Пространственная и временная динамика температуры почвы

Принципы районирования
Западно-Сибирской равнины по
мерзлотно-термическому состоянию
почвенно-грунтовой толщи
И.Е.Трофимова, А.С. Балыбина
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
1

Для оценки и картографирования территории ЗападноСибирской равнины по мерзлотно-термическому режиму
почвенно-грунтовой толщи используются данные наблюдений,
полученные на метеорологических станциях России. Всего
метеостанций – 135, но они не равномерно распределены по
территории. Особенно слабо оснащены такого рода
наблюдениями северные районы, а в тундровой зоне их нет
вообще.
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
2
Рис. 1. Распределение
самой низкой (А) и самой
высокой (Б)
в годовом цикле средней
месячной температуры
в почвенном профиле до
глубины 3,2 м.
По имеющимся данным строятся вертикальные профили самой высокой (красное поле) и самой низкой (синее поле)
в годовом цикле средних месячных температур в почвенно-грунтовой толще 0,2 – 3,2 м для каждой метеостанции.
Самая высокая температура в пространстве изменяется весьма значительно. Еѐ крайние варианты относятся к южной
(Славгород) и северной (Норильск) частям территории. Поле вертикальных профилей может быть разделено на 5-6
градаций. Каждая их них характеризует тепловое состояние почв разной степени: от весьма интенсивного
прогревания всей почвенной толщи до ее крайне слабого прогревания. Характер распределения температуры
широтно-зональный.
Несколько иная ситуация характерна для самой низкой температуры. Здесь поле вертикальных профилей
температуры сужено и дифференцируется на 4-5 градаций. Ее крайние варианты соответствуют весьма сильному
(тундра и лесотундра) и достаточно слабому (лесостепь) охлаждению почв. Распределение температуры контурное.
В целом карта районирования территории по мерзлотно-термическому состоянию почвенно-грунтовой толщи
содержит два слоя информации: летнее прогревание и зимнее охлаждение почв.
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
3
Отклонения температуры воздуха (∆) за 1961-2010 гг.
от климатической нормы по 1960 г. (С)
Метеостанции
Средние
многолетние
величины
температуры
воздуха
января по
1960г. (Т1)
Салехард
Березово
Ханты-Мансийск
Тобольск
Ишим
-23,6
-22,0
-19,8
-18,5
-19,3
Тарко-Сале
Халесовая
Александровское
Барабинск
Татарск
-25,0
-23,8
-21,5
-20,2
-19,8
Дудинка
Игарка
Туруханск
Верхнеимбатск
Енисейск
-28,0
-28,6
-27,1
-25,4
-22,0
Средние
многолетние
величины
температуры
воздуха
января за
1961-2010
(Т)
∆в
январе
(Т - Т1)
Средние
многолетни
е величины
температур
ы воздуха
июля по
1960 г.
(Т1)
Приуральский долготный сектор
-24,2
-0,6
13,8
-22,1
-0,1
15,8
-20,0
-0,2
17,5
-18,2
+0,3
18,0
-17,4
+1,9
18,0
Центральный долготный сектор
-25,5
-0,5
15,4
-24,3
-0,5
15,9
-21,1
+0,4
17,1
-18,1
+2,1
18,3
-17,9
+1,9
18,6
Приенисейский долготный сектор
-28,1
-0,1
12,8
-28,1
+0,5
14,8
-26,3
-0,8
15,8
-24,5
-0,9
16,6
-21,2
+0,8
18,4
Средние
многолетние
величины
температуры
воздуха июля
1961-2010 гг.
∆в
июле
(Т - Т1)
(Т)
14,5
16,6
18,1
18,6
19,0
+0,7
+0,8
+0,6
+0,6
+1,0
16,3
16,7
18,1
19,3
19,6
+0,9
+0,8
+1,0
+1,0
+1,0
13,6
15,5
16,4
17,5
18,2
+0,8
+0,7
+0,6
+0,9
-0,2
Определяется отклонение температуры воздуха последних 50 лет от многолетней температуры первой половины
ХХ века. В январе за последние 50 лет отмечено слабое похолодание в северной части территории, южнее - потепление.
В июле на всей территории было теплее.
Практически на всех метеостанциях знаки величин линейных трендов температуры воздуха совпадают со знаками
отклонений.
Конференция по геокриологическому картографированию
4
Геологический факультет МГУ 2013 г.
-5
2004
1994
1984
1974
1964
1954
1944
1934
Т,
1924
0
оС
Салехард, Тв январь
-10
-15
-20
-25
Рис.2. Многолетний ход
температуры воздуха в январе
-30
y = -0.03x - 21.874
R² = 0.0294
-35
На слайдах 5-7 даны
примеры многолетнего хода
температуры воздуха в
январе.
2005
1995
1985
1975
1965
1955
1945
1935
Т, оС
-5
1925
0
Ишим, Тв январь
-10
-15
-20
-25
y = 0.0279x - 19.088
R² = 0.0255
-30
-35
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
5
0
Т,
оС
-5
1937
1947
1957
1967
1977
1987
1997
2007
Тарко-Сале, Тв январь
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
y = -0.0186x - 24.248
R² = 0.0056
0
1940
Т, оС
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
-5
Татарск, Тв январь
-10
-15
-20
-25
y = 0.0428x - 20.045
R² = 0.0381
-30
-35
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
6
0
Т, оС 1933
-5
1943
1953
1963
1973
1983
1993
2003
Дудинка, Тв январь
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
y = -0.0161x - 26.866
R² = 0.0052
0
Т,
оС 1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
-5
Игарка, Тв январь
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
y = -0.0139x - 27.013
R² = 0.0035
-45
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
7
20
Салехард, Тв июль
Т, оС
18
16
14
12
Рис. 3. Многолетний ход
температуры воздуха в июле
10
y = 0.0166x + 13.525
R² = 0.0513
8
1924
1934
1944
1954
1964
1974
1984
1994
2004
24
Т, оС
23
На слайдах 8-10 даны
примеры многолетнего хода
температуры воздуха в
июле.
Ишим, Тв июль
22
21
20
19
18
17
16
y = 0.0208x + 17.559
R² = 0.0823
15
14
13
12
1925
1935
1945
1955
1965
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
1975
1985
1995
2005
8
22
Т,
оС
Тарко-Сале, Тв июль
21
20
19
18
17
16
15
14
13
y = 0.016x + 15.459
R² = 0.0304
12
11
10
1937
1947
1957
1967
1977
1987
1997
2007
24
Т, оС 23
Татарск, Тв июль
22
21
20
19
18
17
y = 0.0083x + 19.039
R² = 0.0103
16
15
14
13
12
1940
1950
1960
1970
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
1980
1990
2000
2010
9
19
Т,оС
Дудинка, Тв июль
18
17
16
15
14
13
12
11
y = 0.0285x + 12.107
R² = 0.0638
10
9
8
1933
1943
1953
1963
1973
1983
1993
2003
21
Т, оС
2010
Игарка, Тв июль
20
19
18
17
16
15
14
13
12
y = 0.0169x + 14.497
R² = 0.0409
11
10
9
8
1930
1940
1950
1960
1970
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
1980
1990
2000
2010
10
15
20
А
Т, оС
Б
Т, оС
10
y = 0.0972x + 4.4478
R² = 0.6087
5
15
y = 0.076x + 8.3228
R² = 0.5762
10
0
5
y = 0.0092x - 0.8475
R² = 0.0524
-5
y = 0.1267x - 6.052
R² = 0.4401
-10
0
Годы
Игарка Макс. Т на 0,8
Березово Мин Т на 0,8
2007
2002
1997
1992
1987
1982
1977
1972
1967
1962
1957
1952
1947
1942
2008
2003
1998
1993
1988
1983
1978
1973
1963
1968
Игарка Мин.Т на 0,8
-5
1937
Годы
-15
Березово Макс Т на 0,8
Рис.4. Многолетний ход самой высокой и самой низкой температуры
почвы на глубине 0,8 м на метеостанциях Игарка (А) и Березово (Б)
Для оценки возможного изменения температуры почв определена ее реакция на современное
изменение климата. В качестве примера показан многолетний ход температуры почвы на глубине 0.8
м на метеостанциях Игарка и Березово. Положительные линейные тренды характерны для всех
случаев. Основная особенность многолетнего хода самой низкой температуры – приближение еѐ к
нулевым (или близким к ним) значениям, которые длительное время сохраняются в почвенном
профиле. Они являются барьером для перехода температуры к положительным значениям.
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
11

Предлагаемый принцип районирования территории по
мерзлотно-термическому
состоянию
почвенно-грунтовой
толщи основан на поэтапном анализе. Во-первых, проводится
общая оценка состояния климатической системы с учетом
выделения типов климата и выполненного на их основе
комплексного климатического районирования. Во-вторых,
осуществляется типизация мерзлотно-термического режима, по
результатам
которой
осуществляется
районирование
территории. В-третьих, для оценки возможного изменения
температуры почв определяется реакция мерзлотнотермического режима почв на современные изменения климата.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ
(грант 12-05-00819)
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
12
Спасибо за внимание
Конференция по геокриологическому картографированию
Геологический факультет МГУ 2013 г.
13