microbik.ru
1


ОБ ИЗМЕНЕНИИ ВРЕМЕННЫХ ГРАНИЦ И ТИПОВ СТРУКТУРЫ ВЕСЕННЕГО СЕЗОНА ГОДА В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ

ЮГО-ЗАПАДА ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ


Сорока А. С., Филандышева Л.Б.


Томский государственный университет, Томск

e-mail:filandysh@sibmail.com


ABOUT CHANGES TIME LIMITS AND TYPES STRUCTURE SPRING SEASON YEAR IN FOREST-STEPPE ZONE SOUTH-WEST OF WEST SIBERIAN VALLEY


Soroka A.S., Filandysheva L.B.


Tomsk state university, Tomsk

e-mail:filandysh@sibmail.com


На основе ежегодных данных о естественной структуре весеннего сезона года по станции Омск за период с 1936 по 2006 гг. дана оценка изменений временных границ (дат начала, конца, продолжительности) структурных единиц (фаз) сезона и повторяемости типов его структуры в лесостепной зоне юго-запада Западно-Сибирской равнины в условиях меняющегося на глобальном уровне климата


On the basis of the annual data about natural structure of a spring season on the Omsk station from 1936 for 2006 is given an estimation of changes of time limits (dates started, the end, duration) structural units (phases) of a season and repeatability of types of its structure in a forest-steppe zone of the south-west of West Siberian valley in the conditions of a climate changing at global level


Естественные сезоны года обусловливают особенности годового развития природных процессов и дают возможность выявить закономерности пространственной и временной организации зональных ландшафтов, сделать заключение о возможных направлениях их развития в свете глобальной перестройки климата.

В настоящее время актуален вопрос о региональном проявлении глобального потепления климата. С этой целью нами для ст. Омск были рассчитаны средние многолетние среднесуточные температуры воздуха за два равных по продолжительности периода: первый – с 1936 по 1970 гг., второй – с 1971 по 2006 гг. и построены графики хронологического хода этих показателей (рисунок).

Из рисунка видно, что в течение всего года значения средних многолетних среднесуточных температур воздуха второго периода выше значений температур первого, особенно, в холодное время (в период с температурами устойчиво ниже 0 ºС). Средняя годовая температура на ст. Омск рассчитанная за первый период составила + 0,63º С, за второй - +1,79 ºС, т.е. увеличилась на

1,13 ºС. Полученные данные говорят о том, что климат в лесостепной зоне юго-запада ЗСР меняется в сторону его потепления.

В работе затрагивается вопрос об изменении временных границы весеннего сезона года в лесостепной зоне юго-запада Западно-Сибирской равнины (ЗСР). Как известно, от характера данного сезона (сроков начала, конца, продолжительности, гидротермических показателей) в значительной степени зависит и формирование весеннего половодья, и особенности развития русловых и поверхностных эрозионных процессов. Это нашло подтверждение в исследованиях Т.В. Ромашовой [1], которая, подчеркивая, что условия для развития эрозии создаются в течение всего годового цикла, отметила, что реально они проявляются в течение пяти фаз («снеготаяние», «послезимье», «предлетье», «умеренно-прохладное лето», «умеренно-теплое лето») и от сочетания их гидротермических условий зависит интенсивность эрозионной деятельности.




Рисунок. Хронологический ход средней многолетней среднесуточной температуры воздуха

на ст. Омск

Зональная структурная модель естественных сезонных ритмов годового цикла для исследуемой территории нами ранее была установлена и обоснована с использованием комплексно-генетического метода [2]. Под сезонной структурой годового цикла понимается количество сезонов, из которых состоит год, а под структурой сезона - количество фаз (еще более однородные по ходу климатических показателей отрезки времени), входящих в него [3].

Средняя многолетняя структура весеннего сезона в лесостепной зоне юго-запада ЗСР трехфазная. Она включает в себя следующие структурные единицы: «снеготаяние» (СТ), «послезимье» (ПЗ) и «предлетье»(ПЛ). Началу весны (началу фазы «снеготаяния») соответствует прекращение устойчивых морозов и достижение максимальных запасов воды в снежном покрове, а концу (или началу фазы «послезимья») – дата разрушения устойчивого снежного покрова. Вторая фаза весны («послезимье») от третьей – («предлетье») – отделяется по дате окончательного схода снежного покрова, а весна от лета (конец фазы «предлетье») – по дате устойчивого перехода среднесуточных температур воздуха выше +10º С [2, 4, 5].

Структурные единицы весеннего сезона года существенно отличаются по характеру гидротермических показателей и состоянию ландшафта. Рассмотрим эти изменения на основе анализа данных графика комплексного климатического режима по ст. Омск. Так, к началу первой фазы весны - фазы «снеготаяния» - максимальной величины достигают высота снежного покрова (19 см – 25 см) и запасы воды в нем (до 55 см. – 70 см). Для СТ характерен устойчивый, но постепенный рост температур, что связанно со значительными затратами тепла на таяние снежного покрова. В результате таяния снега уменьшается его высота, примерно на 5-10 см от декады к декаде [6]. В это время довольно часто наблюдаются дневные оттепели, выпадают жидкие осадки, снег подтаивает и уплотняется. Тем не менее, длительных по времени и значительных по величине периодов падения среднесуточных температур воздуха, свойственных последней фазе зимы – «предвесенью» (ПВ) не наблюдается. Абсолютная величина межсуточной изменчивости по сравнению с ПВ понижается до 0.5 °С, становится наименьшей повторяемость случаев с ее отрицательными значениями за всю холодно-снежную часть годового цикла, уменьшается и суточная амплитуда температуры [2].

В конце марта (в середине фазы «снеготаяния») среднесуточные величины радиационного баланса становятся положительными. Происходит радиационный прогрев снежной толщи, который ведет за собой разрушение снежного покрова. Начинается сток талых снеговых вод. Фаза «снеготаяния» является «наиболее динамичным периодом в жизни неорганической природы. Талые воды геоморфологически активны, стекая, они вызывают процессы эрозии, оползни, солефлюкцию, суффозию» [7, стр. 43] С этого времени ландшафт становится пестрым, появляются первые признаки вегетации древесных растений и прилет птиц [4].

Начало фазы «послезимья» практически совпадает с датой разрушения устойчивого снежного покрова, то есть со временем, когда степень покрытия снегом. становиться меньше половины видимой поверхности. Известно, что после схода снежного покрова уменьшается величина отражательной способности подстилающей поверхности и, следовательно, увеличивается величина радиационного баланса. С этого времени более выраженным становится рост температур ото дня ко дню. Средняя суточная температура воздуха начала фазы «послезимья» на юге ЗСР устойчиво переходит через +3 °С. За несколько дней до окончания этой фазы, как правило, наблюдается весенний ледоход.

Переход средней суточной температуры воздуха выше +5 °С и абсолютной влажности через 6 мб, знаменуют начало последней фазы весны - «предлетья», после чего происходят существенные количественные и качественные изменения климатических показателей и состояния ландшафта в целом. Следует отметить, что среднесуточная температура +4 - +5 °С является биологическим минимумом вегетации для большинства растений. С началом «предлетья» происходит уже устойчивый рост температур ото дня ко дню. Повторяемость случаев с положительным знаком междусуточной изменчивости температуры составляет 65-67 % от длительности фазы, отсутствуют периоды снижения температуры воздуха по несколько дней подряд, тогда как в фазу «послезимья» они еще отмечаются (например, в дни с временным снежным покровом) [2, 4]. Из-за преобладания антициклональной погоды, максимальные температуры растут быстрее, чем минимальные и амплитуда колебания в среднем становится на 4 -5 °С больше, чем в предшествующий период (в фазу «послезимья»). Средняя продолжительность солнечного сияния за фазу составляет около 7,5 часов, но из-за неустойчивости атмосферных процессов она сильно варьирует ото дня ко дню (от 6 до 10 часов).

Показатели влажности воздуха (дефицит и абсолютная влажность) уже не колеблются, как в фазу «послезимье» около одного уровня, а от начала периода к его концу увеличиваются в среднем на 1 мб, дефицит влажности возрастает с 5 до 6 мб, абсолютная влажность - с 6 до 7 мб. В течение фазы «предлетья» аспект ландшафта изменяется от бурого тона в её начале до светло-зеленого в конце. Это связано с постепенным распусканием листвы у деревьев и кустарников. Конец фазы знаменуется еще более быстрым, по сравнению с предшествующим периодом, ростом температуры и, соответственно, пиком на кривой хода ее междусуточной изменчивости. Этому подъему соответствует переход средней суточной температуры воздуха через +10 °С, минимальной через +3 ° - +5 °С, максимальной - +15 °-+16 °С и абсолютной влажности через 7 - 8 мб и начало летнего сезона года. Травянистый покров, активно развивающийся в течение этой фазы, начинает сдерживать интенсивность проявления водной и ветровой эрозии почв.

Таким образом, каждая из выделенных структурных единиц весеннего сезона характеризуется определенным уровнем колебания показателей термического режима и режима увлажнения, и связанных с ними эрозионных процессов.

Материалом для исследования изменений временных границ весеннего сезона в условиях глобального потепления климата послужили данные о климатических режимах естественных сезонов года по ст. Омск за каждый год указанных раннее двух периодов: первого – с 1936 по 1970 гг. и второго– с 1971 по 2006 гг. Средние многолетние показатели дат начала, конца, продолжительности структурных единиц весеннего сезона представлены в таблице 1.


Таблица 1 - Временные характеристики структурных единиц весеннего сезона года,

ст. Омск


Периоды осреднения

Структурные единицы (фазы) весеннего сезона года

Снеготаяние

Послезимье

Предлетье

Весна

Дата начала

Продолжи-тельность в днях

Дата начала

Дата конца

Продолжи-тельность в днях

Дата конца

Продолжи-тельность в днях

Продолжи-тельность в днях

1.1936-1970 гг.

21.03

15

5.04

23.04

19

12.05

19

53

2.1971-2006 гг.

18.03

23

10.04

19.04

10

7.05

18

51


Как следует из таблицы, в первом периоде весенние процессы начинались 21 марта и заканчивались 12 мая. Во втором периоде эти даты сместились на более ранние сроки - начало на 18 марта, конец на 7 мая, хотя в целом продолжительность весеннего сезона заметно не изменилась (в первом случае составила в среднем многолетнем 53 дня или 14,5 % от длительности года, во втором – 51 день или 13,9 % от длительности года). Показатели изменчивости временных характеристик весеннего сезона данных периодов существенно не отличаются, тем не менее, во втором периоде их варьирование несколько выше. Например, среднее квадратическое отклонение (σ) продолжительности весны в первом периоде составила ± 11 дней (коэффициент вариации равен

20 %), во втором - ± 17 дней (коэффициент вариации - 33 %).

Как было сказано выше, внутри весеннего сезона выделяется три фазы: «снеготаяние» (1 фаза), «послезимье» (2 фаза), «предлетье» (3 фаза). В изменение их временных границ (дат начала, конца, продолжительности) за рассматриваемые периоды выявились следующие особенности.

Дата начала первой фазы весны – «снеготаяния» - во втором периоде сдвинулась на более ранние сроки (на 18.03 по сравнению с 21.03), а ее окончание на более поздние – 9 апреля (таблица 1). В связи, с чем ее продолжительность увеличилась до 23 дней и стала составлять 45 % от длительности сезона, тогда как в первом периоде эти показатели оставляли 15 дней и 28 %, соответственно Коэффициент вариации продолжительности этой фазы во втором периоде также несколько увеличился – с 0,47 до 0.53.

Центральная фаза весны - «послезимье» - во втором периоде уменьшилась по продолжительности до 10 дней и стала составлять 19 % от длительности сезона, вместо 35,8 % (или 19 дней) в первом периоде. Такое заметное временное сжатие фазы произошло как за счет более поздних сроков начала «послезимья» (10 апреля вместо 5 апреля), так и более ранним его окончанием (19 апреля против 23 апреля) в сравнении с первым периодом.

Последняя фаза весны – «предлетье» (время между датой окончательного схода снежного покрова и переходом среднесуточной температуры воздуха через +5 ºС в начале и переходом среднесуточной температуры воздуха через +10 ºС в конце фазы) по продолжительности в рассматриваемые периоды практически не отличается (таблица 1), хотя сроки начала и конца ее сместились на более ранние даты (начало с 24 апреля в первом периоде на 20 апреля во втором, а конец - с 12 мая на 7 мая, соответственно).

Приведенный выше анализ свидетельствует о том, что во втором периоде весенние процессы стали начинаться в среднем многолетнем на 4 дня раньше, и, примерно, настолько же дней (5 дней) раньше заканчиваться, поэтому заметных различий в продолжительности весеннего сезона в целом не отмечается. Более существенные изменения произошли во временных характеристиках структурных единиц внутри сезона, а именно, стала длиннее на 8 дней фаза «снеготаяния». Это время от залегания сплошного снежного покрова с отдельными проталинами, занимающими не более 2,5 % площади до пестрого ландшафта с проталинами, занимающими от 50 % площади. Почти в два раза уменьшилась фаза «послезимья» (время от разрушения снежного покрова до его окончательного схода).

Имеющиеся в нашем распоряжении данные о ежегодной структуре весеннего сезона за период с 1936 по 2006 год позволили сравнить между собой первый период (с 1936 по 1970 гг) и второй (с 1971 по 2006 гг) по повторяемости типов структур весенних сезонов (таблица 2). Как выяснилось, в конкретные годы структура сезона года может отличаться от его средней многолетней зональной структурной модели. Это происходит в тех случаях, когда из-за особенностей циркуляционных процессов отмечается одновременный (или с перерывом в 2-3 дня) переход через два (иногда три) критерия, которые приняты за начало (конец) структурных единиц. В результате было установлено, что в течение семидесяти лет в лесостепной зоне были весенние сезоны по структуре следующих типов: трехфазные (3 ф), двухфазные без фазы «послезимья» (2 Ф б 2), двухфазные без «предлетья» (2 ф б 3) и однофазные без «послезимья» и «предлетья» одновременно (1 ф б 2 и 3). Их повторяемость представлена в таблице 2.


Таблица 2 - Повторяемость (%) типов структуры весеннего сезона на ст. Омск


Типы структуры весеннего сезона года

Периоды

3 ф

2 ф без:

1 ф б 2 и 3

2

3

1937-1970

76

6

18

-

1971-2006

53

22

17

8


Следует отметить, что, как правило, при трехфазной структуре сезона развитие весенних процессов протекает в основном в погодных условиях близких к средним многолетним значениям, тогда как при других типах наблюдаются существенные отклонения от нормы в их режимах.

Рассмотрим отличительные особенности в повторяемости типов весенних сезонов года за периоды с 1936 по 1970 гг. и 1971 и 2006 гг. Как следует из таблицы 2, и в первом, и во втором временных отрезках в лесостепной зоне Омской области господствовали типы весен с трехфазной структурой, однако, во втором случае их повторяемость по сравнению с первым уменьшилась почти на 23 %. Одновременно увеличилась повторяемость двухфазных типов (с 24% до 39%), в основном за счет случаев, когда фаза «послезимье» выпадала (таблица 2). Центральная фаза весны не получала выражения за исследуемое семидесятилетие в следующие годы: 1943, 1960 гг. (в первом периоде); 1974,1975 1977, 1981, 1982, 1986, 1995, 2001 гг. (во втором периоде). Во всех случаях во втором периоде это было связано с аномально ранним (на 10 дней и более) началом фазы «предлетья» (при этом временные характеристики фазы «снеготаяния» в указанные годы мало отличались от средних многолетних показателей), тогда как в первом - это было обусловлено поздним окончанием снеготаяния.

Выше сказанное свидетельствует о том, что уровень апрельских температур начиная с 70-х годов стал устойчиво повышаться и особенно заметно - с третьей пентады апреля (средняя суточная температура воздуха за эту пентаду выросла с + 3,9 ºС в первом периоде до + 5.1 ºС во втором периоде). В годы, когда выпадает «послезимье» разрушение и сход снежного покрова происходит практически одновременно.

Повторяемость случаев двухфазных весен без третьей фазы («предлетья») в рассматриваемых периодах имеет одинаковую частоту – 18 – 19 %. Следует отметить, что выпадение фазы «предлетья» может быть как из-за позднего окончания предшествующей фазы («послезимья»), так и раннего окончания самой фазы «предлетья», а также при сочетании таких аномалий одновременно. Как выяснилось, по повторяемости данного типа структуры рассматриваемые периоды практически не отличаются, но по причинам, вызывающим выпадение фазы «предлетья» они заметно разнятся. В первом периоде преобладают годы, когда «предлетье» вытеснялось фазой «послезимья» из-за позднего его окончания (1946, 1968, 1969, 1970 гг.). Во втором периоде преобладают случаи, связанные с ранним завершением самой фазы «предлетье» (17 - 25 апреля против 7 мая по норме) Последнее отмечалось в 1989, 1990, 1992, 1996, 2005, 2006 гг. В указанные годы летний сезон начинался аномально рано.

Последний типов структуры весеннего сезона – однофазный без фаз «послезимья» и «предлетья» одновременно (таблица 2) встречался только во втором периоде (1991, 2003, 2004 гг.). В эти годы весна представлена только фазой «снеготаяния». В такие годы при растянутом снеготаянии конец весны наступает рано, и весенний сезон, как правило, бывает, коротким и холодным.

Проведенное нами исследование подтверждает тот факт, что с семидесятых годов в лесостепной зоне юго-запада ЗСР отмечается потепление климата, которое повлияло на изменение временных границ весеннего сезона в целом, и, особенно, его структурных единиц. Это отразилось и в повторяемости типов структуры данного сезона года, а также в причинах вызывающих ее нарушение. Выявленные тенденции в развитие весеннего сезона имеют как теоретическое, так и практическое значение. Их целесообразно учитывать при прогнозировании развития русловых и эрозионных процессов, а также других вопросов, касающихся этой проблемы.

Литература

1 Ромашова Т.В. Сезонные ритмы климата и их влияние на развитие эрозии почв: на примере юга Томской области. Автореф. дисс… канд. геогр. Наук, 2004.

2. Филандышева Л.Б. Обоснование зональных структурных моделей сезонных ритмов годового цикла на юго-западе Западно-Сибирской равнины//Вопросы географии Сибири: Сборник статей.- Томск: Томский государственный университет, 2009. – Вып. 27. –С.148-156.

3. Галахов Н.Н. Изучение структуры климатических сезонов года. М.: Изд-во АН СССР, 1959.-183 с.

4. Рутковская Н.В. Климатическая характеристика сезонов года Томской области. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1979.- 116 с.

5. Филандышева Л.Б., Окишева Л.Н. Сезонные ритмы природы Западно - Сибирской равнины.- Томск: Изд-во «Пеленг», 2002. - 404 с.

6. Климат Омска. Л: Гидрометеоиздат, 1980. - 250 с

7. Арманд Д.Л.. Наука о ландшафте. М., «Мысль», 1975.- 288 с