ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОЦЕНКА ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Изменение экосистем в период глобального потепления климата 5
2. Материалы и методы исследования 10
2.1 Исходные данные 10
2.2 Методы исследования 10
2.3 Физико-географическая характеристика исследуемого района 13
3. Анализ температурно-влажностного режима юга Западной Сибири и
северного Казахстана 20
3.1 Характеристика поля температуры воздуха и почвы 20
3.2 Характеристика поля осадков 26
3.3 Анализ показателей увлажнённости территории 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 43
Приложение А Температура воздуха, почвы и атмосферных осадков
1. Изменение экосистем в период глобального потепления климата 5
2. Материалы и методы исследования 10
2.1 Исходные данные 10
2.2 Методы исследования 10
2.3 Физико-географическая характеристика исследуемого района 13
3. Анализ температурно-влажностного режима юга Западной Сибири и
северного Казахстана 20
3.1 Характеристика поля температуры воздуха и почвы 20
3.2 Характеристика поля осадков 26
3.3 Анализ показателей увлажнённости территории 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 43
Приложение А Температура воздуха, почвы и атмосферных осадков
Актуальность работы. Одной из главных проблем XXI века является изменение климата и его влияние на окружающую среду. В последние десятилетие наблюдается глобальное потепление климата. Когда в середине 70-х гг. XX в. началось очередное глобальное потепление климата на нашей планете, резко повысился интерес ученых к проблеме влияния климата на биосферу, что сразу подстегнуло разного рода исследования, в том числе и фенологические [27].
Климат - главный фактор, лимитирующий жизнедеятельность биоты; развитие живой природы обусловлено во многом климатом, и как следствие - его пространственно - временные изменения приводят к изменению многих характеристик биологических объектов [5]. В период современного потепления климата должно происходить продвижение лесостепей на север и на восток, а степей - на север и на юг [17].
Известно, что одни и те же погодно-климатические состояния могут формировать различные климатические эффекты в зависимости от региона. Вполне естественно, что эти эффекты различаются для одних и тех же типов ландшафтов по степени выраженности. В документе, обобщающем наиболее значимые исследования в проблеме изменения климата, МГЭИК-2014, приведены выводы относительно современной климатогенной динамики степной зоны. Постулируется усиление аридизации степей на фоне роста глобальной температуры в различной степени в разных частях степной зоны. Тем не менее, в ходе предварительных теоретических исследований обнаружено, что некоторые участки внутриконтинентальных степей характеризуются накоплением биомассы вследствие роста увлажненности на фоне роста температуры [19].
Объект исследования - территория, ограниченная 50°с.ш. - 55°с.ш. и 60°в.д. - 110°в.д
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование характеристик температурно-влажностного режима, влияющих на растительность степных и лесостепных ландшафтов Западной Сибири и Казахстана в условиях современных изменений климата.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Рассчитать статистические характеристики и скорость изменения средней температуру воздуха и почвы по месяцам (май- сентябрь) 1971-2019 гг.
2. Рассчитать продолжительность вегетационного периода, суммы температур (>5°С, >10°С) и их тенденции изменения
3. Рассчитать суммы атмосферных осадков за май-сентябрь, рассмотреть изменчивость и динамику по годам/месяцам
4. Провести расчет индексов: коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК), Коэффициент увлажнения С.А. Сапожниковой (КУ), индекс сухости М.И. Будыко (ИС), оценить их динамику
5. Картировать полученные результаты
Климат - главный фактор, лимитирующий жизнедеятельность биоты; развитие живой природы обусловлено во многом климатом, и как следствие - его пространственно - временные изменения приводят к изменению многих характеристик биологических объектов [5]. В период современного потепления климата должно происходить продвижение лесостепей на север и на восток, а степей - на север и на юг [17].
Известно, что одни и те же погодно-климатические состояния могут формировать различные климатические эффекты в зависимости от региона. Вполне естественно, что эти эффекты различаются для одних и тех же типов ландшафтов по степени выраженности. В документе, обобщающем наиболее значимые исследования в проблеме изменения климата, МГЭИК-2014, приведены выводы относительно современной климатогенной динамики степной зоны. Постулируется усиление аридизации степей на фоне роста глобальной температуры в различной степени в разных частях степной зоны. Тем не менее, в ходе предварительных теоретических исследований обнаружено, что некоторые участки внутриконтинентальных степей характеризуются накоплением биомассы вследствие роста увлажненности на фоне роста температуры [19].
Объект исследования - территория, ограниченная 50°с.ш. - 55°с.ш. и 60°в.д. - 110°в.д
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование характеристик температурно-влажностного режима, влияющих на растительность степных и лесостепных ландшафтов Западной Сибири и Казахстана в условиях современных изменений климата.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Рассчитать статистические характеристики и скорость изменения средней температуру воздуха и почвы по месяцам (май- сентябрь) 1971-2019 гг.
2. Рассчитать продолжительность вегетационного периода, суммы температур (>5°С, >10°С) и их тенденции изменения
3. Рассчитать суммы атмосферных осадков за май-сентябрь, рассмотреть изменчивость и динамику по годам/месяцам
4. Провести расчет индексов: коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК), Коэффициент увлажнения С.А. Сапожниковой (КУ), индекс сухости М.И. Будыко (ИС), оценить их динамику
5. Картировать полученные результаты
По итогам исследования характера изменений температурно-влажностного режима юга Западной Сибири и Северного Казахстана можно сформулировать следующие выводы:
1. Средняя температура воздуха за период май - сентябрь изменяется на исследуемой территории от 9,8 °С до 17,6 °С. По всей исследуемой территории отмечено долговременное увеличение температуры воздуха со скоростью 0,2 - 0,4 °С за 10 лет, что в значительной мере превышает среднюю скорость повышения температуры для северного полушария. Увеличение средних значений температур воздуха происходит с увеличением к юго-западу территории (в направлении Северного Казахстана). Скорость изменения температуры воздуха статистически значима при заданном уровне значимости (0,5) для всех станций.
2. Суммы температур больше 5 °С увеличиваются с северо-востока на юго-запад. Значения изменяются в диапазоне от 1446,9 °С (станция Верхняя Гутара) до 2692,2 °С (станция Семей). В среднем на рассматриваемой территории происходит статистически значимое (на уровне 0,5) увеличение сумм температур воздуха больше 5 °С со скоростью 45 - 46 °С/10 лет.
3. Суммы температур воздуха больше 10 °С изменяется в диапазоне
от 1131,3 °С (станция Верхняя Гутара) до 2588,4 °С (станция Семей). За рассматриваемый период (май - сентябрь) среднее значение сумм температур больше 10 °С составляет 2063,7 °С. Происходит увеличение скорости изменения сумм температур воздуха больше 10 °С. Средняя скорость изменения составляет 50 - 55 °С за 10 лет. На рассматриваемых станциях скорости изменения сумм температур воздуха больше 10 °С являются статистически значимыми на уровне значимости 5%.
4. Пространственное распределение средних значений температуры почвы увеличивается в направлении с северо-востока на юго-запад исследуемой территории. Значения средней температуры почвы изменяются от 12,6 °С (станция Верхняя Гутара) до 21,3 °С (станция Славгород). Средние скорости изменения температуры почвы увеличиваются в пределах от 0,2 °С за 10 лет до 0,7 °С за 10 лет. На рассматриваемых станциях коэффициент уравнения статистически значим на уровне значимости 5%, т.е. он значимо отличается от нуля.
5. На исследуемой территории пространственное распределение количества осадков имеет волнистообразный и очаговый характер. Диапазон изменения суммарных осадков по исследуемой территории составляет от 146,2 мм (ст. Семей) до 611,1 мм (ст. Яйлю). По величине тренда осадков исследуемую территорию можно разделить на две части: в центральной части исследуемой территории (Республика Алтай и Алтайский край) отмечено уменьшение количества осадков от минус 0,3 мм /10 лет (ст. Рубцовск) до 12,0 мм /10 лет (ст. Яйлю); в северном районе и на территории Северного Казахстана - увеличение в среднем составляет 0,5 мм за 10 лет.
6. На рассматриваемой территории складываются различные условия тепловлагообеспеченности. Западный, юго-западный район (вся территория Северного Казахстана) исследуемой территории относится к засушливой зоне. К переувлажненной зоне относится северо-восточный район (ст. Верхняя Гутара со максимальным значением 3,0) и в центральная часть (ст. Яйлю, ст. Кызыл). К умеренно влажной зоне (1,2 - 1,5) относятся такие станции как: Балаганск, Жигалово, Кяхта. Выявленные тенденции изменения имеют небольшие значения как положительные, так и отрицательные и являются статистически незначимыми. Скорость изменения индекса ГТК на 11 из 32 рассматриваемых станциях положительна, что означает тенденцию к увлажнению на данной территории. Тренд увеличивается в пределах от 0,01 за 10 лет до 0,08 за 10 лет. Скорость падения индекса ГТК наблюдается в диапазоне от -0,01 за 10 лет до -0,11 за 10 лет. При сравнении значений индекса ГТК за два десятилетия (1971 - 1980 гг. и 2010 - 2019 гг.) было обнаружено продвижение засушливой зоны на расстояние до 250 км с районов Северного Казахстана на территорию юга Западной Сибири. Также смещение переувлажненной зоны с северо-восточного района на юг территории (на Юг Западной Сибири).
7. Коэффициент увлажнения С.А. Сапожниковой находится в диапазоне от 0,4 (ст. Кызыл) до 2,0 (ст. Яйлю). Территория Северного Казахстана со значениями в пределах 0,5 - 0,6 находится в условиях степи. Северо-восточный и восточный район исследуемой территории находится в условиях избыточной влажности. Скорость изменения КУ незначительно в большинстве статистически незначимы. Слабый рост происходит со скоростью 0,01/10 лет - 0,05/10 лет. Тренд уменьшается в диапазоне от - 0,01/10 лет до -0,06/10 лет. Сравнение значений КУ за два десятилетия (1971 - 1980 гг. и 2010 - 2019 гг.) показало, что происходит смещение зоны увлажнения с районов юга Западной Сибири на север исследуемой территории. Происходит увеличение зоны избыточной влажности в районе Республики Алтай, Алтайском крае и Кемеровской области (ст. Яйлю, ст. Солонешное, ст. Кузедеево).
8. Значения индекса сухости М.И. Будыко на исследуемой территории находятся в диапазоне от 0,4 на станции Яйлю до 1,9 на станции Кызыл. Величина скорости изменения индекса сухости на 8 из 32 рассматриваемых станциях отрицательна, что означает тенденцию падения индекса (переход к более влажным условиям). Слабые отрицательные скорости изменения говорят о том, что засушливость территории увеличивается незначительно. Наибольший рост индекса отмечается на станции Иркутск и составляет 0,21/10 лет. В среднем рост составляет 0,04 за 10 лет, а скорость падения -0,03 за 10 лет. Выявленные тенденции статистически незначимы. При сравнении двух десятилетий 1971 - 1980 гг. и 2010 - 2019 гг. видно, что происходит уменьшение засушливой зоны (1,3) в районе Республики Тыва.
1. Средняя температура воздуха за период май - сентябрь изменяется на исследуемой территории от 9,8 °С до 17,6 °С. По всей исследуемой территории отмечено долговременное увеличение температуры воздуха со скоростью 0,2 - 0,4 °С за 10 лет, что в значительной мере превышает среднюю скорость повышения температуры для северного полушария. Увеличение средних значений температур воздуха происходит с увеличением к юго-западу территории (в направлении Северного Казахстана). Скорость изменения температуры воздуха статистически значима при заданном уровне значимости (0,5) для всех станций.
2. Суммы температур больше 5 °С увеличиваются с северо-востока на юго-запад. Значения изменяются в диапазоне от 1446,9 °С (станция Верхняя Гутара) до 2692,2 °С (станция Семей). В среднем на рассматриваемой территории происходит статистически значимое (на уровне 0,5) увеличение сумм температур воздуха больше 5 °С со скоростью 45 - 46 °С/10 лет.
3. Суммы температур воздуха больше 10 °С изменяется в диапазоне
от 1131,3 °С (станция Верхняя Гутара) до 2588,4 °С (станция Семей). За рассматриваемый период (май - сентябрь) среднее значение сумм температур больше 10 °С составляет 2063,7 °С. Происходит увеличение скорости изменения сумм температур воздуха больше 10 °С. Средняя скорость изменения составляет 50 - 55 °С за 10 лет. На рассматриваемых станциях скорости изменения сумм температур воздуха больше 10 °С являются статистически значимыми на уровне значимости 5%.
4. Пространственное распределение средних значений температуры почвы увеличивается в направлении с северо-востока на юго-запад исследуемой территории. Значения средней температуры почвы изменяются от 12,6 °С (станция Верхняя Гутара) до 21,3 °С (станция Славгород). Средние скорости изменения температуры почвы увеличиваются в пределах от 0,2 °С за 10 лет до 0,7 °С за 10 лет. На рассматриваемых станциях коэффициент уравнения статистически значим на уровне значимости 5%, т.е. он значимо отличается от нуля.
5. На исследуемой территории пространственное распределение количества осадков имеет волнистообразный и очаговый характер. Диапазон изменения суммарных осадков по исследуемой территории составляет от 146,2 мм (ст. Семей) до 611,1 мм (ст. Яйлю). По величине тренда осадков исследуемую территорию можно разделить на две части: в центральной части исследуемой территории (Республика Алтай и Алтайский край) отмечено уменьшение количества осадков от минус 0,3 мм /10 лет (ст. Рубцовск) до 12,0 мм /10 лет (ст. Яйлю); в северном районе и на территории Северного Казахстана - увеличение в среднем составляет 0,5 мм за 10 лет.
6. На рассматриваемой территории складываются различные условия тепловлагообеспеченности. Западный, юго-западный район (вся территория Северного Казахстана) исследуемой территории относится к засушливой зоне. К переувлажненной зоне относится северо-восточный район (ст. Верхняя Гутара со максимальным значением 3,0) и в центральная часть (ст. Яйлю, ст. Кызыл). К умеренно влажной зоне (1,2 - 1,5) относятся такие станции как: Балаганск, Жигалово, Кяхта. Выявленные тенденции изменения имеют небольшие значения как положительные, так и отрицательные и являются статистически незначимыми. Скорость изменения индекса ГТК на 11 из 32 рассматриваемых станциях положительна, что означает тенденцию к увлажнению на данной территории. Тренд увеличивается в пределах от 0,01 за 10 лет до 0,08 за 10 лет. Скорость падения индекса ГТК наблюдается в диапазоне от -0,01 за 10 лет до -0,11 за 10 лет. При сравнении значений индекса ГТК за два десятилетия (1971 - 1980 гг. и 2010 - 2019 гг.) было обнаружено продвижение засушливой зоны на расстояние до 250 км с районов Северного Казахстана на территорию юга Западной Сибири. Также смещение переувлажненной зоны с северо-восточного района на юг территории (на Юг Западной Сибири).
7. Коэффициент увлажнения С.А. Сапожниковой находится в диапазоне от 0,4 (ст. Кызыл) до 2,0 (ст. Яйлю). Территория Северного Казахстана со значениями в пределах 0,5 - 0,6 находится в условиях степи. Северо-восточный и восточный район исследуемой территории находится в условиях избыточной влажности. Скорость изменения КУ незначительно в большинстве статистически незначимы. Слабый рост происходит со скоростью 0,01/10 лет - 0,05/10 лет. Тренд уменьшается в диапазоне от - 0,01/10 лет до -0,06/10 лет. Сравнение значений КУ за два десятилетия (1971 - 1980 гг. и 2010 - 2019 гг.) показало, что происходит смещение зоны увлажнения с районов юга Западной Сибири на север исследуемой территории. Происходит увеличение зоны избыточной влажности в районе Республики Алтай, Алтайском крае и Кемеровской области (ст. Яйлю, ст. Солонешное, ст. Кузедеево).
8. Значения индекса сухости М.И. Будыко на исследуемой территории находятся в диапазоне от 0,4 на станции Яйлю до 1,9 на станции Кызыл. Величина скорости изменения индекса сухости на 8 из 32 рассматриваемых станциях отрицательна, что означает тенденцию падения индекса (переход к более влажным условиям). Слабые отрицательные скорости изменения говорят о том, что засушливость территории увеличивается незначительно. Наибольший рост индекса отмечается на станции Иркутск и составляет 0,21/10 лет. В среднем рост составляет 0,04 за 10 лет, а скорость падения -0,03 за 10 лет. Выявленные тенденции статистически незначимы. При сравнении двух десятилетий 1971 - 1980 гг. и 2010 - 2019 гг. видно, что происходит уменьшение засушливой зоны (1,3) в районе Республики Тыва.