Районирование холодных регионов на примере Якутии

УДК 551.524

И. С.Васильев

РАЙОНИРОВАНИЕ ХОЛОДНЫХ РЕГИОНОВ НА ПРИМЕРЕ ЯКУТИИ

На примере Якутии предложен комплексный подход районирования холодных регионов. На основании данных 118 метеостанций за период наблюдений с 1951 по 1985 гг. подсчитаны значения средних годовых температур воздуха, индексов замерзания и оттаивания. Ранжирование значений этих характеристик для всех ранее выделенных родов ландшафтов позволило дифференцировать следующие категории холодных регионов Якутии: экстремально холодного, сильно холодного, холодного, умеренно-холодного и наименее холодного.

Предложенные принципы выделения категорий холодных регионов Якутии могут использоваться и для подобного районирования других территорий.

Введение

Холодные регионы расположены в высоких и умеренных широтах, где средняя годовая температура воздуха (СГТВ) ниже 00С. Территория Якутии полностью относится к области холодных регионов. Здесь СГТВ варьирует в пределах от -5 до -16,6°С [1]. Такой диапазон пространственного распределения СГТВ свидетельствует о том, что Якутия может относиться к разряду особо хо-лодных регионов, средняя январская температура воздуха понижается до -48 и -50°С, а в отдельные зимние дни температура воздуха может опускаться до -68 и -71°С (метеостанции Верхоянск и Оймякон). Климат Якутии усугубляется еще тем, что на ее территории повсеместно распространены многолетнемерзлые породы (ММП). В регионе сплошная криолитозона занимает около 93,7, прерывистая - 4,79 и островная - 1,49% от его площади. Мерзлотные условия также суровы, мощность многолетнемерзлой толщи достигает 1500 м, а температура пород на подошве слоя годовых теплооборотов на севере и в высокогорьях опускается до -14°С.

Постановка вопроса и методы

Обеспечение комфортной жизнедеятельности и благосостояния населения в климатических условиях Якутии сопровождается излишними затратами трудовых ресурсов и денежных вложений. В связи с этим для получения четкого представления о суровости климата холодных регионов Якутии необходима более обоснованная оценка ее градации в пространстве. Для оценки степени суровости климата территорий оперировать одной характеристикой СГТВ явно недостаточно, так как суровость климата еще может обусловливаться соотношением сумм

отрицательных (индекс замерзания) и положительных (индекс оттаивания) температур воздуха, жесткостью климата, определяемой скоростью ветра в холодный период, длительностью залегания и мощностью снежного покрова, а также наличием многолетнемерзлых пород и их термическим режимом.

В целом, в пространственном плане различие климата определяется ландшафтной средой того или иного региона, которая интегрируется через определенные комплексы природных факторов. Отвечающей подобной интеграции природных факторов в условиях равнин и гор является таксономическая единица «род ландшафта», которая отражает общие черты важнейших характеристик его составляющих [2]. В пределах Якутии А. Н. Федоровым были выделены следующие роды ландшафтов: арктические (травяные и мохово-лишайниковые) тундры с фрагментами арктических пустынь со сплошным распространением ММП, типичные (кустарничково-лишай-никово-моховые) и южные (кустарниковые) тундры со сплошным распространением ММП, северная и средняя тайга со сплошным распространением ММП, средняя тайга с прерывистым и с островным распространением ММП, горное редколесье со сплошным и прерывистым распространением ММП, горная тайга с прерывистым и с островным распространением ММП, горная кустарниковая (подгольцовая) тундра со сплошным распространением ММП и горные (кустарничково-мохово-ли-шайниковые) тундры с фрагментами горных пустынь (табл. 1).

Подобная дифференциация ландшафтов уже автоматически отражает все те перечисленные комплексы тепловых характеристик. В связи с этим в качестве руководствующих характеристик будем оперировать значениями СГТВ и индексами замерзания

Таблица 1

Роды ландшафтов Якутии со средней годовой температурой воздуха

№ Роды ландшафтов СГТВ, 0С yt<0 yt>0

градусодни/год

1. Арктическая тундра с фрагментами арктических пустынь со сплошным распространением ММП -13...-16 -5000...-6000 30...550

2. Типичная тундра со сплошным распространением ММП -13...-15 -5400...-6100 450...600

3. Южная тундра со сплошным распространением ММП -12..-14 -5800...-6000 650...850

4. Северная тайга со сплошным распространением ММП -11...-15 -5400...-6200 1000...1400

5. Средняя тайга со сплошным распространением ММП -8...-11 -4500...5900 1500...1800

6. Средняя тайга с прерывистым распространением ММП - , 5 - 00 -4100...-4800 1650...1900

7. Средняя тайга с островным распространением ММП - , 5 - Os -3800...-4000 1700...1800

8. Горное редколесье со сплошным распространением ММП -8...-16 -4800...-7100 900...1500

9. Г орное редколесье с прерывистым распространением ММП -7...-8 -4100...-4500 1500...1600

10. Горная тайга с преывистым распространением ММП -7...-8 -4400...-4650 1500...1750

11. Горная тайга с островным распространением ММП - , 5 - Os -3000...3800 1550...1700

12. Горная кустарниковая (подгольцовая) тундра со сплошным распространением ММП 14 1 9, - -4500...-5850 850...1100

13 Горная тундра с фрагментами горных пустынь со сплошным распространением ММП -13...-14 -5000...5500 до 400

в пределах выделенных родов ландшафтов, показывающими более обоснованно суровость климата и дающими качественную оценку соотношения холодного и теплого периодов того или иного региона.

Связи СГТВ, Et<0 и Et>0 с зонами распространения ММП, высотными поясами растительности и, в целом, с ландшафтами были раскрыты рядом исследователей [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Но эти связи были использованы для достижения других целей. В частности, по соотношениям значений индексов замерзания (freezing index) и оттаивания (thaw index) Стюарт А. Гаррисом [6] были определены пределы их изменения в различных зонах ММП Канады, Норвегии, Шпицбергена, Исландии и Монголии. В составленном им обобщенном графике были получены конкретные пределы соотношения индексов замерзания (Et<0) и индексов оттаивания (Еt>0), четко разграничивающие распространение

сплошной, прерывистой и спорадической (островной) криолитозон. При этом южная граница островной крио-литозоны, соответствующая почти изотерме СГТВ 00С, проходит при соотношении отрицательных и положительных значений УК0 и Е1>0, равных на юге 1000 и на севере - 3000 градусодней/год.

Имея в виду все эти построения, на основании анализа выше упомянутых климатических характеристик (СГТВ, ЕК0 и Е1>0) были выделены категории холодных регионов на примере Якутии.

Подсчитаны средние многолетние значения Е 1<0 и Е1>0 по 118 метеостанциям Якутии за период наблюдений с 1951 по 1985 годы. На основании полученной информации построена графическая зависимость изменения соотношений индексов замерзания и оттаивания для всех родов (роды выделены по характеру распространения ММП) ландшафтов Якутии (рис. 1).

1000

2000

3000

я

я

£

3

а

о

а

с

я

к

•1000

-2000

-3000

-4000

-5000

-6000

-7000

-8000

♦ 1

2 + 3 -4 05 • 6 л 7 х 8 д9 © 10 - 11 о 12 Ж13

Индекс оттаивания, градусодни/год

Результаты

Используя эти соотношения и ранжируя параметры изменения индексов замерзания и оттаивания для определенных родов ландшафтов в пределах Якутии, нами выделено пять категорий холодных регионов: экстремально холодных, сильно холодных, холодных, умеренно-холодных и наименее холодных (табл. 2, рис. 2).

Экстремально холодные регионы включают равнинные и горную тундры с фрагментами арктических и горных пустынь со сплошным распространением ММП, которые характеризуются наибольшей суровостью как зимних так и летних условий. В пределах упомянутых родов (подтипов) ландшафтов индекс замерзания укладывается в пределах от -5000 до -6200 градусодней/год, т.е. его разброс составляет 1200 градусодней/год. Наибольшие значения (-6000...-6160 градусодней/год) индексов замерзания отмечены в материковой части тундр (метеостанции Табор-на-Индигирке, Нижнеянск, Алазея и Саскылах). Но самый длительный (около 260-280 дней) холодный период отмечен в арктических тундрах с фрагментами арктических и горных пустынь островов Ледовитого океана, отдаленных от побережий, где индекс замерзания не выходит за пределы более приведенных интервалов. В пределах последних характерен самый краткосрочный прохладный теплый период с индексом оттаивания, варьирующим от нескольких десятков до 200 градусодней/год. Наиболее мягкий холодный период (индекс замерзания -5040...-5160 градусодней/год) отмечается на метеостанциях Четырехстолбовой и Амбарчик, находящихся на крайнем северо-востоке Якутии, где сказывается отепляющее воздействие восточного процесса, приходящего со

Таблица 2

Рис. 1. Выделение категорий холодных регионов Якутии по распределению значений индексов замерзания (ЕК0) и оттаивания (Ш>0), соответствующих родам ландшафтов

Холодные регионы: I - экстремально холодные, II - сильно холодные, Ш - холодные, IV - умеренно-холодные и V - наименее холодные.

1-13 - номера родов ландшафтов соответствуют таковым, приведенным в таблице 1.

Прочие обозначения: пунктирная линия - предел распространения многолетнемерзлых пород; пунктирная линия с точкой - предел распределения значений ЕК0 и Ш>0

Выделение категорий холодных регионов по параметрам климатических характеристик (СГТВ, ЕКО и ЕОО), соответствующих родам ландшафтов Якутии

№ Холодные регионы Роды ландшафтов СГТВ,°С УК0 У£>0

градусодни/год

I Экстре- мально холодные Арктическая (с фрагментами арктических пустынь), типичная, южная и горная (с фрагментами горных пустынь) тундры со сплошным распространением ММП 40 Ы -5000...-6200 менее 800

II Сильно холодные Северная тайга, горное редколесье и горная (подгольцовая) тундра со сплошным распространением ММП -10...16,5 -4500...-7100 800...1500

III Холод- ные Средняя тайга со сплошным распространением ММП -8...-11 -4500...-6000 1500...1800

IV Умеренно- холодные Средняя, горная тайга и горное редколесье с прерывистым распространением ММП -6...-8 -4000...-5000 1500...1900

V Наименее холодные Средняя и горная тайга с островным распространением ММП -6 и выше -3100...-4000 -1600...1800

I

экстремально холодные.

II

Рис. 2. Холодные регионы Якутии сильно холодные, Ш - холодные, IV - умеренно-холодные и V

наименее холодные

стороны Тихого океана. Теплый период с индексом оттаивания 200-600 градусодней/год умеренно прохладный, характерен для арктических тундр побережий, типичных и горных тундр. Индекс оттаивания, равный 650-850 градусодней/год и соответствующий условиям южной тундры, свидетельствует о значительном удлинении теплого периода. Разброс индекса оттаивания составляет 800 градусодней/год. При этом очень заметно, что распределение значений индекса оттаивания находится в свойственных только для каждого из рассмотренных тундровых ландшафтов разделяющих интервалах. Что касается индексов замерзания, то подобных разделяющих интервалов для всех упомянутых тундр не наблюдается, что и определило отнести их в категорию экстремально холодных регионов. В пределах упомянутых родов ландшафтов СГТВ варьирует от -12 до -16°С.

Сильно холодные регионы включают северную тайгу, горное редколесье, горную кустарниковую (подгольцо-вую) тундру со сплошным распространением ММП. Для этих комплексов ландшафтов характерна наибольшая кон-

тинентальность климата, где индексы замерзания и оттаивания соответственно составляют -4500 ... -7100 и 800...1500 градусодней/год. Разброс этих значений резко возрастает в горном редколесье, где в холодный период он доходит до 2300 ив теплый период - до 600 градусодней/год. Здесь более выраженное разделение описываемого региона вырисовывается именно по параметрам значений индекса оттаивания (рис. 1). В долинных комплексах горного редколесья значительна роль охлаждающего эффекта зимней орографической инверсии температуры воздуха. Вследствие этого индекс замерзания достигает наибольшие значения (до -7100 градусодней/год). СГТВ здесь колеблется в широких пределах от -10 до -16,5°С.

Холодные регионы включают среднюю тайгу со сплошным распространением ММП, где индексы замерзания составляют -4500 ... -6000 градусодней/год. Холодный период также суровый, так как регион находится под активным воздействием сибирского (азиатского) антициклона. Теплый период заметно удлиняется (до 160 дней), индексы оттаивания увеличиваются до 1500-1800 граду-

содней/год. Здесь равнинный и плоскогорный рельеф, а также расположение в умеренных широтах территорий способствуют некоторому смягчению климата, что отражается и в СГТВ, варьирующей от -8 до -11°С.

Умеренно-холодные регионы включают среднюю и горную тайгу и горное редколесье с прерывистым распространением ММП. В их пределах индекс замерзания варьирует от -4000 до -5000 градусодней/год. Здесь заметно существенное смягчение холодного периода, что объясняется частым прохождением циклонов как западного переноса, так и восточного процесса воздушных масс. Теплый период в этих комплексах существенно не отличается от такового в вышеупомянутых родах ландшафта, где индекс оттаивания укладывается в пределы 1500-1900 градусодней/год. Заметное сокращение индекса замерзания сказывается и на СГТВ. Последняя колеблется от -6 до -8°С.

Наименее холодные регионы включают среднюю и горную тайгу с островным распространением ММП. Эти роды ландшафтов встречаются на крайнем юго-западе и в низкогорной срединной части Алданского нагорья. Они отличаются относительно мягким климатом, где индекс замерзания варьирует от -3100 до -4000 градусодней/год, а индекс оттаивания - 1600-1800. Характерна СГТВ, равная -5 ... -6°С.

Судя по распределению СГТВ, изотерма 0°С (теоретическая граница распространения многолетнемерзлых пород) проходит намного южнее Якутии, где значения индексов промерзания и оттаивания соответственно равны 2000 градусодней/год (рис. 1).

Выводы

Таким образом, введение дополнительных климатических характеристик индексов промерзания и оттаивания, а также ранжирование их в соответствии с родами ландшафтов для оценки суровости климата Якутии способствовали дифференцированию следующих холодных регионов: экстремально холодные (равнинные и горные тундры) с СГТВ от -12 до -16°С и с индексами замерзания и оттаивания соответственно от -5000 до -6200 и менее 800 градусодней/год; сильно холодный (горная кустарниковая тундра, северная тайга и горное редколесье) с СГТВ от -10 до -16,5°С и с индексами замерзания и оттаивания соответственно от -4500 до -7100 и от 800 до 1500 градусодней/год; холодный (средняя тайга сплошного распространения ММП) с СГТВ от -8 до -11°Сис индексами замерзания и оттаивания соответственно от -4500 до -6000 и от 1500 до 1800 градусодней/год; умереннохолодный (средняя, горная тайга и горное редколесье пре-

рывистого распространения ММП) с СГТВ от -6 до -80С и с индексами замерзания и оттаивания соответственно от -4000 до -4800 и от 1500 до 1900 градусодней/год; наименее холодный (средняя и горная тайга островного распространения ММП) с СГТВ -6°С и выше и с индексами замерзания и оттаивания соответственно от -3100 до -4000 и от 1600 до 1800 градусодней/год.

В целом, получены более четкие градации значений рассмотренных климатических характеристик по различным зонам многолетнемерзлых пород: в пределах их сплошного распространения - СГТВ -8°С и ниже, Et<0 и yt>0 соответственно более -5000 и менее 1500 градусодней/год; в пределах их прерывистого распространения -СГТВ - -6...-8°С, Et<0 и Et>0 соответственно -4500...-5000 и 1500... 1900 градусодней/год; в пределах их островного распространения - СГТВ - -6°С и выше, Et<0 и Et>0 соответственно -4000 и менее и 1600...1800 градусодней/год.

Предложенные принципы выделения категорий холодных регионов Якутии могут использоваться и для других территорий распространения холодных регионов.

Литература

1. Васильев И.С., Васильев А.И. Обшце и региональные закономерности распределения средней годовой температуры воздуха Якутии. // Климат и мерзлота: комплексные исследования в Якутии. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО IAH, 2000. С. 45-54.

2. Федоров А.Н. Мерзлотные ландшафты Якутии: методика выделения и вопросы картографирования. Якутск: Институт мерзлотоведения СО АН СССР, 1991. 140 с.

3. Black, R. F. 1951. Permafrost. Smithsonian Institution Report 1950. 273-301.

4. Nichols, D. R. 1956. Permafrost and ground-water conditions in the Glennallen area, Alaska. Manuscript on open file. U. S. Geological Survey, Washington, D. C., Anchorage, Alaska and College, Alaska.

5. Brown, R. J. E. and Pewe, T. L. 1973. Distribution of permafrost in North America and its relationship to the environment: A review, 1963-1973. In: Permafrost, The North American Contribution to the Second International Conference on Permafrost, Yakutsk, Siberia. National Academy of Sciences, Washington, D.C. 71-100.

6. Harris S. A. 1981. Climatic Relationships of Permafrost Zones in Areas of Low Winter Snow-Cover. Arctic. Journal of Arctic Institute of North America. Volume 34, Number 1. 64-70.

7. Гаврилова М.К. Современный климат и вечная меозлота на континентах. Новосибирск: Наука, 1981. 113 с.

8. Zhang, T, Osterkamp, T. E. and Stamnes, K. 1996. Some Characteristics of Climate in Northern Alaska, U. S. A. Arctic and Alpine Research. Volume 28, Number 4. 509-518.

I.S. Vasilyev

Zonation of cold regions with reference to Yakutia

An integrated approach for zoning the cold regions is proposed with reference to Yakutia. Based on the records from 118 weather stations for the period from 1951 to 1985, mean annual air temperatures, and freezing and thawing indexes were calculated. Ranking of the values of these characteristics for the genus of landscape (landscape subtype) identified earlier allowed us to differentiate the following cold regions: extremely cold, very cold, moderately cold and least cold.

The proposed principles of categorizing the cold regions in Yakutia may prove useful for similar zoning of other territories.

J J J