Динамика климата и изменение фенологических сезонов года заповедника «Столбы»

ДИНАМИКА КЛИМАТА И ИЗМЕНЕНИЕ ФЕНОЛОГИЧЕСКИХ СЕЗОНОВ ГОДА ЗАПОВЕДНИКА «СТОЛБЫ»

DYNAMICS OF CLIMATE AND CHANGE OF PHENOLOGICAL YEAR SEASONS IN THE RESERVE “STOLBY”

Н.В. Фокина, Н.А. Лигаева, Л.В. Бусыгина N.V. Fokina, N.A. Ligaeva, L.V. Busigina

Изменение климата, фенология, метеорологические процессы, сезонная динамика, календарь природы.

На фоне общего потепления климата на Земле за последний XX век важное значение имеют фенологические исследования. В статье приводится анализ многолетней динамики основных метеорологических показателей на территории заповедника «Столбы» за последние 75 лет. Отмечено влияние метеоусловий на фенологические явления. Проведен анализ и представлены в виде графиков показатели фенологических процессов на примере зимнего сезона.

Climate change, phenology, meteorological processes, seasonal dynamics, calendar of nature.

Against the background of global warming on the Earth for the last XX century phenological studies are becoming more important. The paper analyses the longterm dynamics of the main meteorological parameters on the territory of the reserve “Stolby” for the recent 75 years. The influence of meteorological conditions on phenological events is emphasized. The indicators of the phenological data based on winter seasons are analysed and presented in the form of graphs.

В последние десятилетия в масштабах всей планеты отмечается существенное изменение глобального климата с повышением приземной температуры воздуха. Многие авторы отмечают, что среднегодовая температура возросла на 0,6-0,7°С за период инструментальных наблюдений с 1850 до 2000 гг. Аналогичны результаты расчетов на глобальных климатических моделях, участвующих в программе сравнения сценариев глобального климатического потепления, осуществляемой межправительственной группой экспертов по изменению климата (1РСС), и в международной программе сравнения результатов модельных реконструкций палеоклимата.

Анализ среднегодовой и среднемноголетней температуры воздуха, по данным метеостанции заповедника «Столбы», отчетливо показывает тенденцию роста температуры, что свидетельствует о потеплении климата. В исследованиях рассматривались данные метеонаблюдений заповедника, включающие средние, максимальные и минимальные температуры, количество осадков и высоту снежного покрова, их изменение за последние 75 лет. Минималь-

ные значения среднегодовой температуры воздуха, по данным метеостанции «Столбы» за 75 лет, наблюдались в 1937 г. и соответствовали -2,7°С, а максимальные - в 1997 г. - до + 2,8° С. Самое большое потепление за данный период зафиксировано с 1993 по 2003 гг., когда среднегодовая температура изменилась от 0,3 до 0,9° С. Безморозный период составляет в среднем 145 дней и колеблется от 114 в 1970 г. до 183 в 1990 г. Наблюдается тенденция увеличения числа безморозных дней.

Выявлены особенности реакции фенологических явлений на метеорологический компонент в заповеднике «Столбы». Это проявляется в смещении сроков наступления фенофаз по сезонам года и особенно хорошо прослеживается в зимние и весенние периоды года. Между фенологическими и климатическими явлениями существует коррелятивная связь, динамика природных процессов очевидна и требует дальнейших исследований. Одним из наиболее важных источников данных об изменении природных условий является созданная в России уникальная сеть заповедников, где в рамках «Летописи природы» проводятся комплексные наблюдения за окру-

жающей средой. Одним из них является заповедник «Столбы». Вполне закономерно, что фенология в нашей стране получила и получает все более широкое развитие [Терентьева, 2008]. Однако исследований для Сибири пока немного, а для горной - тайги отсутствуют. Поэтому работа, выполняемая в заповеднике «Столбы» в условиях, типичных для среднего пояса гор Восточного Са-яна, является актуальной.

Многолетнее изучение сезонных явлений в заповеднике «Столбы» позволило Т.Н. Буториной и Е.А. Крутовской сформулировать теоретические основы фенологической периодизации года. Ими прослежена корреляционная связь между некоторыми параметрами температурного режима и узловыми моментами в сезонных явлениях. Выявлены ряды феноиндика-торов, на базе которых дана характеристика ритмов природы Средней Сибири [Буторина, 1972; 1979]. Важной стороной организации работ является тесное «увязывание» изучения фенологических явлений с метеорологическими. Это обеспечивается наличием в заповеднике «Столбы» метеостанции с 4-кратными суточными наблюдениями погоды.

В 2005 г. в заповеднике «Столбы» создана электронная база по метеорологическим данным за 75 лет наблюдений. Это позволяет проследить связь температурного режима и любого этапа развития сезонных явлений в природе за весь период. Анализ среднегодовой и среднемноголетней температуры воздуха за 75 лет наблюдений отчетливо показывает тенденцию роста температуры, что свидетельствует о потеплении климата, наиболее показательным является период с 1995 по 2005 г.

На рис. 1-3 показаны границы наступления каждого из фенопериодов, соответствующих зимнему сезону года. На графиках: ось Х - период с 1995 по 2005 г., ось Y - даты наступления фе-нопериода, прямая линия - среднегодовое значение наступления фенопериода.

Сравнивая начало каждого из феноперио-дов по годам со средним многолетним, мы можем отметить отклонения от среднего многолетнего наступления периодов по всему ряду годов (ф/а). Если наступление периода за какой-либо год превышает дату среднего многолетнего зна-

чения, ставим знак «+», а если меньше средней многолетней даты - знак «-».

Характеристика зимнего сезона

Этапы: Начальная зима; Глубокая зима; Предвесенье.

Фенологические границы - от залегания снега на зиму до начала постоянных оттепелей - перехода максимальных температур воздуха выше 0 градусов. Температурные границы от перехода максимальных температур воздуха ниже 0°С до перехода их выше этого предела.

Начальная зима

Первый этап холодно-снежного времени. Основной процесс - это формирование устойчивого снежного покрова. Фенологические границы - от образования устойчивого снежного покрова до ледостава на водоемах. Температурные границы - от перехода максимальных температур воздуха ниже 0°С до перехода их ниже 15°С.

Таблица 1

Отклонение наступления Начальной зимы от среднего многолетнего

Начало Среднее многолетнее Ф/а

1995-1996 27.10 29.10 -3

1996-1997 19.10 29.10 -10

1997-1998 21.10 29.10 -8

1998-1999 28.10 29.10 -1

1999-2000 23.10 29.10 -6

2000-2001 18.10 29.10 -11

2001-2002 29.10 29.10 0

2002-2003 14.10 29.10 -14

2003-2004 23.10 29.10 -6

2004-2005 20.10 29.10 -9

Рис. 1. Тренд дат наступления Начальной зимы

Глубокая зима

Основной, второй этап зимы. Основные процессы - интенсивное охлаждение воздуха и почвы, годовой минимум температур. Возрастание мощности устойчивого снежного и ледового покровов. Глубокий покой растений и впадающих в спячку животных. Фенологические границы - от ледостава на водоемах до начала радиационных оттепелей - притаев. Температурные границы - от устойчивого перехода максимальных температур воздуха ниже 15°С до начала радиационных оттепелей - притаев.

Таблица 2 Отклонение начала Глубокой зимы от среднего многолетнего

Начало Среднее многолетнее Ф/а

1995-1996 7.12 22.11 +15

1996-1997 8.11 22.11 -14

1997-1998 21.11 22.11 -1

1998-1999 25.11 22.11 +3

1999-2000 21.11 22.11 -1

2000-2001 9.11 22.11 -13

2001-2002 2.12 22.11 +11

2002-2003 12.11 22.11 -10

2003-2004 28.11 22.11 +6

2004-2005 12.12 22.11 +20

18.дек 13.дек 08.дек , ОЗ.дек 28.ноя

/

I /

\ А /

\ / \ /

18.ноя 13.ноя 08.ноя 03.ноя 19 \  у \ / \ /

\ / \ / V

у V

95 1997 1999 2001 2003 2005

Рис. 2. Тренд дат наступления Глубокой зимы

Предвесенье

Последний, третий этап зимы, переходный к весне. Основные процессы - резкое возрастание радиации, радиационные оттепели (притаи) и вызванное ими весеннее оживление птиц как сигнал близости весны. Фенологические границы - от первого притая до начала оттепелей. Температурные границы - в ходе температур предвесенье не выражено.

Таблица 3

Отклонение начала Предвесенья от среднего многолетнего

Начало Среднее многолетнее Ф/а

1995-1996 3.02 13.02 -10

1996-1997 18.02 13.02 +5

1997-1998 23.01 13.02 -21

1998-1999 5.02 13.02 -8

1999-2000 4.02 13.02 -9

2000-2001 17.02 13.02 +4

2001-2002 16.02 13.02 +3

2002-2003 14.02 13.02 +1

2003-2004 12.02 13.02 -1

2004-2005 19.02 13.02 +6

23.фев

20.фев 17.фев 14.фев 11 фев 08.фев 05.фев 02.фев ЗО.янв 27.ЯНВ

24.янв

21.янв

1995 1997 1999 2001 2003 2005

Рис. 3. Тренд дат наступления Предвесенья

Аналогично проведены исследования весеннего, летнего и осеннего периодов. Анализируя данные наступления каждого из фенопериодов по годам и сравнивая их со средним многолетним значением, можно сделать следующие выводы.

1. Зима. Наступление «начальной зимы» в течение десятилетия по сравнению со средним многолетним показателем наблюдается раньше. Наибольшие отклонения составляют годы: 1996 г. (-10 дней), 2000 г. (-11 дней), 2002 г. (-14 дней). В наступлении «глубокой зимы» четкой корреляции не наблюдается. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1995 г. (+15 дней), 2001 г. (+11 дней), 2004 г. (+20 дней); раньше среднего срока - 1996 г. (-14 дней), 2000 г. (-13 дней), 2002 г. (-10 дней). В начале периода отмечается более раннее наступление «предвесенья», а с 2000 года - позднее или соответствующее среднему многолетнему показателю. Наибольшие отклонения со-

ставляют годы: позже среднего срока - 2004 г. (+6 дней); раньше среднего срока - 1995 г.(-10 дней), 1997 г. (-21 день), 1998 г. (-8 дней), 1999 г. (-9 дней).

2. Весна. Наступление «снежной весны» (1995-2005) более раннее по сравнению со средним многолетним показателем, кроме 1996 г. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1996 г. (+23); раньше среднего срока - 1998 г. (-19), 2000 г. (-20), 2002 г. (-17),

2004 г. (-13), 2005 г.(-16). В наступлении «пестрой весны» четкой корреляции не выявлено. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1996 г. (+17), 1999 г.(+9), 2005 г. (+11); раньше среднего срока - 1997 г. (-10), 2000 г. (-8). С 1998 г. наблюдается более позднее наступление «голой весны». Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1996 г. (+14), 1998 г. (+7), 1999 г. (+11), 2002 г. (+7), 2003 г. (+14), 2004 г. (+16); раньше среднего срока - 1995 г. (-9), 1997 г. (-11). За исключением 1997 г., наступление «зеленой весны» отмечалось с небольшим запозданием на несколько дней. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1996 г. (+8), 2004 г. (+8); раньше среднего срока - 1997 г. (-23). За исключением 1996 и 1998 гг., наступление «предлетья» наблюдается раньше среднего многолетнего показателя. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1996 и 1998 гг. (+4); раньше среднего срока - 1997 г.(-24), 1999 г. (-13), 2001 г.(-8).

3. Лето. За исключением 1995,1996 и 1998 гг., наступление лета наблюдается раньше среднего многолетнего показателя. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока -1995 г. (+6), 1998 г. (+5); раньше среднего срока - 2001 г. (-15), 2002 г. (-9), 2004 г. (-8).

4. Осень. В наступлении «золотой осени» до 1999 г. четкой корреляции не выявлено. Но после 1999 г., по всему ряду годов, наступление её более раннее. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1995 и 1996 гг. ( +5), 1999 г. (+6); раньше среднего срока - 1997 г. (-11), 2001 г.(-7), 2004 и 2005 гг.(-7). За исключением 1997 и 2003 гг., наступление «глубокой осени» наблюдается позже среднего срока. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего

срока - 1998 г. (+6), 2001 г. (+8), 2002 г. (+6); раньше среднего срока - 1997 г. (-4), 2003 г. (-3). В наступлении «послеосенья» четкой корреляции не выявлено. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока - 1995 и 1996 гг. (+6); раньше среднего срока - 2000 г. (-11),

2005 г. (-13).

5. Анализ продолжительности сезонов года. Продолжительность зимнего сезона в целом, за исключением 1995 и 2005 гг., сократилась на 10-14 дней. Продолжительность весеннего сезона за период с 1995 по 2005 г. была в основном выше или приблизительно соответствовала среднему многолетнему показателю. В целом, продолжительность летнего сезона увеличилась. Лишь в 1996 и 2005 гг. продолжительность лета была заметно ниже среднегодовой. Продолжительность осеннего сезона по всем годам была в основном ниже среднегодовой продолжительности. Исключение составляют 1997 г. (+23 дня), 2001 г. (+5 дней) и 2005 г. (+6 дней). Проанализировав все данные, можно сделать вывод о том, что за последнее десятилетие действительно наблюдается потепление климата. Об этом свидетельствуют сокращение продолжительности зимнего сезона, более раннее наступление весны. Также увеличивается продолжительность лета. Фенологические сроки его наступления более ранние.

Используя базу данных, годовые фенологические наблюдения и календарь развития растений, можно проследить развитие всех сезонных процессов за указанный выше период. Анализ таких материалов раскрывает пути к долгосрочному прогнозированию состояния природных комплексов.

Библиографический список

1. Буторина Т.Н. Биоклиматическое районирование Красноярского края. Новосибирск: Наука, 1979.

2. Буторина Т.Н., Крутовская Е.А. Сезонные ритмы природы Средней Сибири. М.: Наука, 1972.

3. Терентьева Е.Ю. Учебно-методический комплекс дисциплины «Методы феномонито-ринга». Екатеринбург, 2008.