Оценка биоклиматического потенциала территории Удмуртской республики

УДК 551.586

И.Л. Малькова, М.А. Саранча, А.А. Белова

ОЦЕНКА БИОКЛИМАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ТЕРРИТОРИИ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Рассмотрены результаты интегральной и частных оценок комфортности климатических условий на территории Удмуртии для целей проживания человека. При этом использовались как общепринятые методики расчета биоклиматических показателей (эквивалентно-эффективные температуры, индекс суровости погоды), так и откорректированные методики комплексной оценки комфортности климата. Интегральная оценка биоклиматического потенциала территории была проведена по трехбалльной шкале на основе 17 биоклиматических и метеорологических показателей с учетом коэффициентов их значимости. Анализ метеоданных по восьми метеорологическим станциям позволил оценить биоклиматический потенциал Удмуртии в территориальном разрезе. Малокомфортные условия характерны для ландшафтов Вятско-Камской южнотаежной подпровинции. Центральная и южная часть республики характеризуется умеренно комфортными и комфортными биоклиматическими условиями. Динамика изменений рассматриваемых показателей за последние 40 лет свидетельствует об улучшении комфортности биоклимата и возрастании климато-рекреационного потенциала республики.

Ключевые слова: биоклиматический потенциал, климат, комфортность, методика, оценка, Удмуртская Республика, эквивалентно-эффективные температуры, индекс суровости погоды.

Биоклиматическая оценка - определение положительных и отрицательных воздействий различных климатических факторов и их комплексов на организм - является существенной составной частью комплексной характеристики природно-экологического потенциала территории. Медико-географическая оценка климатических условий, отражающая степень комфортности среды обитания человека, необходима для целей рационального использования ландшафтно-климатических условий в здравоохранении и для рекреации. Для единой системы оценки биоклиматического потенциала территории так же, как и при оценке ландшафтно-рекреационных условий, применяется системный метод оценки, разработанный в комплексной географии. Оценка производится как пофакторно, так и интегрально - по уровню медико-климатического воздействия климата на организм человека. При интегральной оценке комфортности климата учесть весь комплекс метеопараметров в силу их множества невозможно. Поэтому важно выделить наиболее значимые из них и учесть их «вес», то есть выявить главные, определяющие и второстепенные.

При разработке методики оценки климатической комфортности территории Удмуртии был проанализирован ряд подходов, разработанных для других регионов России [1-3]. Общий показатель комфортности климата территории Удмуртии был рассчитан по формуле:

где Кг- - общая оценка климатической комфортности /-го объекта, Су - оценка в баллах /-го объекта по у-му критериальному показателю, Qj - коэффициент значимости у-го критериального показателя, у = 1, ..., п; п - число критериальных показателей оценки.

Для оценки климатической комфортности на основании 17 биоклиматических и метеорологических показателей была разработана трехбалльная шкала: III - комфортно, II - умеренно комфортно, I - мало комфортно (табл. 1). Для каждого из рассматриваемых показателей учитывались коэффициенты значимости. Коэффициент значимости отражает вклад каждого из рассматриваемых факторов в общий показатель комфортности климата. Он определен в соответствии с уже используемыми градациями как для территории России в целом, так и для отдельных регионов [1-3]: от наименее значимых показателей (2 балла) до самых существенных (5 баллов). Применение данной методики позволило соотнести показатели, измеряемые в разных единицах, и определить внутрирегиональную значимость каждого фактора.

K

Оценка биоклиматического потенциала территории Удмуртской Республики 143

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2014. Вып. 2

Таблица 1

Шкала определения степени комфортности климата Удмуртии по оценочным показателям

Значимость Показатели климатической Диапазон данных

комфортности Теплый период

4 Повторяемость резких изменений температуры июня (на 5 °С и > в сутки), % 8 8,5 9

Продолжительность периода

3 со среднесуточной температурой > +15 °С, дни 75 70 65

2 Амплитуда суточного хода температуры июня, °С 10,4 10,9 11,4

3 ЭЭТ* июня, °С 9,5 9 8,5

12,1-18 6,1—12 прохладно 0,1 — 6

5 ЭЭТ* в теплый период (май-сентябрь) умеренно умеренно

тепло прохладно

Холодный период

5 Жесткость погоды января балл 2,2 2,3 2,4

4 Повторяемость резких изменений температуры января (на 5 °С и > в сутки), % 30 32 34

3 Повторяемость морозов (-30 °С и ниже), % 3,5 4,5 5,5

2 Отопительный период, дни 215 220 225

2 Средняя температура отопительного периода, °С -5,2 -5,4 -5,6

3 ЭЭТ* января, °С -30 -30,5 -31

-12,1—(-18) -18,1—(-24) <-24

5 ЭЭТ* в холодный период (ноябрь-март) холодно очень холодно угроза обморожения

2 Амплитуда суточного хода температуры 6,6 7,0 7,4

января, °С

Год

4 Количество дней с относительной влажностью > 80 % 45 50 55

4 Количество дней с сильным ветром > 6 м/с, дни 60 70 90

2 Климатический потенциал самоочищения атмосферы, балл 0,25 0,3 0,35

4 ЭЭТ* год, °С -6 -7 -8

Уровень комфортности, балл III II I

Примечание. * Эквивалентно-эффективная температура воздуха.

Из рассматриваемых биоклиматических и метеорологических показателей Удмуртии наиболее значимыми (с коэффициентом 4-5) являются такие, как повторяемость резких изменений температуры, количество дней с высокой влажностью воздуха, количество дней с сильным ветром, эквивалентно-эффективные температуры воздуха и жесткость погоды января (табл. 2). Эти факторы в наибольшей степени повлияли на общую картину комфортности климата.

Значимость Можга Сарапул Ижевск Воткинск Селты Игра Дебесы Глазов Метеостанция

о V о о о 00 00 00 Чл 00 Чл значение Повторение резких изменений 1 июня (на 5 °С и > в сутки), %

ьн ьн ьн ьн ьн И И И балл

с*> К» 00 (Л (Л (Л значение Продолжительность периода

И И И и - - - - балл со среднесуточной температурой > +15 °С, дни

к» V о V о о V О Ч*> о Ч*> Чл Ч*> значение Амплитуда суточного хода

- И И И И И И И балл температуры июня, °С

с*> о о "(Л о Ч*> о о 00 Чо 00 Чо 00 значение ЭЭТ июня, °С

И И И И И И - - балл

00 о\ о\ о\ (Л значение

•л к» к» 00 к» 4^ 4^ ЭЭТ в теплый период (май-

И И И И И И И - балл сентябрь)

ю ю ю ю ю ю м ю

•л к» и> и> и> значение Жесткость погоды января (8), балл

И И - И - И И - балл

4- 28,8 30,4 32,3 30,8 29,5 29,4 34,8 34,7 значение Повторяемость резких изменений температуры января (на 5 °С и > в сутки), %

И И - И - И - - балл

Ы и) к> и) 4^ О и) и) Ъо (Л Чо о\ Чл значение Повторяемость морозов

И И И И И И - - балл (-30 °С и ниже),%

К» к» к» к» к» к» 00 к» к» к» к» (Л к» к» значение Отопительный период, дни

И - И И И - - - балл

к» 1 (Л  (Л "(Л  (Л о\  (Л Чл  (Л V  (Л Ч*> 1 (Л Ъо 1 (Л значение Средняя температура

И И - И И И - - балл отопительного периода, °С

-26,7 -28,9 -31,0 -30,2 -31,4 -30,1 -30,4 -31,7 значение ЭЭТ января, °С

И И - И - И И - балл

•л -21,7 -23,1 -25,2 -24,3 -25,3 -26,1 -25,0 -26,0 значение ЭЭТ в холодный период

И И - - - - - - балл

о\ <1 о\ о\ Ъо о\ о\ о\ о\ V Ъо значение Амплитуда суточного хода температуры января, °С

К) И И И И И И - - балл

4- 51,1 43,8 51,1 54,8 51,1 51,1 58,4 47,5 значение Число дней с относительной влажностью > 80 %

И И И - И И - И балл

4- о 54,4 64,2 62,8 96,4 98,9 99,3 89,4 значение Число дней с сильным ветром > 6 м/с, дни

И И И И - - - - балл

ю о V 0,43 0,32 0,40 0,26 0,29 0,25 0,27 значение Климатический потенциал самоочищения, балл

ьч ЬН И ЬЧ И И И И балл

4-  (Л О 1 <1 "(Л 1 00 Чл 1  00 о  Чл  00 о\  00 значение ЭЭТ год, °С

- И И - И И И И балл

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

При оценке комфортности погоды используется система условных показателей, которые характеризуют комплексное воздействие метеорологических элементов на теплоощущения человека. Комплексный показатель, характеризующий воздействие скорости ветра, температуры и влажности воздуха называется эквивалентно-эффективной температурой (ЭЭТ). ЭЭТ представляет собой сочетание метеорологических показателей, по тепловому эффекту равное неподвижному воздуху при 100 % относительной влажности и определенной температуре. Изменения ряда физиологических функций в организме человека идут параллельно с ЭЭТ. Зона комфорта для многих людей лежит в пределах от +16,7 °С до +20,7 °С. Расчеты ЭЭТ производятся по формуле А. Миссенарда:

ЕТ = 37--37—*----0,29*|1 - ^ '

0,68 - 0,0014/ +-1-— ^ 100^

1,76 + 1,4у075

где/- относительная влажность воздуха (%), * - температура воздуха (°С), V - скорость ветра, м/с.

Расчеты таких биоклиматических показателей, как эквивалентно-эффективная температура и индекс суровости погоды по 8 метеостанциям Удмуртии за период с 1966 г. по 2004 г. были проведены Ю.П. Переведенцевым и М.В. Исаевой [4]. Результаты расчетов показали, что ЭЭТ имеет хорошо выраженный годовой ход (табл. 2): в январе наблюдаются наименьшие значения в пределах от -31,7 °С (Глазов) до -26,7 °С (Можга), а в июле наибольшие - от +13,5 °С (Сарапул) до +11,9 °С (Глазов). В холодный период разброс значений ЭЭТ заметно больше, чем в теплый. Ветровой режим республики существенно снижает уровень комфортности погодных условий, особенно зимой (рис. 1).

Рис. 1. Среднемесячные значения эффективных (сочетание температуры и относительной влажности) и эквивалентно-эффективных (с учетом скорости ветра) температур Удмуртии

Территориальное распределение ЭЭТ показывает, что теплоощущения человека «комфортно тепло» по классификации С.С. Андреева [5] в многолетнем осреднении на территории Удмуртии возможны только в июле (ЭЭТ от +18,1 °С до +24 °С). Исключением является г. Глазов, где даже в это время «умеренно тепло» (ЭЭТ от +12 °С до +18,1 °С). Среднегодовые значения ЭЭТ в Удмуртии (рис. 2) соответствуют теплоощущению «умеренно холодно» (от -6,1 °С до -12 °С), за исключением юго-западной части (метеостанция г. Можги), где ЭЭТ несколько выше и соответствует теплоощу-щению «очень прохладно»(от 0 °С до -6 °С).

В теплый период почти на всей территории Удмуртии ЭЭТ расцениваются как «прохладные»,

на крайнем севере - «умеренно прохладные» (менее 6 °С) (рис. 3). Наибольшая повторяемость значений ЭЭТ в зоне комфорта приходится на июль (45-50 %). В июне и августе повторяемость условий «комфортно» снижается до 20-30 % за месяц и увеличивается повторяемость условий «прохладно» (по 45-50 %). Летом возможны теплоощущения «жарко» (до 8-14 % в июле).

Зимние условия (рис. 4) в центральной и северной части Удмуртии создают «угрозу обморожения». Только в пределах южной трети территории республики ЭЭТ выше -24 °С, что расценивается как «очень холодно». ЭЭТ января колеблются в пределах от -26,7 °С в Можге до -31,7 °С в Глазове.

Рис. 2. Среднегодовые значения эквивалентно-эффективной температуры Удмуртии

Рис. 3. Эквивалентно-эффективная температура Удмуртии в теплый период

Для биоклиматической оценки холодного периода также существуют методы оценки суровости (или жесткости) погоды. Она в основном определяется низкой температурой воздуха и скоростью ветра, которые наиболее существенно влияют на охлаждение незащищенных частей тела и на органы дыхания. Для этих целей наиболее часто используют метод С. Бодмана [5], который позволяет определять в баллах степень суровости погоды по формуле

£ = (1 - 0,041) (1 + 0,272 V),

где £ - индекс суровости (баллы), * - средняя месячная температура воздуха в январе, °С, V - скорость ветра, м/с.

Согласно шкале Бодмана при S менее 1 - зима несуровая, мягкая, 1-2 - зима малосуровая, 2-3 - умеренно суровая, 3-4 - суровая, 5-6 - жестко суровая, 6 - крайне суровая.

На территории Удмуртии многолетние значения индекса суровости погоды в январе меняются в пределах от 2,1 (Можга) до 2,4 (Глазов, Селты, Ижевск) (рис. 5). Холодное полугодие отличается преобладанием малосуровых погод в начале и конце периода (40-60 % за месяц). В октябре бывают мягкие погоды (10-20 %). За счет низких температур в каждом типично зимнем месяце максимум повторяемости сдвигается в сторону умеренно суровых погод (50-60 %) и могут наблюдаться суровые погоды (до 20-30 % в январе) (рис. 6).

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Рис. 4. Эквивалентно-эффективная температура Рис. 5. Индекс суровости погоды холодного Удмуртии в холодный период периода Удмуртии

Рис. 6. Среднемесячные показатели индекса суровости погоды холодного периода Удмуртии [4]

При общей оценке комфортности метеоусловий, кроме ЭЭТ и индекса суровости погоды, существенным биоклиматическим показателем является повторяемость изменений температуры на 5 °С и более в сутки. Такие резкие перепады температуры в январе фиксируются в 28,8-34,8 % случаев. При этом наиболее характерны они для северной части Удмуртии (Глазов, Дебесы). В июне этот показатель значительно ниже (7,7-9,4 %), с наибольшей повторяемостью в южной части (Можга, Сарапул).

В целом повторяемость контрастных смен погоды на территории республики составляет от 11 до 15 дней за месяц зимой и в переходные периоды, что свидетельствует об изменчивом режиме погоды. Летом режим погоды более устойчивый - повторяемость контрастных смен колеблется от

7 до 10 дней за месяц.

При интегральной биоклиматической оценке наименее существенными метеорологическими показателями со значимостью в 2 балла оказались такие как амплитуды суточного хода температуры июня и января, продолжительность и средняя температура отопительного периода.

Некоторые изменения в картину пространственного распределения климатической комфортности территории вносит климатический потенциал самоочищения атмосферы, который вычисляется по формуле, предложенной Т.С. Селегей [6]:

Км= (Рш+ Рт)/(Ро+ Ре),

где Км - климатический потенциал самоочищения атмосферы; Рш- число дней со штилем; Рт - число дней с туманами; Ро - количество дней с осадками > 0,5 мм; Рв - число дней с сильным ветром > 6 м/с.

Чем больше по абсолютной величине Км, тем хуже условия для рассеивания примесей в атмосфере. Если Км < 1, то повторяемость процессов, способствующих самоочищению атмосферы, преобладает над повторяемостью процессов, способствующих накоплению вредных примесей в ней. Для территорий с низким потенциалом благоприятности по температурным показателям зачастую регистрируются высокие значения Км, что несколько улучшает условия для жизни и отдыха населения в случае значительных антропогенных нагрузок.

Вся территория Удмуртии характеризуется высоким потенциалом самоочищения атмосферного воздуха, от 0,25 до 0,44 (рис. 7). При этом в южной части республики чаще создаются условия для накопления примесей в приземном слое. Обусловлено это, прежде всего, значительно меньшим числом дней с сильным ветром > 6 м/с. В южных районах этот показатель колеблется от 54,4 до 70,1 дней, тогда как в северной половине республики - от 89,4 до 99,3 дней.

Таким образом, интегральная оценка комфортности климатических условий на территории Удмуртии была выполнена на основе 17 климатических и метеорологических показателей по данным

8 метеостанций (табл. 2) за 38-летний период (1966-2004гг.). Такой временной интервал позволяет выявить современные тенденции пространственной динамики показателей комфортности климата.

Территориальный анализ полученных значений (рис. 8) показал, что комфортные климатические условия (более 2,2 балла) характерны в основном для южной части республики (южнее условной линии Сюмси - Ува - Завьялово - Воткинск). Территориально эта зона совпадает с Привятским, Можгинским, Ижским, Сарапульским и Камским физико-географическими районами Прикамской подтаежной провинции. Наиболее высокий балл климатической комфортности (2,5) из рассматриваемых метеостанций фиксируется в Сарапуле. Здесь отмечается рекордная для Удмуртии продолжительность периода со среднесуточной температурой более +15 °С и, соответственно, самые высокие значения ЭЭТ теплого периода, наименьшая повторяемость морозов и минимальное число дней с высокой относительной влажностью воздуха и сильными ветрами.

Центральные районы (в физико-географическом отношении это северная часть Прикамской подтаежной провинции, включая Кильмезский, Южно-Тыловайский и Центрально-Удмуртский физико-географические районы, за исключением Увинского ландшафта) характеризуются умеренно комфортными климатическими условиями (от 2,0 до 2,2 баллов).

Малокомфортные условия (до 2,0 баллов) преобладают в северных районах Удмуртии, в пределах Вятско-Камской южнотаежной подпровинции. Наиболее низкую оценку биоклиматических условий (менее 1,6) имеют Зачепецкий и Чепецкий физико-географические районы. Самый низкий балл климатической комфортности (1,4) отмечен в Дебесах. Этот район считается своеобразным «полюсом холода» Удмуртии: сочетание низких температур со значительными суточными амплитудами, высокая относительная влажность воздуха и частая повторяемость ветров со скоростью более 6 м/с. Это значительно снижает биоклиматический потенциал территории, но при этом способствует более интенсивному самоочищению атмосферного воздуха.

В качестве ресурса и условий для туристско-рекреационной деятельности климат в республике в общей картине играет одну из ведущих ролей - в специализации, в ориентированности населения на теплолюбивые виды рекреации, в закономерном преобладании числа выезжающих туристов над числом въезжающих и соответствующем финансовом балансе. В то же время географическая дифференциация климата внутри республики мало существенна в рассматриваемом контексте и на геогра-

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

фию туристско-рекреационной деятельности в регионе практически не влияет, уступая место более значимым факторам, прежде всего, географическому положению относительно потребителя турист-ско-рекреационных услуг и близости к наиболее аттрактивным объектам.

ВЭКамбарка

км 30 0 30 60 км

Рис. 7. Климатический потенциал самоочищения атмосферного воздуха Удмуртии

км 30 0 30 60 км

Рис. 8. Интегральная оценка комфортности климатических условий территории Удмуртии

В целом оценка тенденций изменения биоклиматических показателей за период 1966-2004 гг.

свидетельствует об их улучшении, особенно в зимний период, о смягчении суровости климата республики. По климатическим условиям Удмуртия относится к категории относительно благоприятных

территорий, в том числе и для санаторно-курортного освоения и размещения зон отдыха.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Архипова И.В. Медико-географическая оценка климатической комфортности территории Алтайского края: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Барнаул, 2006. 22 с.

2. Русанов В.И. Биоклимат Западно-Сибирской равнины. Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2004. 208 с.

3. Добрынина И.В., Акимов Л.М., Куролап С.А. Медико-географическая оценка климатической комфортности территории Воронежской области // Вестн. ВГУ. Сер. География. Геоэкология. 2013. № 1. С. 120-128.

4. Переведенцев Ю.П., Исаева М.В. Показатели биоклимата // География Удмуртии: природные условия и ресурсы / под ред И.И. Рысина. Ижевск: Удмуртский университет, 2009. Ч. 1. 256 с.

5. Андреев С.С. Экология человека. Ростов н/Д: Издатель Турова Е.А., 2007. 248 с.

6. Селегей Т.С., Юрченко И.П. Потенциал рассеивающей способности атмосферы // География и природные ресурсы. 1990. № 2. С. 132-138.

Поступила в редакцию 18.02.14

I.L. Malkova, M.A. Sarancha, A.A. Belova

ESTIMATION OF BIOCLIMATIC POTENTIAL OF TERRITORY OF THE UDMURT REPUBLIC

The present paper covers the results of private and integrated comfort estimations with respect to climatic conditions for human life in the territory of the Udmurt republic. In the estimation there were used both the standard techniques of bioclimatic indicators (equivalent-effective temperatures, an index of severity of weather) and the modified techniques of the complex comfort estimation of climate. The integrated estimation of bioclimatic capacity of the territory was carried out according to the offered three-ball scale on the basis of 17 bioclimatic and meteorological indicators by taking into account the factors of their importance. The analysis of the meteorological data at eight meteorological stations has permitted estimating the bioclimatic potential of the Udmurt republic in a territorial aspect. The most comfortable climatic conditions for accommodation of the population are in the southern part of the republic. Dynamics of changes of bioclimatic indicators is indicative of improvement of the climate comfort and the increase of the climatic- recreational potential of the republic.

Keywords: Bioclimatic potential, climate, comfort, technique, estimation, the Udmurt Republic, equivalent-effective temperatures, index of severity of weather.

Саранча Михаил Александрович,

доктор географических наук, доцент, зав. кафедрой

экологии и природопользования

E-mail: sma77@rambler.ru

Малькова Ирина Леонидовна, кандидат географических наук, доцент кафедры экологии и природопользования E-mail: mi.izhevsk@mail.ru

Белова Анастасия Александровна,

студентка кафедры экологии и природопользования

ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1

Sarancha M.A.,

Doctor of Geography, Associate Professor,

head of Department of ecology and nature management

E-mail: sma77@rambler.ru

Malkova I.L.,

Candidate of Geography, Associate Professor of Department of ecology and nature management E-mail: mi.izhevsk@mail.ru

Belova A.A., student

of Department of ecology and nature management Udmurt State University.

Universitetskaya st., 1/4, Izhevsk, Russia, 462034