Аннотация
Введение 4
1 Наблюдаемые изменения климата и их влияние на сельское хозяйство... 9
1.1 Наблюдаемые изменения климата 9
1.2 Факторы агроклиматической теплообеспеченности 17
1.3 Особенности формирования режимов сезонов года 20
1.4 Современные изменения агроклиматических ресурсов в России.... 21
1.4.1 Изменение термических ресурсов 23
1.4.2 Изменение ресурсов влагообеспеченности 25
2 Методы агроклиматического районирования территории 28
2.1 Принципы климатического районирования 29
2.2 Общее агроклиматическое районирование 32
3 Материалы и методы исследования 34
3.1 Порядок и методика расчетов 34
4 Агроклиматическое районирование по параметрам тепло- и влагообеспеченности теплого и холодного периодов года территории 39 Западной и Восточной Сибири
4.1 Оценка агроклиматической тепло- и влагообеспеченности за теплый и холодный периоды года территории Западной и Восточной 39 Сибири
4.2 Классификация агроклиматических показателей теплого и
холодного периодов года 44
4.3 Динамика агроклиматических показателей теплого и холодного периодов года 53
4.4 Проведение агроклиматического районирования по параметрам тепло- и влагообеспеченности теплого и холодного периодов года 56 территории Западной и Восточной Сибири
Заключение 63
Список использованных источников и литературы 66
Приложения 72
В условиях меняющегося климата оценка его состояния и предстоящих изменений является актуальной и важной научной практической задачей.
Сельское хозяйство находится в очень тесной связи с природными, в том числе климатическими условиями. Рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур в значительной мере зависят от солнечного света, влаги и тепла, особенностей климата территории, изменений условий погоды. Зависят в значительной мере от климата и погоды: рациональное размещение отраслей сельского хозяйства и отдельных культур, специализации хозяйств, необходимое оборудование, используемое в сельском хозяйстве, сроки посева и уборки урожая и многие другие, связанные с сельских хозяйством вопросы. Поскольку в одних случаях изменчивая погода благоприятна для возделывания сельскохозяйственных растений, в других сводит к минимуму результаты труда человека. Поэтому система ведения сельского хозяйства должна быть дифференцирована во времени и в пространстве, с учетом особенностей климата. Влага - один из основных факторов жизни растений. Важными функциями воды являются ее участие в фотосинтезе растений, перенос элементов питания, обеспечение терморегуляции.
Важной особенностью режима снежного покрова является процесс его устойчивого залегания. Первый выпавший снег редко остаётся на зиму. Обычно в предзимье снег выпадает два-три раза и сразу же тает. При этом увлажняется верхний слой почвы, что во многом определяет потери стока половодья. От времени образования снежного покрова и влажности грунта зависит глубина промерзания почвы, и как следствие, водопроницаемость почвы весной во время снеготаяния.
Пространственное распределение агроклиматических показателей, установление их географических границ (другими словами, картографирование) является начальным этапом составления карт агроклиматического районирования разного масштаба от мировых до карт для отдельного хозяйства. Агроклиматическое районирование - проведение деления тех или иных территорий, различающихся между собой по агроклиматическим показателям и условиям сельскохозяйственного производства. Основные задачи его сводятся к выделению таксономических агроклиматических единиц (поясов, зон, областей, районов и т.д.). В процессе районирования можно выявить территории, находящиеся далеко друг от друга, но имеющие аналогичные агроклиматические ресурсы.
На основе климатических показателей разных сезонов года, которые могут быть использованы для решения прикладных задач отдельных секторов экономики, в том числе для сельского хозяйства, транспорта, теплоэнергетики, а также общих вопросов климатологии и географии. Для научного обоснования агротехнических мероприятий (при планировании площадей посевов, продвижении культур на север и подборе сортов, применении новой агротехники и т. д.) необходим учет сельскохозяйственной оценки территории.
Данная работа является продолжением бакалаврской работы «Агроклиматическое районирование для теплого периода года территории Западной Сибири», которая включала в себя исследование характеристик теплого периода года [1-4].
Цель работы: изучить характеристики тепло- и влагообеспеченности теплого и холодного периода года территории Западной и Восточной Сибири, проанализировать их динамику и провести агроклиматическое районирование территории.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
1. Рассчитать и оценить характеристики тепло- и влагообеспеченности теплого и холодного периодов года, используя данные наблюдений в интервале около 60 лет (1960-2018 гг.);
2. Провести классификации рассчитанных агроклиматических показателей с учетом современных изменений климата и региональных особенностей, в том числе комплексные классификации для теплого периода года (по показателям тепло- и влагообеспеченности территории) и для холодного периода (с привлечением данных о снежном покрове).
3. Исследовать и обобщить тенденции современных климатических изменений на основе исследования агроклиматических параметров теплого и холодного периодов года территории Западной и Восточной Сибири.
Объект исследования - территория Западной и Восточной Сибири.
Предмет изучения - агроклиматические ресурсы теплого и холодного периодов года.
Материалы и методика исследования. В качестве исходных материалов были взяты данные о среднесуточной температуре воздуха выше 10 °С и суммам среднесуточных осадков для теплого периода. Для холодного периода года использовались данные по среднесуточной температуре воздуха ниже -10 °С, и средней высоты снежного покрова. Данные были взяты из климатических архивов ВНИИГМИ-МЦД (http://meteo.ru/data). Период исследования - с 1960 по 2018 год для 34 станций Западной и Восточной Сибири.
Научная новизна.
Для Российской Федерации существенное значение имеет региональный аспект изменения климата. Вследствие огромных размеров территории страны и разнообразия ее природно-климатических зон изменения климата могут носить как положительный, так и отрицательный характер.
Подобный анализ характеристик климата, в особенности его изменчивости, экстремальности и воздействии на ведение сельского хозяйства, на территории различных регионов страны проводились исследователями из Всероссийского НИИ сельскохозяйственной метеорологии (О.Д. Сиротенко, И.Г. Грингоф, Е.С. Уланова, А.И. Страшная и др.) и Сибирского регионального научно-исследовательского гидрометеорологического института (В.В. Костюков, С.В. Устинова, Т.В. Старостина, М.И. Черникова и др.). Однако разброс оценок и мнений экспертов о климатическом потенциале отдельных регионов продолжает оставаться значительным.
Кроме того, в последние годы вновь возрос интерес метеорологов к вопросам климатического районирования, выразившийся в появлении значительного количества работ, в которых с помощью применения кластерного анализа создаются новые региональные классификации климата. Однако в этих работах обычно либо не затрагиваются изменения, произошедшие после 2010 г., либо приводится слишком обобщенные выводы для всей Западной или Восточной Сибири, либо, наоборот, исследуется небольшая территории данных регионов.
Данная магистерская диссертация является научным исследованием оценки агроклиматических параметров тепло- и влагообеспеченности теплого и холодного периодов года территории Западной и Восточной Сибири.
При этом:
1. Выполнена оценка агроклиматической тепло- и влагообеспеченности теплого и холодного периодов года с 1960 по 2018 гг. территории Западной и Восточной Сибири.
2. Впервые были проведены классификации рассчитанных агроклиматических показателей с учетом современных климатических изменений и региональных особенностей, в том числе комплексные классификации для теплого периода года (по показателям тепло - и влагообеспеченности территории) и для холодного периода (с привлечением данных о снежном покрове) для территории Западной и Восточной Сибири.
3. Выявлены тенденции современных климатических изменений на основе исследования агроклиматических параметров теплого и холодного периодов года территории Западной и Восточной Сибири.
Практическая значимость. На основе климатических показателей разных сезонов года, которые могут быть использованы для решения прикладных задач отдельных секторов экономики, в том числе для сельского хозяйства, транспорта, теплоэнергетики, а также общих вопросов климатологии и географии. Для научного обоснования агротехнических мероприятий (при планировании площадей посевов, продвижении культур на север и подборе сортов, применении новой агротехники и т. д.) необходим учет сельскохозяйственной оценки территории.
Структура и объем работы. Магистерская диссертация изложена на 76 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, с 25 иллюстрациями, 11 таблиц и списком использованных источников и литературы из 73 наименований.
Во введении обосновывается выбор темы, его актуальность, обозначается цель и задачи, объект и предмет, научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе рассматриваются изменения климата,
агроклиматических ресурсов и их влияние на сельское хозяйство
Во второй главе рассматриваются методы агроклиматического районирования.
В третьей главе представлены исходные материалы, описывается методика исследования.
В четвёртой главе представлены результаты исследований теплого и холодного периода года, оценка, классификация, динамика агроклиматических показателей, и проведено агроклиматического районирования по параметрам тепло- и влагообеспеченности теплого и холодного периодов года территории Западной и Восточной Сибири.
В заключении представлены итоги исследования.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю доценту кафедры метеорологии и климатологии, кандидату географических наук О.В. Носыревой за постоянную поддержку, ценные советы и замечания.
В результате проделанной работы можно сделать следующие основные выводы:
1) В теплый период года по данным о среднесуточных значениях температуры воздуха и суммах суточных осадков для 34 станций Западной и Восточной Сибири были рассчитаны суммы температур выше 10 °С и ГТК. В среднем, распределение характеристик по территории согласуется с физикогеографическом расположением станций с севера на юг: от 1249 °С и 1,7 на станции Березово (север Западной Сибири) до 2534 °С и 0,8 (юг Западной Сибири), от 1042 °С и 1,4 (север Восточной Сибири) до 2278 °С и 0,7 (юг Восточной Сибири).
2) В холодный период года по данным о среднесуточных значениях температуры воздуха и снежном покрове года были рассчитаны суммы температур ниже -10 °С и средней высоте снежного покрова. Суммы температур, в основном, имеют широтное распределение с севера на юг: от -3435 °С на станции Березово до -1734 °С на станции Барнаул (Западная Сибирь) и от -4281 °С в Туре до -1947 °С в Иркутске (Восточная Сибирь). Значения высоты снежного покрова распределяются по территории вне зависимости от широты места. В Западной Сибири наибольший снежный покров отмечается в Томской области, в Восточной Сибири - в центральном и восточном районах Красноярского края.
3) С помощью кластерного анализа и метода k-средних проводилась классификация рассчитанных агроклиматических показателей. Для сумм температур выше 10 °С было выделено 6 групп станций, объединяющие небольшие районы со схожими климатическими условиями, изменяющимися с севера на юг. Проведенная классификация условий увлажнения теплого периода выделила 7 групп станций, с уменьшением значений ГТК с севера на юг в Западной Сибири и западной части Восточной Сибири. Группа с наибольшими значениями ГТК расположена на юге Восточной Сибири (кроме Улан-Удэ), что связано с максимальными суммами осадков в данном регионе. К северу территории ГТК уменьшается.
4) Для сумм температур ниже -10 °С было выделено 8 групп. Группа с абсолютным максимальным значением включает в себя станцию Тюмень (1693,0 °С), с абсолютным минимумом - станцию Тура (-4281 °С). Группа с наибольшими значениями сумм температур расположена на юго-востоке Западной Сибири и юго-западе Восточной Сибири (Барнаул, Тисуль, Ачинск, Красноярск). Группы сумм температур распределяются по территории, в целом, по уменьшению с севера на юг. При этом, суммы температур в Западной Сибири выше, чем в Восточной. Для высоты снежного покрова было выделено 8 групп, распределяющихся по территории с убыванием значений с севера на юг. Группы с наибольшими значениями снежного покрова расположены в Западной Сибири севернее станции Кемерово и в Восточной Сибири севернее Красноярска. Группа с наименьшими значениями снежного покрова расположена на юго-востоке Восточной Сибири. Станции с минимальным снежным покровом (9,9-28,3 см) и низкими суммами отрицательных температурам (-3400—2270 °С) относятся к районам с наблюдающейся вечной мерзлотой (Чита, Багдарин, Могоча, Усть- Баргузин).
5) При анализе динамики исследуемых величин по выделенным эталонным станциям было выявлено, что наблюдается рост термических ресурсов, как в теплый (до 240 °C), так и в холодный период года (до 300 °C) в Западной и Восточной Сибири. При этом в теплый период наблюдается рост стандартного квадратического отклонения (от 16 до 50 °C), что способствует росту экстремальности климата. В холодный период года стандартное квадратическое отклонение, наоборот, уменьшается (кроме Абакана и Могоча) до 90 °C. Со снижением изменчивости среднедекадных температур будет связано уменьшение вероятности проявления аномалий данной величины.
6) Условия снежности в холодный период года характеризуются увеличением снежного покрова (до 42 см) (кроме станции Тисуль), на фоне уменьшения стандартного квадратического отклонения (до 17 см). Изменений условий увлажнения в теплый период практически не наблюдается.
7) Для объективной оценки наблюдаемых климатических изменений необходимо рассматривать временной период не менее 30 лет. Кроме анализа EV-диаграмм, рассмотрение динамики агроклиматических показателей проводилось по двум 30-летним периодам длительных наблюдений: 1960-1989 гг. и 1990-2018 гг. Были выявлены аналогичные тенденции параметров для всей территории исследования.
8) В ходе поведения комплексного районирования территории Западной и Восточной Сибири было определено, что в теплый период года тип климата меняется от менее холодных, засушливых условий на севере до очень теплых, избыточно влажных на юге. В холодный период года климат меняется от суровых, снежных условий на севере до менее холодных, малоснежных на юге территории. При сравнении с аналогичными работами, за последние 10-15 лет выявлено смещение границ климатических поясов на более северные территории.
В связи с ожидаемым изменением климата, повышение температуры для разных регионов России будет наблюдаться по-разному. На территории Западной Сибири и Восточной Сибири в данный период времени наблюдается избыточная сумма осадков, которая превышает сумму температур. По современным прогнозам в ближайшее десятилетие ожидается увеличение сумм температур в разные периоды года и на разных территориях, что согласуется с полученными результатами настоящей работы. Это, несомненно, скажется благоприятно для сельского хозяйства и урожайности в целом. В Западной Сибири северная граница земледелия сдвинется за полярный круг, т.е. потенциально пригодной для земледелия станет вся территория региона. В Восточной Сибири по последним оценкам происходит активное таяние вечной мерзлоты.
1. Носырева О.В., Старикова И.А. Агроклиматические показатели теплого периода года и их пространственное распределение / Тринадцатое Сибирское совещание и школа молодых ученых по климато -экологическому мониторингу: Тезисы докладов российской конференции. / Под ред. М. В. Кабанова. - Томск: Аграф-Пресс, 2019. - С. 96-97.
2. Носырева О.В., Старикова И.А., Квасова А.Н., Никифоров М.А. Современные тенденции агроклиматических показателей на территории Западной Сибири / Материалы Международной научной конференции, посвященной 100-летию Ю.И. Чиркова. Москва: Издательство РГАУ МСХА, 2019. С. 180-191.
3. Носырева О.В., Старикова И. А. Пространственное распределение климатических показателей теплого периода года территории Западной и Восточной Сибири / Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной памяти чл.-корр. РАН А.Н. Антипова (23-27 сентября 2019 г.). - Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2019. - С. 206-210.
4. Старикова И.А. Агроклиматическое районирование для периода
активной вегетации терри-тории Западной Сибири / Сборник научных статей международной конференции “Ломоносов-ские чтения на Алтае: фундаментальные проблемы науки и техники” - 13-16 ноября 2018 г.
[Электронный ресурс] / АлтГУ; отв. ред. Е.Д. Родионов. Барнаул: ФГБОУ ВО "Алтайский госу-дарственный университет", 2018. С. 1084-1090.
5. Научно-исследовательские отчеты oxfam. Проблема адаптации. 2012. С.9
6. The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker T.F.,D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)].Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535p.
7. Заявление ВМО о состоянии глобального климата в 2016 году. Всемирная метеорологическая организация, ВМО-№1189, 24 с.
8. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2016 год. Росгидромет. 70 с.
9. Второй оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (Катцов В.М., Семенов С.М., ред.), Росгидромет. 2014. 1009 с.
10. Vuuren D.P., J.A. Edmonds, M. Kainuma, K. Riahi, A.M. Thomson, K. Hibbard, G.C. Hurtt, T. Kram, V. Krey, J-F. Lamarque, T. Masui, M. Meinshausen, N. Nakicenovic, S.J. Smith and S. Rose, 2011: The representative concentration pathways: an overview. Climatic Change, 109: 5-31. doi: 10.1007/s10584-011-0148-z.
11. Катцов В.М., Школьник И.М., Ефимов С.В., 2017: Перспективные оценки изменений климата в российских регионах: детализация в физическом и вероятностном пространствах. Метеорология и гидрология. № 7. с. 68-80.
12. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме, Росгидромет. 2008. с. 14.
13. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2010 год, Росгидромет. 2011. С. 15.
14. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. Росгидромет. 2008. С . 9.
15. Проблема адаптации: Ключевые проблемы влияния климатических изменений на производство сельскохозяйственных культур и благосостояние сельскохозяйственных работников в Российской Федерации, 2012. С. 9...73