели изменения гидрометеорологических условий на территории Республики Башкортостан

А.М. Гареев, доктор географических наук, профессор,

Э.М. Галеева, кандидат географических наук, доцент,

К.Д. Силантьев, инженер-агрометеоролог, Башкирское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

В статье рассматриваются особенности изменения гидрометеорологических условий по территории Республики Башкортостан в многолетнем разрезе. Временная динамика прослежена как за весь период наблюдений, так и за этап, отличающийся наиболее заметными климатическими изменениями, что наблюдается с 80-х гг. ХХ в. Показано, что происходящие тенденции отражают изменение в пространстве и времени многих факторов, включая среднегодовые значения температуры воздуха, годовой суммы атмосферных осадков и их распределения внутри года, увеличение дефицита влажности воздуха, наблюдаемой продолжительности вегетационного периода и др. Применительно к решению практических задач в сфере рационального природопользования наиболее значимыми являются тенденции и показатели изменения среднегодовых, максимальных, минимальных значений температуры воздуха, ее перехода через 5°С и 10°С, а также характеристики выпадения атмосферных осадков (годовой суммы, количества за летний, зимний сезоны и др.), которые характеризуют формирование и изменчивость показателей тепло- и влагообеспеченности территорий во времени. В целом, наблюдаемые тенденции изменения климата в региональном масштабе, абсолютные показатели изменения составляющих факторов оказывают как непосредственное, так и опосредованное влияние на условия функционирования природно-территориальных комплексов различного ранга, природно-хозяйственных систем, а также климатозависимых отраслей экономики. Раскрыты характерные особенности изменения продолжительности летнего времени со значениями перехода температуры воздуха через 5°C и 10°С, которые имеют важное значение в развитии естественной растительности и сельскохозяйственных культур, характеризуя их вегетационные периоды в пределах территории республики. Представлены картографические материалы, описаны географические закономерности в распределении изучаемых параметров в абсолютных показателях.

Ключевые слова: гидрометеорологические условия, пространственная изменчивость, временная динамика, Республика Башкортостан.

A.M. Gareev, E.M. Galeeva, K.D. Silantyev

MAIN TRENDS AND INDICATORS OF CHANGES IN HYDROMETEOROLOGICAL CONDITIONS IN THE REPUBLIC OF BASHKORTOSTAN гидрометеорологический температура башкортостан

The article discusses the features of changing hydrometeorological conditions in the Republic of Bashkortostan during a longterm period. The temporal dynamics was traced both for the entire observation period and for the stage characterized by the most noticeable climatic changes, which has been observed since the 1980s. It is shown that the current trends reflect the spatiotemporal changes of many factors, including average annual values of air temperature, the annual amount of precipitation and its distribution per year, an increase in the deficit of air humidity, the duration of the observed vegetation period, etc. With regard to tackling practical issues in environmental management, the most significant trends and indicators are those concerning changes in average annual, maximum and minimum values of air temperature, its transition through 5°C and 10°C marks, as well as precipitation parameters (annual amount, quantity in summer and winter seasons, etc.), which characterize the formation and variability of heat and moisture supply indicators over the areas in time. In general, the observed trends in climate changes at a regional scale and their absolute indicators in the constituent factors have both direct and indirect effects on the functioning conditions of regional natural complexes of various ranks, natural and economic systems, as well as climate-dependent sectors of the economy. Consideration is given to typical features in changing the duration of summertime with the values of the transition of air temperature through 5°C and 10°C marks, which are important for the development of natural vegetation and crops and characterize their vegetation periods in the republic. The paper presents cartographic materials and describes the geographical distribution patterns of the parameters under study in absolute terms.

Key words: hydrometeorological conditions, spatial alternation, temporal dynamics, Republic Bashkortostan

На основании анализа многочисленных опубликованных работ, раскрывающих основные тенденции изменения климата в глобальном и региональном масштабах, можно констатировать, что они отчетливо проявляются в большом диапазоне процессов, отражающих увеличение среднегодовой температуры воздуха, изменение показателей годовых сумм атмосферных осадков, дефицита влажности атмосферного воздуха, тепло- и влагообеспеченности территорий, испарения с поверхности речных водосборов и др. [1-5].

Следует обратить внимание на то, что происходящие изменения гидрометеорологических факторов и климата в многолетнем разрезе оказывают как непосредственное, так и опосредованное влияние на характеристики функционирования природных комплексов и природно-хозяйственных систем различного ранга. Они влияют также на условия современной деятельности и перспективного развития климатозависимых отраслей экономики, что довольно отчетливо проявляется в водном, сельском, коммунально-бытовом хозяйствах и др. В их числе наибольшая зависимость обнаруживается в сельском хозяйстве, в котором учет таких показателей, как тепло- и влагообеспеченность территорий, продолжительность вегетационного периода, сумма активных температур имеют исключительно важное значение. В данной работе раскрыты основные характеристики изменения вегетационных периодов со среднесуточными температурами воздуха выше +5°С и +10°С, что может быть использовано при обосновании путей и методов проведения сельскохозяйственных мероприятий в республике в изменяющихся климатических условиях.

Для определения динамики изменения продолжительности вегетационных периодов в многолетнем разрезе, нами использовались данные по датам устойчивых переходов температуры воздуха через значения 5°С и 10°С весной и осенью, представленные отделом агрометеорологии и агрометпрогноза Башкирского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Башкирское УГМС) за период 1945-2015 гг. В целом, обработке и анализу подверглись ряды наблюдений 30 метеостанций, расположенных на всей территории Республики Башкортостан.

Известно то, что гидрометеорологические факторы как по времени проявления, так и по абсолютным показателям являются случайными. Основным требованием к проведению статистического анализа многолетних рядов случайных величин является их проверка на однородность. В ходе выполнения ряда фундаментальных работ по территории Республики Башкортостан, в том числе проведенных на кафедре гидрометеорологии и геоэкологии БашГУ в 2007-2011 гг. (по международным грантам) и в 2017-2018 гг. (по гранту РФФИ), было определено, что существенные изменения в тенденциях динамики гидрометеорологических факторов наблюдаются с конца 70 - начала 80-х гг. ХХ в. Они были выявлены на основании выполнения расчетов и оценок посредством применении критериев Фишера, Стьюдента, Вильксона, а также метода нарастающих (интегральных) сумм. Исходя из изложенного, ряды многолетних наблюдений (генеральная совокупность переменных) нами были разбиты на два периода (выборки): 1) до происходящих изменений климата, 2) после установления основных отличий по показателям, обуславливающим закономерности регионального проявления глобального изменения климата. Таким образом, были рассчитаны среднемноголетние значения продолжительности указанных периодов и средние квадратические отклонения (о) по соответствующим промежуткам времени, а также величина изменения (разница) продолжительности вегетационного периода между двумя интервалами наблюдений, в качестве которых приняты 1945-1980 гг. и 1981-2015 гг. (Д).

Картографический анализ полученной информации был осуществлен с применением пакета программного обеспечения ArcGIS. В результате была составлена карта-схема изменения продолжительности вегетационного периода между двумя временными интервалами наблюдений, границей между которыми был обозначен 1980 г.

За весь рассматриваемый период продолжительность периода, определенного по температурам воздуха свыше 5°С, составляла от 159 до 178 дней. В период до 1980 г. эти значения колебались в пределах от 155 до 175 дней; а в период 1980-2015 гг. изменялись от 178 до 183 дней, что заметно выше первого временного промежутка (до 1980 г.). В основном по всей территории республики наблюдается увеличение продолжительности указанного периода в пределах от 3 до 13 дней. Следует отметить, что наибольшие значения его разницы наблюдаются по метеостанциям, расположенным во всех зонах и в горных районах: Аскино - 11, Верхнеяр- кеево - 13, Тукан - 12 дней. Исключением являются южные и юго-западные районы, где изменения продолжительности периода наблюдаются в пределах средних значений (5-8 дней). При этом имеются метеостанции, в которых оно минимальное (Кумертау - 3 дня). Исключение составляют сведения по метеостанции Кананикольское, где обнаружено сокращение длительности на 1 день. По всей вероятности, это объясняется особенностями микроклиматических условий данной метеостанции. Значения среднего квадратического отклонения имеют небольшой разброс величин, в основном колеблясь в пределах 10. Однако в пределах временного интервала 1981-2015 гг. наблюдается заметное количество достаточно высоких значений среднеквадратических отклонений. Они приурочены либо к горным и предгорным районам (Зилаир, Баймак, Павловка, Дуван, Мраково), либо к районам Башкирского Зауралья (Учалы).

Характерные закономерности изменения продолжительности периода со значениями температуры воздуха выше 5°С за весь период наблюдений показаны на рис. 1. Они отражают то, что на всех метеостанциях, охваченных расчетами, наблюдается общая тенденция ее увеличения, характеризующаяся достаточно высокими значениями коэффициента наклона линейного тренда.

Рис. 1. График скользящего трехлетнего осреднения продолжительности периода с температурами выше 5°С (дни) по некоторым метеостанциям Республики Башкортостан.

Как с научной, так и практической точек зрения представляют интерес показатели, отражающие непосредственное изменение продолжительности периода, определенные по двум периодам наблюдений (до и после 80-х гг. ХХ в.). Так, на основании изложенного, по всем метеостанциям нами были определены значения происходящих изменений, отражающие разницу между расчетными величинами (нормами) за второй и первый периоды. Они отражены на рис. 2.

В результате анализа сведений, отраженных на указанной карте-схеме, можно выделить несколько групп районов по степени увеличения продолжительности периода, начиная с 1981 г.:

Рис. 2. Показатели изменения продолжительности периода с температурами выше 5°С между временными интервалами 1945-1980 и 1981-2015 гг.

Районы, в которых увеличение крайне незначительно (менее 5 дней). Сюда относятся прежде всего районы, расположенные в пределах Зилаирского плато и прилегающих территорий (Кугарчинский, Бурзянский, Зилаирский административные районы), а также крайний юго-запад республики. В ландшафтном отношении эта территория приурочена, в основном, к степной и лесостепной зонам. По агроклиматическому районированию Республики Башкортостан она расположена в пределах юго-восточного, горно-предгорного, горно-степного и предгорно-лесостепного природно-сельскохозяйственных земельно-кадастровых районов горной Уральской области.

Районы с увеличением продолжительности периода более 10 дней. Это (полностью или частично) Янаульский, Краснокамский, Калтасинский, Дюртюлинский, Или- шевский, Кигинский, Салаватский, Белорецкий административные районы. Территория, занимаемая ими, относительно небольшая. В основном данные районы расположены на крайнем севере, северо-западе республики и на наиболее высокой части горного Южного Урала. В ландшафтном отношении они приурочены к лесной зоне (подзона широколиственно-темнохвойных лесов), лесостепной зоне (подзона северной лесостепи), горнолесному поясу Южного Урала. Согласно агроклиматическому районированию, часть районов данной группы (Калтасинский, Краснокамский, Янаульский) относятся к северному, северо-лесостепному природно-сельскохозяйственным земельно-кадастровым районам лесостепной зоны Предуральской провинции.

Часть районов на северо-востоке республики (Кигинский, Салаватский) отнесены к восточному северо-лесостепному природносельскохозяйственному земельно-кадастровому району лесостепной зоны Предуральской провинции.

Районы с увеличением продолжительности периода от 5 до 10 дней. Они занимают основную часть республики. К этой группе районов относятся практически все территории, занятые лесостепной зоной, а также Зауральская лесостепная и отчасти степная зоны. По агроклиматическому районированию это Центральный южно-лесостепной, частично Юго-Восточный Зауральский степной природно-сельскохозяйственные земельно-кадастровые районы.

Наиболее часто в агроклиматологии рассматривается вегетационный период с температурами воздуха выше 10°С, показатели которого наиболее важны для растениеводства [6; 7]. В ходе анализа их пространственно-временной изменчивости (рис. 3) нами выявлены несколько иные закономерности, по сравнению с теми показателями, которые были выявлены по периодам с показателями температуры воздуха выше 5°С. Так, наряду с общей тенденцией увеличения периода за последние десятилетия от 3 до 13 дней, имеются метеостанции, где оно не зафиксировано (Учалы - 0 дней); либо произошло сокращение (Верхнеяркеево - на 6 дней). В целом, при показателях температуры воздуха > 10°С наблюдаются заметно меньшие значения увеличения продолжительности вегетационного периода.

На основании анализа информации, отраженной на указанной карте-схеме, можно выявить то, что ареалы распространения тех или иных изменений во многом зависят от характера приуроченности к местности азональных факторов, таких, как орография местности, расположение территорий административных районов относительно гор Южного Урала, локальные особенности циркуляции воздушных масс и др. Следует обратить внимание на то, что степные и отчасти лесостепные районы характеризуются значительной засушливостью и резкой неравномерностью сочетания сухих и влажных периодов внутри года, что в ряде случаев способствует возникновению критических условий в водопользовании и землепользовании. Таким образом, происходящие тенденции изменения показателей изменчивости температуры, дефицита влажности воздуха, а также продолжительности теплого периода со значениями температур выше 5°С и 10°С обусловливают необходимость обоснования оптимальных режимов водопользования и землепользования.

Следует подчеркнуть, что аналогичные тенденции изменения продолжительности вегетационного периода наблюдаются и в соседних регионах - Пермском крае, Свердловской областях [8-10].

Общая продолжительность периода с температурами выше 10°С характеризуется тем, что она варьируют в пределах от 125 до 150 дней (рис. 4). Максимальные значения наблюдаются в пределах Башкирского Пре- дуралья (более 135 дней) и юго-востока Башкирского Зауралья. В пределах СевероВосточного субрегиона республики и в горных районах она составляет менее 135 дней (варьируя в пределах 130 - 125 дней).

Рис. 3. Изменение продолжительности периода с температурами воздуха выше 10°С между временными интервалами 1945-1980 и 1981-2015 гг

Рис. 4. Среднемноголетняя продолжительность периода (дни) с температурами выше 10° С.

Таким образом, с начала 1980-х гг. по всем метеостанциям РБ наблюдаются такие закономерности в изменении продолжительности периодов, характеризующихся переходом температуры воздуха выше 5°С и 10°С, как их увеличение и значительный разброс величин относительно среднего значения. В свою очередь, указанные параметры могут быть использованы в подборе видов сельскохозяйственных культур в целях их перспективного выращивания с учетом их вегетации в условиях происходящих региональных изменений климата. При этом наименьшие значения увеличения вегетационных периодов характерны для тех районов, которые специализируются на растениеводстве, обладая плодородными почвами (различные типы черноземов, темно-серые лесные почвы). Наибольшие значения приходятся на северные районы республики с менее благоприятными для развития растениеводства условиями. Самые минимальные величины прироста продолжительности вегетационного периода наблюдаются в юго-западных районах республики, отличающихся значительными показателями солнечной радиации. В целом, по территории республики обнаруживается увеличение продолжительности значений вегетационного периода с юга на север.

Следует подчеркнуть, что результаты, полученные в ходе проведения данного исследования, заметно отличаются от тех сведений, которые отражены в Атласе РБ [11]. Как известно, при его составлении были использованы сведения о наблюдениях за температурой воздуха за весь период до начала 2000-х гг. ХХ в. То есть картографические материалы, представленные в указанной работе, не включают важные показатели, отражающие изменения климата в региональном масштабе, что наиболее характерно для последних десятилетий.

Таким образом, материалы, отражающие среднемноголетнюю продолжительность периода с температурами воздуха выше 10°С (рис. 4), полученные в ходе выполнения данного исследования, могут быть рекомендованы для использования при решении ряда практических задач, в т.ч. и сельском хозяйстве в целях обоснованного выбора видов культур с учетом их вегетационных признаков в ходе современного и перспективного выращивания в условиях происходящих региональных изменений климата.

Литература

Наблюдаемые изменения климата // Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации в 2014 г. / под общ. ред. А.В. Фролова. Общее резюме. М.: Росгидромет, 2014. C. 7-17.

Гареев А.М. Аминева Г.Г. Общие характеристики изменения основных составляющих водного баланса речных водосборов на примере территории Республики Башкортостан // Фундаментальные и прикладные исследования в гидрометеорологии, водном хозяйстве и геоэкологии: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции, посвященной Международному Дню воды, 100-летию Республики Башкортостан и 110-летию Башкирского государственного университета (г. Уфа, 29-30 марта 2019 г.). Уфа: РИЦ БашГУ, 2019. C. 9-15.

Гареев А.М., Галимова Р.Г., Миннегалиев А.О. Особенности изменения климатических условий лесостепного Предуралья Республики Башкортостан // Региональные проблемы водопользования в изменяющихся климатических условиях: материалы междунар. науч.- практ. конф. Уфа: Аэтерна, 2014. С. 15-19.

Григорьева Е.А. Динамика временных границ вегетационного периода в южной части российского Дальнего Востока // Региональные проблемы. Биробиджан: ИКАРП ДВО РАН, 2009. № 12. С. 29-34.

Gareev A.M., Galimova R.G., Timirbaev M.A. Spatiotemporal natural force variability influencing the activation of erosion process (on the example of the forest-steppe in the west of Ural Mountains) / Consequences of (post-socialist) land use and climate change for landscape water budgets, soil degradation and rehabilitation in the forest steppe zone of Bashkortostan. Halle (Saale): Martin-Luther University, 2011. P. 34-42.

Российский гидрометеорологический энциклопедический словарь / под ред. А.И. Бедрицкого. СПб; М.: Летний сад, 2008. Т. 1: А-И. 336 с.

Гулинова Н.В. Методы агроклиматической обработки наблюдений. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 152 с.

Ермакова Л.Н., Толмачева Н.И., Попова Е.В. Оценка и прогноз теплообеспеченности вегетационных периодов Пермского края и Свердловской области // Географический вестник. Пермь: Перм. ун-т. 2008. № 1 (7). С. 159-167.

Шкляев В.А., Ермакова Л.Н., Шкляева Л.С. Особенности долговременных изменений характеристик вегетационных периодов в Пермском крае // Географический вестник. Пермь: Перм. ун-т. 2012. № 2 (21). С. 68-73.

Шкляев В.А., Ермакова Л.Н., Шкляева Л.С. Современные изменения климатических и агрометеорологических характеристик в Пермском крае и возможные вариации продуктивности сельскохозяйственных культур // Вес- тн. Удм. ун-та. Сер. Биология. Науки о Земле. 2013. Вып. 2. С. 104-116.

Nablyudayemye izmeneniya klimata [Observed climate changes]. Vtoroy otsenochnyy doklad Rosgidrometa ob izmeneniyakh klimata i ikh posledstviyakh na territorii Rossiyskoy Federatsii v 2014 g. [The second evaluation report of Ros- hydromet regarding climate changes and their consequences]. A.V. Frolova (ed.). General summary. Moscow, Rosgidromet, 2014, pp. 7-17. (In Russian).

Gareev A.M., Amineva G.G. Obshchie kharak- teristiki izmeneniya osnovnykh sostavlyayush- chikh vodnogo balansa rechnykh vodosborov na primere territorii Respubliki Bashkortostan [General characteristics of changes in the main components of the water balance of river catchments on the example of the Republic of Bashkortostan]. Fundamentalnye i prikladnye issledo- vaniya v gidrometeorologii, vodnom hozyaystve i geoekologii [Basic and applied research in hydrometeorology, water management and geoecology]. Proceedings of the 4th All-Russian Science & Research Conference devoted to the International Water Day, the 100th anniversary of the Republic of Bashkortostan and the 110th anniversary of Bashkir State University (Ufa, March 29-30, 2019) Ufa, RITs BashGU, 2019, pp. 9-15. (In Russian).

Gareev A.M., Galimova R.G., Minnegaliev A.O. Osobennosti izmeneniya klimaticheskikh usloviy lesostepnogo Preduralya Respubliki Bashkortostan [Peculiar aspects of variation of climatological conditions of the forest-steppe zone in the Cis-Ural region of Republic of Bashkortostan]. Regionalnye problemy vodopolzovaniya v izme- nyayushchikhsya klimaticheskikh usloviyakh [Regional problems of water use in changing climatic conditions]. Proceedings of the International Science & Research Conference. Ufa, Aeterna, 2014, pp. 15-19. (In Russian).

Grigoryeva E.A. Dinamika vremennykh granits vegetatsionnogo perioda v yuzhnoy chasti ros- siyskogo Dalnego Vostoka [Timeframe dynamics of vegetation period in the southern part of Russia's Far East]. Regionalnye problemy [Regional problems]. Birobidzhan, IKARP DVO RAN, 2009, no. 12, pp. 29-34. (In Russian).

Gareev A.M., Galimova R.G., Timirbaev M.A. Spatiotemporal natural force variability influencing the activation of erosion process (on the example of the forest-steppe in the west of Ural Mountains)./Consequences of (post-socialist) land use and climate change for landscape water budget, soil degradation and rehabilitation in the forest steppe zone of Bashkortostan. Halle (Saale), Martin-Luther University, 2011, pp. 34-42.

Rossiyskiy gidrometeorologicheskiy entsiklope- dicheskiy slovar [Russian hydrometeorological encyclopedic dictionary]. Bedritsky A.I. (ed.). St. Petersburg, Moscow, Letniy sad, 2008, vol. 1, A-I. 336 p. (In Russian).

Gulinova N.V. Metody agroklimaticheskoy ob- rabotki nablyudeniy [Methods of agro-climatic processing of research observations]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1974, 152 p. (In Russian).

Ermakova L.N., Tolmacheva N.I., Popova E.V. Ot- senka i prognoz teploobespechennosti vegetatsi- onnykh periodov Permskogo kraya i Sverdlovskoy oblasti [Evaluation and forecast of the heat supply of the growing season of the Perm region and Sverdlovsk region]. Geograficheskiy vestnik - Geographical Bulletin, Permskiy universitet, 2008, no. 1 (7), pp. 159-167. (In Russian).

Shklyaev V.A., Ermakova L.N., Shklyaeva L.S. Oso- bennosti dolgovremennykh izmeneniy kharakter- istik vegetatsionnykh periodov v Permskom krae [Features of long-term changes in the characteristics of vegetation periods in the Perm region]. Geograficheskiy vestnik - Geographical Bulletin, Permskiy universitet, 2012, no. 2 (21), pp. 68-73. (In Russian).

Shklyaev V.A., Ermakova L.N., Shklyaeva L.S. Sovremennye izmeneniya klimaticheskikh i ag- rometeorologicheskikh kharakteristik v Perms- kom krae i vozmozhnye variatsii produktivnosti selskokhozyaystvennyh kultur [Contemporary changes in climatic and agrometeorological characteristics in the Perm region and possible variations in crop productivity]. Vestnik Udmurtskogo universitetata. Ser. Biologiya. Nauki o Zemle - Bulletin of the Udmurt University. Ser. Biology. Geosciences, 2013, vol. 2, pp. 104-116. (In Russian).

Atlas Respubliki Bashkortostan [Atlas of the Republic of Bashkortostan]. Ufa, Kitap, 2005, 419 p. (In Russian).

Размещено на Allbest.ru