Температурно-влажностные условия природных зон мира

М. И. Амосов, Ю. М. Артемьев, И. Г. Москаленко, М. В. Сыромятина ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫЕ УСЛОВИЯ ПРИРОДНЫХ ЗОН МИРА1

Вопросы о классификации природных (ландшафтных) зон, об их границах и климатической обусловленности — одни из традиционных в географии. Связь климатических характеристик и растительной зональности интересовала ещё А. Гумбольдта. В 50-70-е гг. ХХ в. исследователи уделили значительное внимание поиску комплексных гидротермических показателей, помогающих выявить климатическую обусловленность зональных границ [1, 2, 3]. В настоящее время благодаря расширению имеющихся баз метеоданных появилась возможность более детально рассмотреть эти вопросы и перейти к выявлению более простых климатических параметров, определяющих положение границ тех или иных природных зон. Такой подход может быть полезен при реконструкции зональности прошлых эпох.

В рамках нашего исследования была составлена карта природных зон мира (рис. 1) и определены характерные для них климатические показатели. В основных чертах схема природных зон суши давно установлена, однако многие детали остаются дискуссионными. Отечественные географы в приэкваториальных районах обычно различают зоны постоянно-влажных (вечнозелёных) и переменно-влажных (листопадных) лесов, тогда как многие зарубежные географы их не разделяют [4, 5]. Лесотундру и подтайгу некоторые авторы иногда рассматривают не в качестве самостоятельных природных зон, а как подзоны [6].

Наибольшие расхождения при классификации зон возникают в связи с разными представлениями о существовании физико-географических поясов. В большинстве случаев деление на поясы основывается либо на традиционной схеме тепловых поясов, либо на отождествлении физико-географических поясов с циркуляционными.

Однако при таком подходе некоторые ландшафты со схожими характеристиками растительности и почв могут оказываться включёнными в разные пояса. Это противоречие хорошо видно на примере ландшафтов вечнозелёных постоянно-влажных лесов (гилей), расположенных вблизи экватора. Их диагностические признаки хорошо известны: большая фитомасса и высокая продуктивность растительных сообществ, многоярусность и сложность видового состава древостоя, отсутствие хвойных пород, круглогодичная вегетация практически всех видов растений, распространение бедных гумусом красно-жёлтых ферралитных почв (ферральсолей). Подобные характеристики можно отнести не только к лесам экваториального циркуляционного пояса, но и к лесам других территорий: восточных побережий Центральной Америки, Мадагаскара, Бразилии и др. [4, 7, 8]. Другие зональные типы ландшафтов (саванны, тундры и др.), также могут располагаться в нескольких поясах.

Поэтому при составлении карты природных зон в качестве основной классификационной категории нами был избран зональный тип ландшафта, выделяемый по био-

1 Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 10-05-00604-а).

© М. И. Амосов, Ю. М. Артемьев, И. Г. Москаленко, М. В. Сыромятина, 2011

I ГГГ лоетаниммкныспиги 1 ,1| [ пщюонпмгнгш

] Г"Ч ШИШ ЕаНш

4 И №»•«•«*»

I АГД .япгстынЕнньесламии • 1*^1 гегсгыки 7 | - г| попцтусп*«

! ЕЗ ст.

» [23 «к«'»™

ЮКЗ авЯввнегчвйвац

IIС 1 Ш#«ИА|<СГВ£НМЙ*»

ИСйЯ СУП-”^А »КЗ

М[Э евмтачд»*, иПГЧ луга и лвсвлуга Т*ЧУЧ »СП -Т^'мме кгожте 1ТГГП -гчпдаинетучи*!

1И* »1 «плодные пустыни

т ««•

1 1 ДО40С4ЫЕ ГКНРОвЬ

Рис. 1. Природные зоны мира

о

тическим и почвенным признакам без прямой «привязки» к физико-географическим или климатическим поясам.

Всего выделено 16 зональных типов ландшафтов (природных зон). На карте также показаны два подтипа ландшафтов (подзон): полярных (арктических) тундр и опустыненных саванн. Составление мировой карты природных зон проводилось в масштабе 1:65 000000 (в настоящей работе приводится уменьшенный вариант карты); использовалась проекция Робинсона. Отдельно на карте показаны горы — территории с сильно пересеченным рельефом, где затруднено выделение природных зон, из состава гор исключены территории высоких внутригорных равнин (Внутрикордильерские плато и др.).

При составлении карты в наибольшей степени были использованы материалы, опубликованные в атласе «Природа и ресурсы Земли» [9], а также сведения карты растительности мира В. Б. Сочавы [10], карты почв и растительности из Физико-географического атласа мира [11], мировая карта продолжительности вегетационного периода [5]. Также были учтены данные Г. Вальтера [12], Ф. Н. Милькова [2], А. Д. Букштынова и др. [13], Ф. Фукарека и др. [14], А. Г. Воронова [15], А. М. Рябчикова и др. [16], Географического энциклопедического словаря [17], А. Г. Исаченко и А. А. Шляпникова [18], К. М. Петрова [19]. Информация по отдельным регионам получена благодаря данным П. Ричардса [4], М. Б. Горнунга [7], Ю. П. Пармузина [20], Ю. Г. Пузаченко и В. С. Скулкина [21], С. Тух-канена [22], по материалам Атласов Арктики [23], Канады [24], Кубы [25], Эквадора [26], сайтов Университета Манитобы [27], Бразильского института географии и статистики [28], Национального музея Новой Зеландии [29].

Диагностические признаки выделенных зон приведены в табл. 1.

Таблица 1. Характерные особенности растительности и почв природных зон мира

Природная зона Растительность Почвы1

Гилеи постоянновлажные Вечнозелёные многоярусные лиственные леса Красно-жёлтые ферралитные /фер-ральсоли/

Гилеи переменновлажные Листопадно-вечнозелёные лиственные леса Красные ферралитные /нитисоли/

Гемигилеи Вечнозелёные многоярусные лиственные и смешанные леса Желтозёмы, краснозёмы /акрисоли, алисоли/

Саванны Ксерофильные травы (преимущественно злаки) с отдельными деревьями Красные ферралитные, красно-бурые, красновато-бурые /нитисоли, ликсисоли и др./

Пустыни Фрагментарно ксерофиты (полукустарнички, сукку-ленты, эфемеры, галофи-ты) Пустынно-тропические, серо-бурые /ареносоли, камбисоли и др./

Полупустыни Разреженная растительность, сочетающая элементы степей и пустынь Светло-каштановые, серозёмы, бурые полупустынные / кальцисоли, гипсисоли и др./

Жестколистные леса Вечнозелёные леса из жестколистных пород Коричневые /лювисоли/

Степи Ксеро-криофильные травы обычно с господством дерновинных злаков Чернозёмы, каштановые, чёрные, серо-коричневые2 /чернозёмы, каш-танозёмы и др./

Лесостепи3 Сочетание (широко) лиственных лесов и участков степей Чернозёмы в сочетании с серыми лесными /чернозёмы, лювисоли, файозё-мы/

Широколиственные леса Листопадные лиственные леса (часто монодоминантные) Бурые лесные, серые лесные /камбисоли, лювисоли/

Природная зона Растительность Почвы1

Субтайга (подтайга) Хвойные леса (напоминающие тайгу) с широколиственными видами во втором ярусе Дерново-подзолистые, бурые лесные /альбелювисоли, камбисоли/

Тайга Хвойные леса с бореальными видами (ель, пихта, лиственница, сосна) Подзолистые, мерзлотно-таёжные /подзолы, гистосоли, криосоли/

Луга и лесолуга Злаково-разнотравные луга, луговые редколесья Дерново-грубогумусные /лептосоли/

Лесотундры Сочетание участков тундр и разреженных лесов Тундровые глеевые в сочетании с глеево-подзолистыми /глейсоли, подзолы/

Тундры Мхи и лишайники (а также травы, кустарнички, карликовые берёзы, ивы) Тундровые глеевые, тундровые арктические /глейсоли, криосоли/

Холодные пустыни Фрагментарно мхи и лишайники Арктические пустынные /криосоли/

Примечания: 1. Названия почв указаны по традиционной классификации (Геогр. энц. словарь, 1988 и др.). В скобках — названия по World Reference Base for Soils Resources (Цех, Хинтермайер-Эрхард [8]).

2. Во влажной пампе Южной Америки распространены красновато-чёрные почвы.

3. На Центральных равнинах Северной Америки лесостепям соответствуют преимущественно безлесные высокотравные прерии на чернозёмовидных почвах.

На основе данных мировой сети метеостанций [30-32] нами создана климатическая база данных для каждой природной зоны. База данных включает осредненные за период 1961-1990 гг. значения среднемесячных температур воздуха и месячных сумм осадков по 629 метеостанциям, так как за указанный период представлена наиболее полная информация по метеорологическим станциям мира.

Кроме того, с помощью программы MapInfo были подсчитаны площади всех природных зон (табл. 2), причём для территорий к северу от 60° с.ш. при определении площадей был использован вариант карты, выполненный в равновеликой азимутальной проекции Ламберта.

Таблица 2. Площади природных зон

Природная зона (подзона) Северная и Центральная Америка Южная Америка Африка Евразия Австралия и Океания

Постоянно-влажные гилеи 473 / 10 4313 / 18 2554 / 12 2492/6 757 / 7

Переменно-влажные гилеи 420 / 7 2467 / 5 1744/8 1216/3 259 / 5

Гемигилеи 1146 / 7 306 / 3 114 / 3 1349 / 23 313 / 7

Типичные и влажные саванны 97 / 1 4493 / 17 9404 / 32 1797/2 908 / 7

Опустыненные саванны 66 / 0 657 / 2 3406 / 9 265 / 1 1652 / 10

Пустыни 670 / 3 398 / 7 8806/20 7797 / 34 2907 / 9

Полупустыни 922 / 4 5534 / 3 735 / 4 2298 / 22 591 / 5

Степи 1824/7 1318 / 8 212 / 4 3171 / 24 492 / 4

Лесостепи 1219/6 - - 1431 / 18 -

Жестколистные леса 96 / 2 61 / 4 313 / 10 1040 / 31 352 / 7

Широколиственные леса 937 / 11 263 / 1 - 2474 / 48 203 / 4

Субтайга 1131 / 12 - - 1421 / 19 -

Тайга 3884 / 9 - - 6198 / 34 -

Лесотундра 705 / 3 - - 746 / 4 -

Луга и лесолуга 172 / 2 31 / 1 - 102 / 9 -

Типичная и южная тундра 1702/9 - - 1381 / 10 -

Полярные тундры 1296 / 4 - - 647 / 6 -

Холодные пустыни 742 / 4 - - 174 / 0 -

Для характеристики климатических условий природных зон использовались следующие показатели: средняя температура самого теплого календарного сезона, средняя температура самого теплого месяца, средняя температура самого холодного месяца, годовая амплитуда температур, годовая сумма осадков, сумма осадков за самый теплый календарный сезон, сумма осадков за самый холодный календарный сезон.

Обобщенные гидротермические показатели природных зон (подзон), полученные в результате обработки указанной базы данных, представлены в табл. 3. Таблица составлена с учетом анализа для каждой природной зоны встречаемости тех или иных значений метеорологических параметров. Дискретность при расчетах вероятностных характеристик менялась в зависимости от амплитуды колебаний метеорологических параметров. Так, при анализе распределений значений количества осадков при их суммах менее 600 мм дискретность шага составляла 50 мм, при суммах осадков до 1400 мм — 200 мм, при больших суммах осадков — 500 мм. Аномальные значения в каждой выборке, если их доля в общей совокупности не превышала 5%, подвергались детальному рассмотрению. Для этих целей использовался графический метод построения климатических диаграмм с координатами:

- средняя температура самого теплого календарного сезона Т и сумма осадков этого же сезона £Р ;

т.с’

- годовая амплитуда температур АТгод и годовая сумма осадков ХРгод;

- гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК Селянинова) и средняя температура самого теплого календарного сезона Тт.с.;

- средняя месячная температура самого теплого Ттм (холодного Тхм) месяца и сумма осадков за соответствующий сезон.

Таблица 3. Гидротермические показатели природных зон (подзон) мира

Природная зона (подзона) 1Р , мм год’ 1Р , мм т.с. Т , °С т.с. Т , °С т.м. Т ,°С х.м. АТ °С год,

Постоянно-влажные гилеи 1150-4000 и более 100-1200 24,5-29,5 25-29 20-28 1-7

Переменно-влажные гилеи 800-2000 и более 150-800 24,5-29,5 25,5-29,5 16-27 1-10

Гемигилеи 1200-1800 275-525 21,5-29,5 23-28 2-16 8-24

Жестколистные 300-800 <130 16-28 18-29 5-14 6-22

Типичные саванны 600-1800 <800 18-33 17,5-35 11-29 1-14

Опустыненные саванны 200-600 <275 25-35 17,5-36 13-26 2,5-12,5

Пустыни <250 <130 >19 17,5-37,5 -17^27 5-38

Полупустыни 150-450 <250 >15 18-33 <14 12,5-30

Степи 200-600 50-450 15-29 19-29 <15 10-45

Лесостепи 350-850 150-325 15-29 18-29 <10 20-42

Широколиственные леса 500-1200 125-400 13,5-26 14-26 -13^-6 8-34

Субтайга 500-1200 75-375 14-22 16-22 <3 12,5-32,5

Тайга 250-900 100-475 10-17 13-19 <6 20-60

Лесотундра 400-650 125-225 9-11 10-12 <6 25-50

Луга и лесолуга 450-1700 125-375 7-13 10-13 -5^4 6-24

Типичные и южные тундры <500 50-175 3-12 4-13 <-2 10-48

Полярные тундры <450 25-120 0-5 4-13 <-7,5 12-40

Холодные пустыни <175 <70 <3,5 <5,5 <-24 29-44

Рис. 2. Годовая сумма осадков и годовая амплитуда температур на метеостанциях таёжной зоны (1 — Северной Америки, 2 — Европы,

3 — Азии)

Анализ графиков, построенных для каждой природной зоны, позволил отметить те метеостанции, которые выделяются на общем фоне распределения точек (например, рис. 2). Возможно существует несколько причин аномального положения точек на диаграмме: климатические условия одних и тех же зон на разных материках не совпадают; метеостанции расположены на границах природных зон; требуется дополнительный анализ типа растительности в точках расположения метеостанций.

В литературе имеются многочисленные публикации, посвященные вопросу климатической обусловленности границ природных зон. Этому вопросу уделяли внимание ещё В. В. Докучаев и В. Кёппен. В дальнейшем вопрос был освещен в работах А. А. Григорьева и М. И. Будыко [1], Ф. Н. Милькова [2], Г. Т. Селянинова [3], А. Г. Исаченко и А. А. Шляпникова [18], Ю. Г. Пузаченко и В. Скулкина [21] и др. Однако использование современной метеорологической базы данных по всем материкам позволяет более комплексно, с применением статистических методов, оценить климатическую обусловленность границ природных зон.

Анализ графиков, подобных см. рис. 2, показал, что лимитирующим фактором для высокоширотных природных зон (от холодных пустынь до широколиственных лесов включительно) являются термические условия, прежде всего, самого теплого периода, при этом, как годовая сумма осадков, так и сумма осадков за теплый сезон колеблются в большом диапазоне. Граница полярных и типичных тундр соответствует изотерме средней летней температуры +5°С. Зона лугов и лесолугов отделяется от тундр более мягкими зимними условиями. Здесь температура самого холодного месяца не опускается ниже -5°С. Наибольшая встречаемость типичных и южных тундр наблюдается при среднелетней температуре от 7,5 до 12°С. Среднелетнюю температуру 12°С можно

рассматривать как определяющую южную границу зоны. За этот термический рубеж не выходит и ареал распространения зоны лесотундры.

Таёжные ландшафты встречаются только в Евразии и Северной Америке, но занимают достаточно обширные площади (см. табл. 2). Для таёжной зоны характерен большой вариационный размах годовой суммы осадков и годовой амплитуды температуры (рис. 2). Таёжные ландшафты чаще всего встречаются при средней летней температуре от 13 до 16,5°С, хотя в Азии тайга распространяется на север до изотермы +10°С. Субтайга наиболее часто встречается при температурах от 15 до 17,5°С. На северную границу этой зоны существенное влияние оказывают зимние условия. В большинстве случаев распространение субтаёжных ландшафтов ограничивается температурой самого холодного месяца -13°С.

При рассмотрении климатических ниш для зоны широколиственных лесов в координатах годовая амплитуда температур — годовая сумма осадков выявляется отличие лесов Европы от лесов Северной Америки и Азии (для двух последних материков характерны большие годовые амплитуды температур). При рассмотрении климатической диаграммы в координатах температуры самого теплого сезона и суммы осадков, климатические ниши широколиственных лесов Северной Америки и Азии также разделяются. Для широколиственных лесов Северной Америки средние летние температуры превышают 20°С, а количество осадков не превышает 325 мм; аналогичные ландшафты в Азии характеризуются более влажными условиями и низкими среднелетними температурами воздуха. Для северной границы широколиственных лесов лимитирующий фактор — зимняя температура (граница проходит по изотерме -13°С самого холодного месяца). Южная граница широколиственных лесов Евразии определяется изотермой самого теплого месяца +22°С, для Северной Америки эта граница соответствует изотерме +26°С.

Для низкоширотных природных зон (от лесостепей и жестколистных лесов до постоянно-влажных гилей) лимитирующий фактор в большинстве случаев — увлажнение и его сезонная динамика. Для лесостепей характерно чёткое соответствие южной границы и суммы летних осадков в 150 мм, хотя их наибольшая встречаемость приурочена к летней сумме осадков около 200 мм. Диапазон изменения ГТК Селянинова для этой зоны составляет от 0,9 до 1,8. Для степей сравнение термических и влажностных условий на разных материках позволяет сделать вывод, что важнейшим фактором, лимитирующим распространение ландшафтов этого типа, является степень континентально-сти климата, которую можно оценить годовой суммой осадков и годовой амплитудой температуры воздуха. Модальным значением годовых сумм осадков для степей является интервал от 350 до 550 мм, годовая амплитуда температур — от 10 до 45°С.

Лимитирующим фактором распространения пустынных ландшафтов является сумма годовых осадков менее 250 мм, а полупустынных — не более 450 мм. ГТК Се-лянинова не превышает 0,45 для пустынных ландшафтов и 0,6 для полупустынь. Для опустыненных саванн годовая сумма осадков не превышает 600 мм, в то время как для типичных и влажных саванн с большой степенью вероятности можно утверждать, что годовая сумма осадков превосходит эту величину.

В большинстве случаев сумма осадков летнего (наиболее засушливого) сезона в жестколистных лесах не превышает 250 мм, в то время как годовая сумма осадков может достигать здесь величины 800 мм. Гемигилеи отличаются от других типов внетропи-ческих влажных лесов большой годовой амплитудой температур. По сравнению с ги-

леями в этом типе ландшафтов более низкие температуры самого холодного месяца (граничной изотермой между гемигилеями и переменно-влажными гилеями является изотерма +16°С). Наименьшие годовые амплитуды температур в лесных природных зонах характерны для переменно-влажных и постоянно-влажных гилей (соответственно, менее 10-7°С). Переменно-влажные гилеи чаще всего встречаются при годовых суммах осадков от 1000 до 1750 мм, а постоянно-влажные гилеи — в районах с годовой суммой осадков от 1150 до 3000 мм.

Представленные в табл. 3 данные не противоречат ранее опубликованным материалам [18], но в большинстве случаев обоснованные нами климатические ниши природных зон отличаются большим диапазоном климатических параметров, что, вероятно, обусловлено использованием более обширного массива метеорологических данных.

Выбранный нами набор климатических показателей позволяет определить лимитирующие факторы, обуславливающие границы природных зон, и климатические ниши и их граничные значения. Сопоставление отобранных климатических показателей и границ зональных типов ландшафтов (природных зон) создаёт основу для использования данных о древних полях температур и осадков для целей создания карт палеоланд-шафтных зон.

Литература

1. Григорьев А. А., Будыко М. И. О периодическом законе географической зональности // Доклады АН СССР. Т. 110, 1956, № 1. C. 129-132.

2. Мильков Ф. Н. Природные зоны СССР. М.: Мысль, 1977. 293 с.

3. Селянинов Г. Т. Принципы агроклиматического районирования СССР // Вопросы агроклиматического районирования СССР. М., 1958. C. 7-14.

4. Ричардс П. Тропический дождевой лес. М.: ИЛ, 1961. 448 с._

5. Meyers Neues Lexicon, Bd 17: Atlas, Karten. Leipzig: VEB Bibliographisches Institut, 1978. 455 p.

6. Исаченко А. Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. М.: Высшая школа, 1991. 366 с.

7. Горнунг М. Б. Постоянно влажные тропики. М.: Мысль, 1984. 316 с.

8. Цех В., Хинтермайер-Эрхард Г. Почвы мира. Атлас. М.: Академия, 2007. 120 с.

9. Природа и ресурсы Земли. Т. 1-2. М.; Вена, 1998. 190 с.

10. Карта растительности мира // Лесная энциклопедия. Т. 2 / Консультант карты В. Б. Соча-ва. М.: Советская энциклопедия, 1986. С. 65.

11. Физико-географический атлас мира. М.: ГУГК, 1964. 298 с.

12. Вальтер Г. Растительность земного шара. Т. 1-3. М.: Мысль, 1968-1972.

13. Букштынов А. Д., Грошев Б. И., Крылов Г. В. Природа мира: Леса. М.: Мысль, 1981. 316 с.

14. Растительный мир Земли. Т. 1-2 / под ред. Ф. Фукарека. М.: Мир, 1982.

15. Воронов А. Г. Биогеография с основами экологии. М.: Изд-во МГУ, 1987. 264 с.

16. Физическая география материков и океанов / под общей ред. А. М. Рябчикова. М.: Высшая школа, 1988. 592 с.

17. Географический энциклопедический словарь: понятия и термины / Гл. ред. А. Ф. Трёшников. М.: Советская энциклопедия, 1988. 432 с.

18. Исаченко А. Г., Шляпников А. А. Природа мира: Ландшафты. М.: Мысль, 1989. 504 с.

19. Петров К. М. Биогеография. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005. 294 с.

20. Пармузин Ю. П. Тундролесье СССР. М.: Мысль, 1979. 296 с.

21. Пузаченко Ю. Г., Скулкин B. C. Структура растительности лесной зоны СССР. М., Наука, 1981. 275 с.

22. Tuhkanen S. A circumboreal system of climatic-phytogeographical regions // Acta Botanica Fen-nica. 1984, N 127. 50 p.

23. Атлас Арктики / Предс. ред. комиссии А. Ф. Трёшников. М.: ГУГК, 1985. 204 с.

24. Canada: Natural vegetation, Forestry // Canadian Oxford World Atlas / Gen. Editor Q. H. Stanford. Don mills: Oxford University Press Canada, 2003. Р. 20.

25. Atlas de Cuba. La Habana: Instituto Cubano de Geodesia y Cartografia, 1978. 143 р.

26. Atlas del Ecuador. Paris: Les editions J.A., 1982. 80 р.

27. Университета Манитобы, Канада

28. Картографические материалы Бразильского института географии и статистики

29. Национальный музей Новой Зеландии

30. Обсерватория Гонконга. URL: http://www.hko.gov.hk/contente.htm

31. Национальный архив климатических данных Канады

32. Метеорологическое бюро Австралии. URL: http://www.bom.gov.au/index.shtml

Статья поступила в редакцию 22 марта 2011 г..