Биоклиматическая комфортность территории проживания финно-угорских народов (на примере Приволжского федерального округа)

БИОКЛИМАТИЧЕСКАЯ КОМФОРТНОСТЬ ТЕРРИТОРИИ ПРОЖИВАНИЯ ФИННО-УГОРСКИХ НАРОДОВ

П. И. МЕРКУЛОВ,

кандидат географических наук, заведующий кафедрой физической географии ФГБОУВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

С. В. МЕРКУЛОВА,

кандидат географических наук, профессор кафедры экологии и природопользования ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

С. В. СЕРГЕЙЧЕВА,

аспирант кафедры экологии и природопользования ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

В настоящее время взаимодействие человека и погодных условий все еще недостаточно изучено и является одним из наиболее активно разрабатываемых направлений биоклиматологии, которому посвящено множество работ в области физической географии, экологии, климатологии, биометеорологии, экологической климатологии, медицинской географии.

Биоклимат территории - важный природный ресурс, от состояния которого зависят комфортность ощущений и самочувствие человека, работоспособность, производительность труда и здоровье организма в целом. Исследуя влияние изменений метеорологических условий на адаптационные механизмы, можно решить проблему сохранения здоровья человека в условиях ухудшения среды обитания [1].

Особую важность приобретают исследования, в задачу которых входят биоклиматическая оценка и территориальная дифференциация биоклиматических условий на региональном уровне. Биоклиматическая оценка - определение положительных и отрицательных воздействий различных климатических факторов и их комплексов на организм - выявляет

медико-климатический потенциал территории для рационального использования ландшафтно-климатических условий в здравоохранении и рекреации [2; 5; 8; 9].

Климатические условия часто предопределяют хозяйственное многообразие человеческой деятельности, отраслевую специализацию регионов, темпы экономического и социального развития.

Актуальность данной работы вызвана необходимостью оценки комфортности климатических условий для проживания населения и ведения хозяйственной деятельности в регионах Приволжского федерального округа, где доля финно-угорского населения составляет 5,3 %. В титульных республиках она колеблется от 28,0 (Удмуртия) до 43,9 % (Марий Эл). Для Мордовии характерен показатель 40,0 %.

Численность населения федерального округа (ФО) в 2013 г. составила около 30 млн чел., или почти 21,0 % населения России. По этому показателю округ занимает второе место после Центрального ФО. С 2002 г. число жителей Приволжского ФО уменьшилось на 1,2 млн чел., или на 4,0 % (население РФ -на 1,6 %). Население сократилось во всех регионах округа, за исключением Рес-

© Меркулов П. И., Меркулова С. В., Сергейчева С. В., 2014

публики Татарстан, где отмечен его рост на 0,2 % за счет превышения миграционного прироста над естественной убылью. Наибольшее сокращение населения произошло в Кировской обл. (на 12,2 %),

Республике Мордовия (7,9 %) и Оренбургской обл. (7,5 %); наименьшее - в Самарской обл. (на 0,8 %) [13] (рис. 1). В результате в субъектах округа плотность населения уменьшилась (табл. 1).

Условные обозначения

/V

о _столицы субъектов ПФО граница России граница Приволжского ФО границы субъектов ПФО

реки

Столбчатые диагиаммы:

Численность населения Приволжского ФО; тыс чел :

2002 г

2010 г Л

Фон картограммы:

Изменение численности населения регионов Приволжского ФО в 2010 г, % к 2002 г.

85-95 95-100

Р и с. 1. Изменение численности населения в регионах Приволжского ФО в 2002-2010 гг.

Таблица 1

Динамика плотности населения регионов Приволжского ФО в 2002-2010 гг., чел./км2

Регион Плотность населения Изменение плотности

2002 г. 2010 г.

Приволжский ФО 29,8 28,8 -1,0

Республика Башкортостан 28,6 28,3 -0,3

Республика Марий Эл 31,4 30,0 -1,4

Республика Мордовия 33,9 31,8 -2,1

Республика Татарстан 55,6 55,7 +0,1

Удмуртская Республика 37,3 36,2 -1,1

Чувашская Республика 71,8 68,4 -3,4

Пермский край 17,6 16,4 -1,2

Кировская обл. 12,4 11,1 -1,3

Нижегородская обл. 47,1 43,0 -4,1

Оренбургская обл. 17,6 16,4 -1,2

Пензенская обл. 33,6 32,1 -1,5

Самарская обл. 60,4 57,9 -2,5

Саратовская обл. 26,6 25,2 -1,4

Ульяновская обл. 37,0 34,6 -2,4

Для размещения населения по субъектам Приволжского ФО характерно большое разнообразие: наименьшая плотность отмечается в Оренбургской обл. (16,4 чел./ км2), наибольшая - в Чувашской Республике (68,4 чел./ км2) [10].

Климатические условия и плотность населения наибольшее значение имеют для развития сельского хозяйства, рекреации, организации городского коммунального хозяйства и пр. Стоимость отопления, водоснабжения, канализации, освещения жилищ, их строительства находится в зависимости от климатических условий.

Изучив влияние изменений метеорологических условий на адаптационные механизмы, можно решить проблему сохранения здоровья человека на фоне ухудшения среды обитания, а следовательно, увеличить продолжительность жизни.

Для характеристики погодных условий с медико-метеорологической точки зрения используются различные биометеорологические индексы (параметры), полученные исследователями разных стран. Разнообразие этих индексов свидетельствует о сложности их разработки [12].

В настоящее время известны и применяются для расчетов около 30 биометеорологических показателей (индексов). Биоклиматические показатели и ресурсы разработаны применительно к человеку и характеризуют связь климата с его тепловым состоянием, здоровьем, особенностями рекреации и санитарно-гигиенической оценкой в естественных условиях [14].

Для оценки теплового состояния человека предложен ряд биоклиматических показателей, которые позволяют определить уровень его тепловой или холодовой нагрузки в летнее и зимнее время года [11]. В результате анализа многочисленных публикаций, тщательного их изучения и сопоставления нами для определения биоклиматической комфортности Приволжского ФО были отобраны следующие показатели:

• эффективная температура неподвижного воздуха (ЭТ):

ЭТ = t - 0,4^ - 10)(1 - у/100),

где t - температура воздуха, 0С; /- относительная влажность воздуха, %;

• эквивалентно-эффективная температура (ЭЭТ) - показатель тепловой чувствительности с учетом влияния ветра:

— 0,29 (1 -—), 100

ЭЭТ = 37—

37 -1

0,68-0,0014/+

1

1,76 +1,4у0'

где t - температура воздуха, 0С; /- относительная влажность воздуха, %; V - скорость ветра, м/с;

• индекс суровости по Бодману (5):

5 = (1 - 0,04<)(1 + 0,27^,

где 5 - индекс суровости (баллы); t - температура воздуха, 0С; V - скорость ветра, м/с;

• приведенная температура по Адаменко и Хайруллину и ):

^ 4 прив'

t = t - 8,2^У,

прив в 7 7

где - приведенная температура, 0С; tв - фактическая температура воздуха, 0С ; V - скорость ветра, м/с;

• индекс ветрового охлаждения по Хиллу

(Н):

Н = На + (0,085 + 0,102v0,3)(61,1 - е)075,

где Нл = (0,13 + 0^05)(36,6 - t); V - скорость ветра, м/с; t - температура воздуха, 0С; е - упругость водяного пара, гПа;

• радиационно-эквивалентно-эффектив-ная температура (РЭЭТ):

РЭЭТ = 125^[1 + 0,02Т + 0,001(Т - 8) х х /- 60) - 0,45(33 - Т)*№ + 1855],

где Т - температура воздуха, 0С; /- относительная влажность воздуха, %; V - скорость ветра, м/с; В - поглощенная поверхностью тела солнечная радиация, кВт/м2.

В соответствии с рекомендациями Е. Г. Головиной [10] РЭЭТ может быть рассчитана по формулам:

РЭЭТ = НЭЭТ + 6,2 0С или РЭЭТ = 0,83ЭЭТ + 12 0С, где НЭЭТ - нормальная эквивалентно-эффективная температура; ЭЭТ - эквивалентно-эффективная температура по Миссенарду;

• нормальная эквивалентно-эффективная температура (НЭЭТ) - показатель тепловой чувствительности с учетом влияния ветра для одетого человека:

НЭЭТ = 0,8ЭЭТ + 7 0С, где ЭЭТ - эквивалентно-эффективная температура по Миссенарду;

• биологически активная температура (БАТ):

БАТ = 0,8НЭЭТ + 9 0С, где НЭЭТ - нормальная эквивалентно-эффективная температура;

• индекс патогенности метеорологической ситуации по Бокше (I):

I = I + Л + I + I + Л + Л „

t h v n Ap Ai'

где It - индекс патогенности температуры воздуха, It = 0,02(18 - t)2 при t < 18 0С и It = 0,02(t - 18)2 при t > 18 0С, t - среднесуточная температура, 0С; Ih - индекс патогенности влажности воздуха, h - среднесуточная относительная влажность, %; Iv - индекс патогенности ветра, v - среднесуточная скорость ветра, м/с; In - индекс патогенности продолжительности солнечного сияния, n = 10 - Ю^,/^ ,

ф max'

и ^ - соответственно фактическая и

ф max

максимально возможная продолжительность солнечного сияния по гелиографу; I - индекс патогенности межсуточного изменения атмосферного давления Ар; I - патогенность межсуточного изменения температуры At.

В качестве исходных использованы статистические данные Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - Мирового центра данных г. Обнинска сети метеостанций Приволжского ФО (всего 28). Биоклиматические показатели рассчитывались по среднемноголетним метеорологическим показателям за 30-летний интервал - 1978-2008 гг. Моделирование проводилось с целью построения аналитических карт распределения биоклиматических показателей, которые в дальнейшем послужили основой для составления оценочных карт по биоклиматической комфортности территории Приволжского ФО [7].

Погода и климат на территории Приволжского ФО в основном определяются атмосферной циркуляцией, особенно преобладанием западных потоков воздуха, что обусловливает существенное влияние на местный климат атлантических воздушных течений, которые смягчают и увлажняют его. Вместе с тем сюда поступают и воздушные массы, сформировавшиеся в других, в том числе арктических и резко континентальных районах Сибири, Казахстана и Средней Азии. В случае ослабления внешних воздействий пришедшие воздушные массы под влиянием местных трансформационных факторов приобретают свойства данного географического района. Влияние местных условий (мезо-и микрорельефа, растительности, почвы, непосредственной близости водоемов, застройки территории) порождает климатические вариации различной интенсивности на фоне устойчивых атмосферных процессов.

Особенностью зимы служит интенсивная циклоническая деятельность, сопровождаемая усилением западного переноса, что наиболее четко проявляется в распределении температуры воздуха. Изотермы зимних месяцев имеют почти меридиональное направление. Средняя температура января меняется с юго-запада на северо-восток и восток от -8,8 до -18,0 0С. Зима на исследуемой территории длится от 3,5 до 5 и более месяцев.

Продолжительность лета уменьшается с юга на север и северо-восток от 4-4,5 до 3-3,5 месяцев. Летом погода формируется за счет трансформации воздушных масс, чему способствует большой приток солнечной энергии. Циклоническая деятельность уменьшается, особенно в восточной части территории. Поэтому летом преобладает жаркая сухая погода, прежде всего это касается юга Заволжья и востока Оренбургской обл. [12].

В связи с довольно большой протяженностью территории Приволжского ФО с севера на юг (около 1 200 км) и с запада на восток (1 000 км) радиационный режим здесь варьируется в значительных пределах.

Кроме радиационных и циркуляционных факторов на температуру воздуха летом оказывают влияние подстилающая поверхность и условия рельефа. По этой причине распределение всех температурных характеристик имеет некоторое отклонение от зонального. На территории округа среднеиюльская температура воздуха изменяется от 15,9 (север Пермского края) до 21,4 0С (юго-восток Саратовской обл.). Распределение основных биоклиматических показателей на территории Приволжского ФО характеризуется сравнительно большой пространственной неоднородностью и временной изменчивостью в различные периоды года с формированием отдельных локальных очагов их значений, обусловленных процессами различного масштаба.

С помощью функции «Картографический калькулятор» модуля Spatial Analyst в ГИС ArcView был вычислен суммарный интегральный показатель биоклиматической комфортности, на основе которого была дифференцирована территория с выделением четырех типов уровня биоклиматической комфортности:

- остродискомфортные зоны биоклиматической комфортности, представляющие собой территории с раздражающим тепловым воздействием;

- дискомфортные зоны биоклиматической комфортности - территории с жестким тепловым воздействием;

- субкомфортные зоны биоклиматической комфортности - территории с умеренным тепловым воздействием;

- комфортные зоны биоклиматической комфортности - территории с комфортным тепловым воздействием.

Результаты расчетов сезонного пространственного распределения биоклиматических показателей с оценкой комфортности территории позволили выявить закономерности и построить карты их пространственного распределения на территории округа [9].

Анализ полученных данных показывает, что на территории Приволжского ФО за весенний период (с марта по май) категории климатической комфортности

распределяются следующим образом. 58 % всей площади территории округа находится в зоне субкомфортных климатических условий. Комфортные условия (около 13 % территории) наблюдаются в Удмуртской Республике, на западе Нижегородской обл., в Самарской обл. и на юго-востоке Саратовской обл. Дискомфортные климатические условия охватывают 22 % территории округа - это центральная часть Оренбургской обл., юг Республики Башкортостан, Пензенская обл., запад Саратовской обл., Республика Мордовия, Республика Марий Эл, а также центральные части Кировской обл. и Пермского края. Остродискомфортные условия составляют 7 % от общей площади округа и охватывают северную часть Кировской обл. и Пермского края (рис. 2).

Расположение изолиний в летний период года на территории Приволжского ФО свидетельствует о том, что 60 % ее находится в зоне субкомфортных климатических условий. Комфортные условия, занимающие 11 % территории, наблюдаются в центральной части Пермского края, на северо-западе Нижегородской, в Самарской и на юго-востоке Саратовской обл. Дискомфортные климатические условия, характерные для 20 % территории, складываются в Пензенской обл., на западе Саратовской обл., в южной части Республики Мордовия, Республике Марий Эл, а также в центральных частях Кировской обл. и Пермского края. Остродискомфортные условия, занимающие почти 9 % территории, наблюдаются в северной части Кировской обл. и Пермского края (рис. 3).

В осенний период распределение климатической комфортности на территории Приволжского ФО характеризуется на значительной ее части (49 %) как субкомфорт. Комфортные условия - 7 % территории - отмечаются в Удмуртской Республике, на северо-западе Нижегородской обл., в Самарской обл. и на юго-востоке Саратовской обл. Дискомфортные климатические условия - 32 % - наблюдаются в республиках Мордовия, Марий Эл, Чувашия, Башкортостан, Оренбургской обл., а также в центральных частях

Условные обозначения

Границы

округа

республик и областей государственные

Гидрография

реки

водохранилища

Оценочная характеристика территории по биоклиматической комфортности

остродискомфортные дискомфортные субкомфортныс комфортные

Оценка комфортности климатических условий

ф благоприятные

ф относительно благоприятные

ф неблагоприятные

• Акьяр Метеорологические станции Цифрами на карте обозначены :

1 Ивановская область

2 Владимирская область

3 Рязанская область

4 Тамбовская область

5 Воронежская область

Р и с. 2. Оценка биоклиматических условий за весенний период в регионах Приволжского ФО

Условные обозначения

Границы

_ округа

- республик и областей

- государственные

Гидрография

реки

водохранилища

Оценочная характеристика территории по биоклиматической комфортности

остро дискомфортные дискомфортные субкомфортные комфортные

Оценка комфортности климатических условий

ф благоприятные

ф относительно благоприятные

ф неблагоприятные

• Акьяр Метеорологические станции

Цифрами на карте обозначены :

1 Ивановская область

2 Владимирская область

3 Рязанская область

4 Тамбовская область

5 Воронежская область

Рис. 3. Оценка биоклиматических условий за летний период в регионах Приволжского ФО

Кировской обл. и Пермского края. Остродискомфортные условия - почти 12 % -складываются в Пензенской обл., на западе Саратовской обл., в северной части Кировской обл. и Пермском крае (рис. 4).

В зимний период большая часть территории, а именно 62 % общей площади Приволжского ФО, находится в зоне субкомфорт. Комфортные условия расположены на северо-западе Нижегородской обл., в центральной и южной частях округа - это 32 % территории. Дискомфортные (5 %) и остродискомфортные климатические условия (1 %) наблюдаются в северной части территории округа (рис. 5).

Наблюдаемые на территории Приволжского ФО в последние десятилетия изменения климата в условиях глобального потепления характеризуются повышением температуры холодного сезона, уменьшением количества осадков в теплый период года, возрастанием числа засух, более частой повторяемостью опасных гидрометеорологических явлений. Последствия подобных эффектов существенным образом влияют на деятельность различных секторов экономики и на здоровье человека.

Таким образом, исследование пространственного распределения индексов по сезонам позволяет сделать следующие выводы:

- в целом в течение года на территории округа преобладают субкомфортные погодные условия (близкие к комфорту и слабо раздражающие);

- умеренно раздражающие - дискомфортные условия на северо-востоке округа объясняются наиболее активной циркуляцией в зимний период;

- оценка комфортности климатических условий (по результатам кластерного анализа) показала наличие в городах «островов тепла», которые смягчают погодные условия. В окрестностях городов наблюдаются более жесткие климатические

условия. «Острова тепла» обычно сдвинуты от центра города в ту сторону, куда направлены преобладающие ветры [4].

Тенденция к повышению температуры имеется в каждом большом и маленьком городе на территории округа. Различия между урбанизированной территорией и сельским ландшафтом во многом зависят от синоптических условий. Значительный вклад в эти различия вносят своеобразные топоклиматы (местные климаты) и, следовательно, различия в радиационном и турбулентном теплообмене. Указанные контрасты наиболее ярко проявляются в ясную спокойную погоду и исчезают в условиях облачности и сильного ветра. Следовательно, своеобразие климата города определяется наиболее отчетливо при устойчивых антициклональных типах погоды. Именно при таких синоптических условиях различия температуры воздуха между городом и сельской местностью оказываются значительными.

Наблюдаемые на территории Приволжского ФО в последние десятилетия изменения климата в условиях глобального потепления характеризуются повышением температуры холодного сезона, уменьшением количества осадков в теплый период года, возрастанием числа засух, более частой повторяемостью опасных гидрометеорологических явлений. Последствия подобных эффектов существенным образом влияют на деятельность различных секторов экономики и на здоровье человека. Поэтому оценка современных климатических ресурсов и их возможных изменений в будущем служит основой для выработки долгосрочной стратегии планирования в различных отраслях производства, а также организации отдыха и туризма.

Стратегическими направлениями инновационной модели развития системы расселения Приволжского ФО, его регионов и муниципальных образований являются социально-экономическое обустройство и преобразование как городских, так и сельских муниципальных территорий, преодоление деструктивных социально-демографических тенденций

Условные обозначения

Границы

_ округа

--республик и областей

го суд ар ста енны е

Гидрография

реки

водохранилища

Оценочная характеристика территории по биоклиматической комфортности

остр одиск о мфо ртные диско мф ортные субкомфортные комфортные

Оценка комф орта о сти к ли магаче ских уело вий

ф благоприятные ф относительно благоприятные

неблагоприятные ♦ Акьяр Метеорологические станции Цифрами на карте обозначены :

1 Ивановская область

2 Владимирская область

3 Рязанская область

4 Тамбовская область

5 Воронежская область

Р и с. 4. Оценка биоклиматических условий за осенний период в регионах Приволжского ФО

Р и с. 5. Оценка биоклиматических условий за зимний период в регионах Приволжского ФО

в регионах, оздоровление условий жизнеобеспечения, формирование высокой квалифицированности, доходности и престижности труда, совершенствование социальной и производственной инфраструктуры.

Некоторые выводы, сформулированные авторами данной статьи, могут быть использованы для биоклиматического обоснования выбора зон отдыха, туризма и проектирования оздоровительных учреждений; улучшения показателей демографического развития регионов

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК -

1. Бокша, В. Г. Медицинская климатология и климатотерапия / В. Г. Бокша, Б. В. Бо-гуцкий. - Киев, 1980. - 256 с.

2. Головина, Е. Г. Некоторые вопросы биометеорологии / Е. Г. Головина, В. И. Русанов. - СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1993. - 90 с.

3. Ивлиева, Н. Г. Пространственно-временной анализ изменения климата в зоне широколиственных лесов правобережья Волги / Н. Г. Ивлиева, В. Ф. Манухов, С. Е. Хлевина // ИнтерКарто/ИнтерГИС-19 : Устойчивое развитие территорий : теория ГИС и практический опыт : материалы Междунар. конф., Курск, Богота (Колумбия), 2-7 февр. 2013 г. - Курск, 2013. - С. 62-68.

4. Исаев, А. А. Экологическая климатология / А. А. Исаев. - М. : Научный мир. - 2003. -472 с.

5. Макаркин, Н. П. Геоэкологический анализ территории этногенеза мордовского народа (на примере муниципального образования Ковылкино) / Н. П. Макаркин, П. И. Меркулов, С. В. Меркулова. - Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2003. - 180 с.

6. Манухов, В. Ф. Непрерывное образование применительно к картографо-геодезической специальности / В. Ф. Манухов, Н. Г. Ив-лиева, А. С. Тюряхин // Геодезия и картография. - 2009. - № 8. - С. 58-63.

7. Меркулов, П. И. Анализ структуры землепользования территории Республики Мордовия / П. И. Меркулов, А. Ф. Варфоломеев, С. В. Меркулова и др. // Юг России : экология, развитие. - 2007. -№ 3. - С. 76-83.

Приволжского ФО, прогнозирования и профилактики сезонных заболеваний; выбора наиболее продуктивного режима труда на открытом воздухе (продолжительности, частоты и длительности перерывов); проведения на открытом воздухе спортивных мероприятий регионального и международного уровней. Результаты исследования могут быть использованы в научной работе специалистами в области географии, демографии, социальной политики, метеорологии и климатологии.

Поступила 25.03.2014

8. Меркулов, П. И. Динамика самоочищающей способности атмосферы и биоклиматическая характеристика г. Саранска / П. И. Меркулов, С. В. Меркулова, К. О. Колокотрони // Проблемы региональной экологии. - 2009. - № 5. -С. 192-198.

9. Меркулов П. И. Картографирование биоклиматической комфортности на основе ГИС-технологий (на примере Приволжского федерального округа) / П. И. Меркулов, А. Ф. Варфоломеев, С. В. Меркулова и др. // Картография и геодезия в современном мире . - Саранск, 2011. - С. 42-52.

10. О ходе реализации демографической политики в регионах Приволжского федерального округа : докл. - Ижевск, 2013. -61 с.

11. Переведенцев, Ю. П. Биоклиматическая характеристика Республики Татарстан / Ю. П. Переведенцев, Э. П. Наумов, К. М. Шанталинский и др. // Учен. зап. Казан. ун-та. Естественные науки. -Казань, 2009. - Т. 151, кн. 3. - С. 32-64.

12. Переведенцев, Ю. П. Прикладные показатели климата / Ю. П. Переведенцев, Б. Г. Шерстюков, М. В. Исаева // Климатические условия и ресурсы Ульяновской области. - Казань, 2008. - С. 175-190.

13. Социально-демографический портрет России : по итогам Всероссийской переписи населения 2010 г. - М. : ИИЦ «Статистика России», 2012. - 183 с.

14. Хайруллин, К. Ш. Климатические ресурсы и методы их представления для прикладных целей / К. Ш. Хайруллин. - СПб. : Гидрометеоиздат, 2005. - 231 с.