136 ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА УДК 551.56 Ю.П

136
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.56
Ю.П. Переведенцев, Р.Б. Шарипова
ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ТЕРРИТОРИИ
УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Анализируются наблюдаемые в последние десятилетия изменения климата и выявляются связанные с ними
тенденции изменения температуры воздуха и атмосферных осадков.
Ключевые слова: температура, осадки, тенденция, изменение.
Как известно, климат планеты в последние десятилетия стремительно меняется – происходит
глобальное потепление, на фоне которого участились природные катастрофические явления (засухи,
наводнения, повысилась пожароопасность в лесах и др.), приводящие к колоссальному ущербу. Возникла проблема оценки макроэкономических последствий изменений климата как на территории
Российской Федерации, так и ее регионов. Согласно [1], ущерб от экстремальных и опасных природных явлений, подавляющее большинство которых относится к погодно-климатическому типу, в конце 1990-х – начале 2000-х гг. составлял в среднем за год не менее 0,5% ВВП, и при этом темпы его
увеличения вдвое превышали темпы роста ВВП. Все это беспокоит общественность, поэтому 7 – 9
ноября 2011 г. в Москве впервые состоялась крупная международная конференция по проблеме адаптации различных отраслей экономики, населения к изменениям современного климата, региональные
особенности которых рассмотрены в [2].
В настоящей статье рассматриваются изменения основных климатических показателей – приземной температуры воздуха и атмосферных осадков за последние десятилетия на территории Ульяновской области, оказывающих заметное влияние на состояние агроклиматических ресурсов.
Сведения о температуре воздуха и количестве осадков в Ульяновской области за период с 1961
по 2010 г. взяты из ежедекадных агрометеорологических бюллетеней, ежемесячных и ежегодных метеорологических справочников. При этом были использованы данные всех 6 метеорологических
станций, находящихся на территории области: Ульяновск, Сурское, Инза, Сенгилей, Канадей,
Дмитровград.
Ульяновская область расположена в восточной части Восточно- Европейской равнины, в бассейне среднего течения Волги и занимает площадь 37181 км2.
Самая северная точка имеет широту 54°53'с.ш., а самая южная – 52°31' с.ш. Крайняя точка на
западе области имеет долготу 45°48'в.д., на востоке – 50°15'в.д.. Протяженность области с севера на
юг составляет 250 км, а с запада на восток – 290 км. По своим географическим показателям область
находится в средней полосе умеренного пояса, в секторе ощутимого влияния Атлантического океана.
Рельеф области равнинный. Средняя абсолютная высота поверхности – около 180 м, наименьшая высота равна 25 м, а максимальная высота – 353 м.
Самой крупной речной артерией является Волга. Она течет по территории области на расстоянии около 150 км, принимая многочисленные притоки.
Почвенный покров представлен богатым сочетанием разнообразных черноземов и различных
серых оподзоленных лесных почв и по своему географическому положению находится в лесостепной
зоне. Леса занимают 1/4 часть территории.
Климат умеренно континентальный. Увлажнение приближается к нормальному, за исключением некоторых участков южных районов.
По совокупности почвенно-климатических и экономических особенностей область делится на
четыре зоны: Западная, Центральная, Заволжская и Южная (рис. 1).
Основными показателями климата являются температура воздуха, продолжительность и характер вегетационного периода, а также атмосферные осадки.
Температурный режим
Рассмотрим основные черты температурного режима, который наиболее полно характеризует
погоду и климат данной местности. Термический режим воздуха формируется под влиянием как мак-
Изменение основных климатических показателей…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
137
2012. Вып. 1
ромасштабных, так и местных факторов. К макромасштабным факторам относят атмосферную циркуляцию, радиационный режим и характер подстилающей поверхности. К местным – мезо- и микрорельеф, характер растительности и почв, близость водоемов и т.д. [3].
АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ ЗОНЫ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ЗАПАДНАЯ
ЦЕНТРАЛЬНАЯ
ЮЖНАЯ
ЗАВОЛЖСКАЯ
р.ВОЛГА
Рис. 1. Распределение зон на территории Ульяновской области
Основной характеристикой термического режима местности служат средние месячные и годовые значения температуры воздуха.
Многолетняя средняя годовая температура воздуха по территории Ульяновской области, осредненная за период 1961-2010 гг., повсеместно положительная (табл. 1) и растет от 4,1° (Западная зона)
до 4,9°С (Южная зона).
Таблица 1
Средняя годовая температура воздуха по зонам области за 1961-2010 годы
Зоны
Западная
Центральная
Заволжье
Южная
По области
Средняя
4,1
4,6
4,7
4,9
4,5
Средняя годовая температура воздуха, °С
Макс
Год
Мин
6,5
1995
1,0
6,9
1995
1,6
6,9
1995
1,8
7,1
1995
1,8
7,1
1995
1,0
Год
1976
1969
1969
1976
1976
Эти изменения обусловлены особенностями рельефа и высоты места, режимом циркуляции атмосферы, облачности и радиации.
Четко прослеживается годовой ход температуры воздуха. В январе, в самом холодном месяце
года, средняя многолетняя температура воздуха составляет –10,7°С. Она быстро начинает возрастать
с марта до июня в связи с увеличением продолжительности светового дня и приходящей солнечной
радиации. Так, с марта по апрель многолетние средние месячные значения температуры воздуха возрастают на 10°С и более и становятся положительными из-за резкого повышения приходящей солнечной радиации.
В летние месяцы междумесячные изменения не столь значительны. Самым теплым месяцем года является июль, затем в годовом ходе температура воздуха вначале постепенно, затем достаточно
быстро понижается. В ноябре ее многолетние среднемесячные значения уже отрицательны. Причем
временные изменения температуры наиболее выражены в переходные периоды, при этом весеннее
нарастание температуры происходит более интенсивно, чем ее осеннее понижение. Поэтому определенный интерес представляют сведения об изменчивости температуры воздуха по сезонам (табл. 2).
138
Ю.П. Переведенцев, Р.Б.Шарипова
2012. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Рис. 2. Годовой ход температуры воздуха на территории области за 1961-2010 гг.
По данным табл. 2 средняя температура по области в зимний период составляет –10,0°С, весной
– 5,1°С, летом – 18,2°С и осенью – 4,7°С. Максимальное значение коэффициента наклона линейного
тренда (КНЛТ) наблюдается в зимний период (0,057°С/год), а в остальные сезоны эта величина меняется в пределах от 0,024 до 0,027°С/ год.
Таблица 2
Средние сезонные температуры воздуха и КНЛТ по зонам области за 1961-2010 годы
Зоны
Западная
Центральная
Заволжье
Южная
Сред. по обл.
Зима
Средн. зн.
-9,9
-10,3
-9,9
-10,0
-10,0
КНЛТ
0,056
0,058
0,057
0,056
0,057
Весна
Средн. зн.
4,9
4,8
5,3
5,4
5,1
КНЛТ
0,025
0,028
0,025
0,018
0,024
Лето
Средн. зн.
17,1
18,5
18,9
19,0
18,2
КНЛТ
0,022
0,031
0,032
0,023
0,027
Осень
Средн. зн. КНЛТ
4,4
0,024
4,6
0,030
5,1
0,025
5,0
0,021
4,7
0,025
Приведенные данные показывают, что многолетние среднесезонные температуры приобрели
устойчивую тенденцию к повышению. Наиболее существенное повышение температуры за последние 50 лет произошло в зимний период (рис. 3): январь – 4,73 °С, февраль – 2,87 °С, март – 2,89 °С;
осенью, в октябре 2,08°С и ноябре 1,55°С. Скорость изменения среднегодовой температуры также
положительная (1,8°С).
Рис. 3. Внутригодовое распределение прироста температуры воздуха (ºС) на территории области
за 1961-2010 гг.
Изменение основных климатических показателей…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
139
2012. Вып. 1
Существенное повышение температуры воздуха за последние 50 лет отмечается не только в холодное время, но и летом, особенно в июне (1,61ºС), июле (1,40 ºС) и августе (1,28 ºС), и весной, в
апреле (1,03 ºС). Менее заметное повышение температуры воздуха по области наблюдается в сентябре (0,94°) и декабре (0,90°).
В то же время на фоне интенсивного регионального потепления, наблюдается некоторое похолодание в мае (-0,23°С). Причиной похолоданий в мае является возврат холодов после предшествующих аномально теплых месяцев (март, апрель).
Рассмотрим дополнительно даты устойчивого перехода средней суточной температуры через
пороговые значения (0, 5, 10ºС), которые позволяют исследовать нестационарность проявления климатических изменений в годовом ходе.
В табл. 3 помещены даты устойчивого перехода температуры воздуха через определенные
уровни.
Таблица 3
Даты перехода средней суточной температуры воздуха через -10, -5, 0, +5, +10°С
Зоны
–10°
Западная
Центральная
Заволжская
Южная
Ср.по области
02.03
27.02
1.03
2.03
1.03
Западная
Центральная
Заволжская
Южная
Сред. по области
12.12
13.12
17.12
10.12
12.12
–5°
0°
Зима – Весна
17.03
26.03
15.03
28.03
15.03
27.03
12.03
26.03
15.03
27.03
Осень – Зима
18.11
02.11
22.11
29.10
25.11
26.10
19.11
03.11
21.11
30.10
+5°
+10°
14.04
13.04
13.04
14.04
14.04
27.04
27.04
29.04
26.04
27.04
15.10
15.10
16.10
15.10
15.10
26.09
27.09
28.09
29.09
27.09
Переход от сезона к сезону происходит постепенно. Начало следующего сезона в значительной
степени зависит от характера предыдущего. При переходе от одного сезона к другому в течение нескольких дней происходят изменения в температурном режиме, характере подстилающей поверхности (сход снежного покрова, образование растительности и т.д.), величине поглощаемой солнечной
радиации.
Начало, конец и продолжительность сезонов в области в среднем определяются следующими
датами (табл. 4).
Таблица 4
Начало, конец и продолжительность (дни) климатических сезонов года в Ульяновской области
Сезон
Зима
Весна
Лето
Осень
Начало
30.10
27.03
27.04
27.09
Конец
27.03
27.04
27.09
30.10
Продолжительность, дни
148
31
151
35
В отдельные годы возможны довольно значительные отклонения времени наступления и окончания сезонов от указанных дат.
Дата устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 0°С принимается за
начало зимнего сезона. Нулевая средняя суточная температура воздуха на территории области устанавливается с 26 октября (Заволжская зона) по 3 ноября (Южная зона), в среднем по области 30 октября (табл. 3 и 4).
Весна в регионе приходит с наступлением положительных средних суточных температур с 26
по 28 марта.
140
Ю.П. Переведенцев, Р.Б.Шарипова
2012. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
С переходом температуры воздуха через +5°С в среднем 13 - 14 апреля начинается вегетация
озимых культур и начало весенне-полевых работ, однако активная фаза вегетации сельскохозяйственных культур начинается лишь при температуре +10°С и выше, переход через которую осуществляется на всей территории области в конце третьей декады апреля (26-29 апреля). Средняя продолжительность весеннего периода (продолжительность периода между датами перехода температуры воздуха через 0° и 10°С) – 31 день (с 27 марта по 27 апреля).
С активной вегетации растений начинается летний вегетационный период. От продолжительности периода активной вегетации и обеспеченности его теплом и влагой зависит рост и развитие сельскохозяйственных культур, степень их вызревания и урожайность. Поэтому этот период считается
основным в жизни растений и продолжается 151 день (с 27.04 по 27.09), а в отдельные годы 123-185
дней (1969 и 1995 гг. соответственно).
За начало осеннего периода принято считать дату перехода температуры воздуха через 10°С в
сторону ее понижения (окончание активной вегетации).
В период времени между датами переходов средней суточной температуры воздуха через 10°С
и 5°С заканчиваются уборочные работы и производятся работы, связанные с обработкой почвы. Продолжительность этого периода в среднем составляет 18 дней (27.09-15.10).
Переход среднесуточной температуры через +5° означает прекращение вегетации озимых культур. Период от даты перехода температуры через 5° до даты перехода через 0° – период закалки озимых и перехода их к зимнему покою длится 15 дней (15.10-30.10).
Продолжительность осеннего периода (когда среднесуточная температура воздуха снижается с
10º до 0°С) в среднем по территории составляет 33 дня (с 27 сентября по 30 октября). Но в отдельные
годы переход среднесуточной температуры через +10°С может произойти с 9 сентября (1963 г.) по 24
октября (1991 г.), а переход через +0°С возможен с 5 октября (1963 г.) по 12 декабря (2008 г.), что
свидетельствует о значительном межгодовом разбросе.
За начало и конец зимнего периода принимается дата перехода среднесуточной температуры
воздуха через 0°С осенью и весной. По всей территории области зима начинается почти одновременно в конце октября – начале ноября (26.10 – 04.11). Конец зимы по средним многолетним значениям
отмечается 27 марта. Средняя продолжительность зимнего периода 145-150 дней, но в отдельные годы зима может наступать раньше или позднее, что приводит к изменению продолжительности зимнего периода. Так, например, в 1974 г. начало зимы было отмечено 1 октября, а в 1971 г. 30 ноября.
Режим атмосферных осадков
Рис. 4. Годовой ход количества осадков на территории области за 1961-2010 гг.
Одними из важнейших и вместе с тем весьма сложными климатическими характеристиками являются атмосферные осадки. Они в свою очередь характеризуются видом, фазовым состоянием, количеством, числом дней с осадками и др. [4]. В среднем по области многолетняя годовая сумма осад-
Изменение основных климатических показателей…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
141
2012. Вып. 1
ков в настоящее время (1961-2010 гг.) составляет 487 мм (табл. 5). В теплый период года (апрельоктябрь) в среднем выпадает 333 мм, что более чем в два раза превосходит осадки холодного периода
(ноябрь-март) – 154 мм. По средним месячным суммам осадков также отмечается хорошо выраженный годовой ход (рис. 4). Минимумы во всех зонах наблюдаются в марте. Максимумы же имеют место в июне (Заволжская и Центральная зоны) и в июле (Западная и Южная зоны) и колеблются от 55
мм до 76 мм.
Наибольшее количество атмосферных осадков в среднем за год наблюдается в Заволжской зоне
– 568 мм, в Западной зоне – 519 мм. В Центральной, наиболее возвышенной части области среднее
годовое количество осадков существенно меньше – 459 мм. Минимальное количество годовых осадков выпадает в Южной зоне, и эта величина составляет всего 424 мм (табл. 5).
Таблица 5
Среднее месячное и годовое количество осадков по зонам области за 1961-2010 годы
Месяц
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
Годовая сумма
Значения количества осадков по месяцам и зонам, мм
Западная
Центральная
Заволжская
Южная
31
29
49
26
24
24
39
20
24
22
34
21
32
30
36
27
41
35
36
36
63
60
65
55
76
59
55
62
54
51
50
46
49
48
51
37
43
40
54
34
38
33
50
31
34
28
49
26
519
459
568
424
Среднее
32
26
25
31
37
61
65
51
47
42
37
33
487
Рис. 5. Межгодовые изменения и линейный тренд годовых сумм осадков на территории области
за период 1961-2010 гг.
Осадки не остаются постоянными во времени. На рис. 5 представлен межгодовой ход годовых
сумм осадков, осредненных по всей области. Колебания этой величины происходят за исследуемый
период в достаточно большом диапазоне: от 338 мм (2009 г.) до 712 мм (1990 г.). Среднее значение
составляет 487 мм. Построенный линейный тренд описывается уравнением у=0,814х+465,91, где у –
сглаженное значение количества осадков на момент времени  (  =1,2,3,…, 50 – номер года); 0,814 –
142
Ю.П. Переведенцев, Р.Б.Шарипова
2012. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
угловой коэффициент наклона линейного тренда, характеризует скорость изменения осадков; 465,91
– свободный член (начальное значение линии тренда). Положительное значение КНЛТ указывает на
рост количества выпадающих осадков, однако коэффициент детерминации R2≈2% относительно невелик, что свидетельствует о небольшой статистической значимости длительных однонаправленных
изменений, описываемых данным трендом.
Оценка временного хода сумм атмосферных осадков позволяют сделать следующий вывод: несмотря на достаточно большую межгодовую изменчивость, в отдельные периоды наблюдается определенный рост количества осадков, особенно в 80-е и 90-е годы (рис. 5, табл. 6).
Таблица 6
Динамика годового хода и месячного количества осадков, осредненных по десятилетиям
в Ульяновской области, мм
Годы
19611970
19711980
19811990
19912000
20012010
Среднее
Месяцы
VII
VIII
I
II
III
IV
V
VI
IX
X
XI
XII
Год
30,1
23,7
28,0
29,1
40,0
51,7
66,8
57,1
40,7
33,6
39,0
29,9
469,7
29,4
23,1
19,8
32,7
32,3
59,1
65,5
48,2
41,4
43,9
34,0
33,7
463,0
31,8
22,3
21,4
33,6
36,7
71,3
71,7
46,7
58,1
48,0
40,7
31,1
513,3
36,4
32,1
23,8
35,1
36,7
58,9
57,0
59,6
54,3
40,2
35,5
37,6
507,1
34,4
26,6
31,4
24,2
40,8
62,4
62,3
43,4
39,4
44,6
36,5
34,1
480,3
31,0
24,8
24,2
31,1
34,4
59,9
53,8
49,4
46,6
42,1
36,0
30,0
463,3
Анализ изменения количества осадков за последние 50 лет по месяцам (рис. 6) показал, что наблюдается их прирост в январе, феврале, марте, мае, июне, сентябре, октябре и декабре. Максимальный прирост осадков отмечен в июне (9,9 мм), а также в декабре, январе, феврале. В июле отмечено
снижение количества осадков на 7,55 мм, августе на 6,75 мм, в апреле на 3,3 и в ноябре на 2,05 мм. В
целом, обнаруженные тенденции изменения количества осадков по сравнению с тенденциями изменения температуры воздуха имеют более низкую статистическую значимость и менее устойчивы.
Рис. 6. Изменение количества осадков на территории области за 1961-2010 гг.
Изменение основных климатических показателей…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
143
2012. Вып. 1
В связи с изменением современного климата меняются и климатические ресурсы, в том числе
и агроклиматические. Рассмотрим поведение индекса увлажнения Г.Т. Селянинова (гидротермический коэффициент ГТК), который рассчитывается по формуле:
ГТК=10 
P ,
t
где ∑Р – сумма осадков за период с температурой выше 10°С, мм;
∑t < 10 – сумма температур выше 10°С (сумма активных температур).
Гидротермический коэффициент Селянинова является оптимальным показателем, характеризующим условия увлажнения территории. При ГТК≤0,8 возникает засуха, при ГТК<0,4- очень сильная засуха. Получено следующее распределение этого показателя по области (табл. 7).
Таблица 7
Средние, максимальные и минимальные значения ГТК за 1961-2010 годы
Зоны
Западная
Центральная
Заволжская
Южная
Сред. по обл.
Среднее
1,02
0,86
0,82
0,81
0,90
Максим.
1,97
1,65
1,83
1,57
1,97
ГТК
Год
1976
1962
1990
1989
1976
Миним.
0,24
0,13
0,20
0,20
0,13
Год
1972
2010
1995
2010
2010
Как видно из табл. 7, в отдельные годы возникают экстремальные ситуации. В этом отношении
особенно показательна летняя жестокая засуха 2010 г., когда значения ГТК достигло своего минимума 0,13. В целом, как видно из рис. 7, наблюдается понижение значений ГТК за 1961 – 2010 гг. Это в
свою очередь объясняется тем, что прирост суммы активных температур происходит быстрее, чем
увеличение осадков, что свидетельствует об усилении континентальности климата вегетационного
периода.
Рис. 7. Динамика ГТК по Ульяновской области за 1961-2010 гг.
Выводы
1. Отмечается тенденция роста как средних месячных, так и сезонных значений температуры
воздуха на территории области за последние 50 лет, за исключением мая.
2. Установлены даты устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через пределы 0, 5, 10ºС на территории области.
144
Ю.П. Переведенцев, Р.Б.Шарипова
2012. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
3. Обнаружена слабая тенденция роста годовых сумм атмосферных осадков и слабая тенденция понижения увлажненности в активную фазу вегетационного периода за 1961-2010 гг.
4. В 2010 г. на территории области отмечена жестокая летняя засуха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Катцов В.М., Порфирьев Б.Н. Оценка макроэкономических последствий изменений климата на территории
Российской Федерации на период до 2030 г. и дальнейшую перспективу// Тр. ГГО. 2011. Вып. 563. С. 7-59.
2. Переведенцев Ю.П., Шанталинский К.М. Особенности проявления современного глобального потепления
климата в различных регионах Северного полушария в последние десятилетия // Вестн. Удм. ун-та. Сер.
Биология. Науки о Земле. 2008. Вып. 2. С. 3-14.
3. Климат России / под ред. Н.В.Кобышевой. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 655 с.
4. Переведенцев Ю.П., Шерстюков Б.Г., Салахова Р.Х. Климатические условия и ресурсы Ульяновской области. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2008. 208 с.
Поступила в редакцию 21.11.11
Yu.P. Perevedentsev, R.B. Sharipova
Change of the basic climate indicators in the territory of the Ulyanovsk region
The authors analyze the climatic changes observed in the last decades and reveal the related trends in the air temperature and precipitation.
Keywords: temperature, precipitation, trend, change.
Переведенцев Юрий Петрович,
доктор географических наук, профессор
Казанский (Приволжский) федеральный университет
420008, Россия, г. Казань, ул. Кремлевская, 18
Е-mail: [email protected]
Шарипова Разиде Бариевна, научный сотрудник
ГНУ Ульяновский НИИСХ Россельхозоакадемии
433315, Россия, Ульяновская обл.,
пос. Тимирязевский, ул. Институтская, 19
Е-mail: [email protected]
Perevedentsev Yu.P., doctor of geography, professor
Kazan (Volga) Federal University
420008, Russia, Kazan, Kremlevskaya st., 18
Е-mail: [email protected]
Sharipova R.B., the research assistant
Ulyanovsk scientific research institute of agriculture
of Rosselhozakademija
433315, Russia, Ulyanovsk Region, Timiryazevsky,
Institutskaya st., 19
E-mail: [email protected]