Статья: Оценка влияния современных климатических изменений в природных зонах Республики Башкортостан

Башкирский государственный университет

Оценка влияния современных климатических изменений в природных зонах Республики Башкортостан

Галимова Р.Г.

Аннотация

климатический изменчивость природа

Важную роль в формировании природных зон имеет климат, а современные региональные климатические изменения влияют на их функционирование и дальнейшую трансформацию. Вопрос о влиянии глобального потепления на изменения природно-климатических процессов в природных зонах исследован недостаточно в региональных масштабах. В связи с этим автором рассмотрена изменчивость климатических показателей температурно-влажностного режима в природных зонах Республики Башкортостан в период 1966-2015 гг. Выявлены изменения в температурном режиме - увеличение величины во всех месяцах. Рост температуры воздуха в природных зонах республики имеет разную скорость. Обнаружено, что в сезонных осадках тенденции в среднем имеют противоположный характер. Сумма атмосферных осадков холодного периода увеличивается, теплого - понижается. Изменяющиеся тепло- и влагообеспеченность в природных зонах республики за исследуемый период влияют на изменения в датах устойчивого перехода температуры воздуха через 0, 5, 10, 15 °С весной и осенью. Выявленные изменения климатических условий в Республике Башкортостан влияют на динамику природных процессов. Результаты исследования могут быть использованы в соответствующих организациях и ведомствах (Министерства сельского хозяйства, высшего образования и науки т.д.).

Ключевые слова: изменение климата, температура воздуха, атмосферные осадки, увлажнение.

Assessment of the influence of modern climate change in the natural zones of the Republic of Bashkortostan

Rita G. Galimova

Bashkir State University

Abstract

Climate plays an important role in the formation of the landscape and its dynamics. Modern climatic changes in the regions affect the transformation of some landscape components. The issue of the influence of global warming on changes in natural-climatic processes in natural zones has not been sufficiently studied at a regional scale. The article discusses some of the consequences of changing climatic indicators of the temperature-humidity regime in the natural zones of the Republic of Bashkortostan. For the analysis, the period 1966-2015 is used. Bashkortostan is located on the border of the East European Plain and the South Urals. Complicated orography affects the strong differentiation of climatic indicators and the formation of natural zones (and subzones) in its plain and mountainous parts. Global warming leads to changes in climatic conditions in natural zones. The study revealed changes in temperature conditions - an increase in air temperature in all months. The increase in air temperature in the natural zones of the republic has a different speed. In seasonal precipitation, opposite trends are observed. The amount of precipitation in the cold period increases, while in the warm period it decreases. The change in the heat and moisture supply of the natural zones of the republic during the study period affects the change in the dates of a stable transition of air temperature through 0, 5, 10, 15 °C in spring and autumn. Climate softening in the republic leads to an increase in the warm and summer period, which affects the increase in the potential of the tree stand. The revealed changes in climatic conditions in the Republic of Bashkortostan affect the dynamics of natural processes. The results of the study can be used in relevant organizations and departments (Ministry of Agriculture, Higher Education and Science, etc.).

Keywords: climate change, air temperature, precipitation, humidification.

Введение

Глобальные изменения климата приводят к изменениям природных и климатических условий в самых различных регионах планеты. В последние два десятилетия климатические изменения нередко проявляются как неблагоприятные или даже опасные природно-климатические процессы и явления. Так, в природных зонах с аридным климатом все чаще проявляются засушливые условия и засухи [Пряхина, Ормели, 2018]. В других областях увеличение высоты снежного покрова зимой [Galimova, 2018] или дождливых периодов летом приводит к росту наводнений [Нигметов др., 2003]. Изменения гидротермических условий в долговременной перспективе повлечет в таежной зоне ослабление подзолистого и усиление дернового почвообразовательного процесса, а в степной зоне - усиление аридизации и связанных с ней процессов засоления почв [Худяков, Решоткин, 2017]. Поэтому вопросы об уязвимости окружающей природной среды и отдельных ее компонентов стали актуальными для изучения в любых регионах.

В «Оценочных докладах» МГЭИК (1990, 1995, 2001, 2007, 2014 гг.) и двух «Оценочных докладах» Росгидромета (2009, 2014 гг.) были представлены материалы о климатических изменениях планеты и отдельных ее территорий, последствиях влияния глобального потепления на природные компоненты, экосистемы и антропогенные сферы деятельности. Как правило, климатические изменения могут сильнее проявляться и влиять на функционирование природных (ландшафтных) компонентов на региональном уровне. Воздействию подвергается каждый природный компонент, однако степень влияния больше проявляется на динамических геофизических средах - атмосфере, гидросфере, а также впоследствии на биологической составляющей природных зон.

Объект и методы исследований

Республика Башкортостан (РБ) является сложным регионом в отношении как геологического и геоморфологического устройства, так и климатических условий, обусловленных расположением территории на стыке Восточно-Европейской равнины и Уральских гор. Орографические особенности территории республики формируют климатическую дифференциацию отдельных ее частей, определяя функционирование природных зон и региональных природно-территориальных комплексов.

Наиболее крупное физико-географическое районирование республики выделяет на ее территории равнинное Башкирское Предуралье, Южный Урал (горная часть), Башкирское Зауралье.

В Предуралье, где основным фактором выступает широтность климата, с севера на юг происходит распространение лесной, лесостепной и степной зон Восточно-Европейской равнины. На северо-востоке республики по своим природно-климатическим условиям обосабливается Юрюзано-Айское понижение, где выделяют Месягутовскую подзону лесостепной зоны. В пределах Южного Урала, где накладывается влияние азонального орографического фактора, сформирована горно-лесная область и с подветренной стороны - горнолесостепная область. В Зауралье природные зоны - зауральские лесостепь и степь - протягиваются узкими субмеридианальными полосами вдоль границ республики (рис. 1). Наиболее освоенной и антропогенно нагруженной является территория Предуралья. На Южном Урале к настоящему времени сохранились «нетронутые» ландшафты в пределах особо охраняемых природных территорий.

Рис. 1. Природные зоны Республики Башкортостан [Атлас РБ, 2005]: I - лесная зона; II - лесостепная зон, III - степная зона, IV - горно-лесная область, V - зауральская лесостепная зона, VI - зауральская степная зона. Пунсонами обозначены метеостанции

Fig. 1. Natural areas of the Republic of Bashkortostan [Atlas of the Republic of Bashkortostan, 2005] I - forest zone; II - forest-steppe zones, III - steppe zone, IV - mountain-forest region, V - trans-Ural forest-steppe zone, VI - trans-Ural steppe zone. Punches marked weather stations

В настоящем исследовании анализировались данные многолетних наблюдений на 30 метеорологических станциях сети Башкирского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в период 1966-2015 гг. (на рис. 1 метеостанции обозначены пунсонами). Для анализа территориальной и временной изменчивости климатических величин были рассчитаны их базовые характеристики. Оценка региональных изменений климата в регионе получена с применением тренд-анализа.

Уравнение линейного тренда имеет вид:

где у(т) - сглаженное значение величины на момент времени т (1, 2, 3, ..., n), а - угловой коэффициент наклона линии тренда (КНЛТ), характеризующий скорость изменения величины, b - свободный член (начальное значение линии тренда).

Положительное значение коэффициента а указывает на рост (повышение) значения величины, отрицательное - на его снижение (уменьшение) [Переведенцев, Шумихина, 2016]. Величиной коэффициента детерминации R2 оценивался вклад линейного тренда в общую изменчивость показателя. Тенденция в 50-летнем периоде считалась статистически значимой при уровне достоверности 95 %, если величина R2 > 0,08 [Шиловцева, Романенко, 2005]. Достоверность результатов оценивалась с помощью критериев Фишера и Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

Изменения температурного режима. Температура воздуха (ТВ) является одной из основных метеорологических величин, наиболее полно характеризующих физическое состояние атмосферы, погоду и климат местности. Она постоянно меняется в пространстве и во времени. К регулярным изменениям относится годовой ход ТВ. Из-за циркуляционного фактора, приводящего к адвекции тепла или холода, возникают ее нерегулярные (апериодические) изменения.

На территории республики средняя годовая температура воздуха (СГТВ), осредненная за период с 1966 по 2015 гг., составляет 2,9 °С. В Предуралье она варьирует от 2,9 °С в лесной зоне до 3,5 °С в лесостепи и степи, снижаясь в Месягутовской лесостепи до 1,9 °С. Наименьшие значения СГТВ отмечаются на Южном Урале, где они составляют 1,6 °С в горно-лесной области и 2,5 °С в горно-лесостепной области. В лесостепной зоне Зауралья СГТВ равна 1,7 °С, в степной зоне - 3,3 °С (табл. 1).

Таблица 1. Средняя годовая температура воздуха (°С) и сумма атмосферных осадков (мм) в природных зонах РБ в период 1966-2015 гг.

Table 1. The average annual air temperature (°C) and the amount of precipitation (mm) in the natural zones of the Republic of Bashkortostan in the period 1966-2015

Примечание: ТВ - температура воздуха, ХП - холодный период; ТП - теплый период;

* - Месягутовская лесостепь является частью лесостепной зоны Предуралья.

Расположение республики в области умеренно-континентального климата обуславливает простой вид годового хода ТВ - самые низкие значения приходятся на зимний период (январь), интенсивный рост происходит весной, формирование летнего пика - в июле, резкое снижение наблюдается осенью.

В январе территориальные колебания средней месячной температуры воздуха (СМТВ) имеют более значительный диапазон, чем в месяцы летнего периода. В лесной зоне Предуралья СМТВ января составляет от -14,2 до -14, 4 °С в лесостепной и степной - она выше (-13,3... -14,0 °С), на Южном Урале и в Зауралье - ниже (-14,3... -14,9 °С и -14,5... -14,7 °С соответственно), на северо-востоке опускается ниже - до -15,0 °С. Самая низкая СМТВ января наблюдается в горной части РБ и составляет -16,2 °С (ст. Башгосзаповедник).

Наивысшими СМТВ июля характеризуются южные степные окраины Предуралья +20,0.. .+20,2 °С). В лесной зоне эта величина составляет от +18,2 до +19,0 °С, в лесостепи Предуралья - от +18,5 до +19,5 °С, в пределах месягутовской лесостепи - от +17,0 до +17,5 °С. Таким образом, июльская СМТВ уменьшается в направлении с запада на восток (к Уральским горам). В Зауралье широтность распределения ТВ восстанавливается, и она увеличивается с севера региона на юг от +17 до +20 °С.

Тренд-анализ полученных результатов (рис. 2) выявил, что осредненный КНЛТ СГТВ для республики положительный и составляет 0,43 °С/10 лет. Это определяется значимым ростом СГТВ во всех природных зонах республики.

Примечание: * - Месягутовская лесостепь является частью лесостепной зоны Предуралья

Рис. 2. КНЛТ средней годовой температуры воздуха в природных зонах Республики Башкортостан (°С/10 лет)

Fig. 2. The slope coefficient of the trend line of the average annual air temperature in the natural areas of the Republic of Bashkortostan (°С/10 years)

Наибольшие изменения СГТВ отмечаются в степной зоне Зауралья, лесостепной зоне Предуралья и в горно-лесной области. Наименьший рост СГТВ испытывает в лесостепи Зауралья. Во всех случаях тренды статистически значимые.

Обнаружено, что осредненные в природных зонах республики КНЛТ ТВ имеют положительные значения во все месяцы. Выявлены месяцы с высокой долей станций со статистически значимыми трендами - январь, июнь, август, октябрь. В качестве примера приведены межгодовые изменения ТВ в январе, июле и СГТВ в лесной зоне Предуралья (рис. 3).

Анализ временной изменчивости ТВ по месяцам показал, что наибольшее ее увеличение обнаружено в зимние месяцы. Среди месяцев теплого сезона большим ростом ТВ отличается октябрь (0,58 °С/10 лет), с наибольшими значениями КНЛТ в природных зонах Южного Урала, а также июнь (0,53 °С/10 лет).

Изменения режима увлажнения. Адвекция влаги тесно связана с циркуляцией атмосферы, которая является транспортирующим механизмом. От характера атмосферной циркуляции в значительной степени зависит количество выпадающих осадков. На территории России наибольшее проникновение влаги с Атлантики происходит вдоль55-60° с.ш. [Климат России, 2001]. Положение РБ в указанных широтах и сложный орографический характер ее поверхности определяют неравномерность выпадения осадков по территории.

Рис. 3. Межгодовые изменения температуры воздуха в лесной зоне Башкирского Предуралья (°С)

Fig. 3. Interannual changes in air temperature in the forest zone of the Bashkir Cis-Urals (°С)

В Предуралье распределение атмосферных осадков имеет относительно широтный характер, но направление изогиет изменяется на меридиональное в зоне влияния Уральских гор (характеристики сумм осадков в природных зонах см. в табл. 1).

В лесной зоне Предуралья среднемноголетняя сумма осадков составляет 632 мм/год. В южном направлении их количество уменьшается: в лесостепи - 494 мм/год, в степи - 513 мм/год. В последнем случае типичные степные условия в Предуралье лучше характеризовать по метеостанции Мелеуз, где годовая сумма осадков составляет 450 мм. Увеличение до указанного значения в степи (см. табл. 1) количества осадков происходит за счет расположения на возвышенности другой метеостанции, по данным которой постоянно отмечаются более значительные суммы осадков, высота снежного покрова и пр.