Климатическая норма температурного параметра климата степных черноземов Оренбурга в связи с потеплением

Худяков О.И., Решоткин О.В.

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино

E-mail: oix@rambler.ru

КЛИМАТИЧЕСКАЯ НОРМА ТЕМПЕРАТУРНОГО ПАРАМЕТРА КЛИМАТА СТЕПНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ОРЕНБУРГА В СВЯЗИ С ПОТЕПЛЕНИЕМ

Показано, что среднесуглинистым степным черноземам Оренбурга характерна строго определенная климатическая норма температуры воздуха и почвы, температура почвы на глубине 20 см теплого и холодного периодов, глубина проникновения 00С и длительность теплого периода, температура почвы осенней, зимней, весенней и летней климатических стадий. Современное потепление климата сопровождается потеплением климата почвы.

Ключевые слова: климат, климат почв, потепление климата, термообеспеченность почв.

В настоящее время климат почв приобретает важное и актуальное значение в связи с современной тенденцией потепления. В настоящей работе анализируется климатическая норма температурного параметра климата почвы, как количественный критерий термообеспеченности и изменчивости климата почвы в связи с современной тенденцией потепления климата степных среднесуглинистых черноземов, характеризуемых данными метеостанции Оренбург.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования послужила климатическая норма (КН) температурного параметра среднесуглинистого чернозема (метеостанция Оренбург). Климатическая норма температурного параметра климата рассматривается как среднее значение температуры воздуха и почвы на каждой глубине (20, 40, 80, 120, 160, 240 и 320 см) за период 1961-1990 гг. Проанализированы среднедесятилетние значения температуры воздуха и почвы относительно КН за весь период наблюдения и по сезонам года за 1891-2008 гг. за температурой почвы и воздуха.

Цель настоящей работы - определить климатическую норму температуры воздуха и почвы и выявить закономерности изменения климата среднесуглинистого чернозема Оренбурга в связи с потеплением климата.

Результаты и обсуждение

Климатическая норма температурного параметра климата района исследования составляет 4,70С. За более чем 100 летний период наблюдения (1891-2008гг.) отмечается устойчивый рост температуры воздуха относительно КН. Среднедесятилетняя температура воздуха за период 1891-1900 гг. составила 3,30С, что ниже КН (4,70С) на 1,40С. В последующие десятилетия температура воздуха повышается и приближается к КН, достигая 4,60С за

период 1971-1980 гг. это означает, что среднедесятилетняя температура воздуха за период 1891-1980 гг. повысилась на 1,30С. Устойчивое потепление климата продолжалось до 2008 г, при котором средняя температура воздуха за период 2001-2008 гг. составила 5,80С, что выше КН на 1,10С.

Таким образом для черноземов степи Оренбурга температура воздуха, более чем за 100 летний период повысилась с 3,30С до 5,80С, что составляет 2,50С. Весьма характерно, что потепление климата за период 1991-2000 гг. и 2001-2008 гг. отмечается в холодное время года. Так за период 2001-2008 гг. среднедесятилетняя температура воздуха выше КН в январе на 3,20С, в марте на 2,60С, в ноябре на 1,40С. Среднедесятилетняя температура воздуха за период 2001-2008 гг. в июне, июле и декабре была ниже КН, а с августа по март - выше КН. В летний, весенний и осенний периоды температура воздуха была выше КН, в летний период температура воздуха в июне и июле была ниже КН, а в августе - выше. В зимнюю сезонную климатическую стадию температура воздуха была выше КН в январе и феврале, и лишь только в декабре температура воздуха была ниже КН.

Осадки. Для суглинистого чернозема климатическая норма осадков составляет 365,7 мм при климатической норме температурного параметра климата 4,70С. Потепление климата на 0,30С за период 1981-1990 гг. и на 0,40С за период 19912000 гг. сопровождается выпадением количества осадков, соответствующих КН, а повышение средней температуры воздуха за период 2001-2008 гг. на 1,10С относительно КН сопровождается увеличением количества осадков на 21,1 мм относительно КН.

Таким образом, в многолетнем цикле при современном потепление климата не отмечается четкой зависимости между повышением среднедесятилетних температур воздуха и уменьшением количества осадков

Климатическая норма температуры чернозема составляет 7,60С на глубине 20см (табл.1). В годичном цикле самая низкая КН в слое 320 см отмечается в феврале и составляет 0,10С. Самая высокая КН в слое 320 см отмечается в августе (16,20С). Климатическая норма теплого периода на глубине 20 см составляет 13,40С, постепенно снижаясь до 7,80С на глубине 320 см. Климатическая норма глубины проникновения 00С в холодное время года в черноземах достигает 124 см, а длительность нахождения чернозема в мерзлом состоянии на глубине 20 см составляет 8 месяцев.

Современное потепление климата сопровождается повышением среднедесятилетней температуры

почвы. Среднедесятилетняя температура чернозема на глубине 20 см за период 1991-2000 гг. составляет 8,10С, что выше климатической нормы (7,60С) на 0,50С. Среднедесятилетняя температура чернозема за период 1991-2000 гг. на глубине 320 см составляет 8,30С, что выше КН (7,80С) на 0,50С. Для холодного периода года КН температуры чернозема на глубине 20 см за период 1991-2000 гг. составляет -3,60С, что выше КН (-4,10С) на 0,50С. Повышение температур чернозема за период 1991-2000 гг. на 0,50С относительно КН сопровождалось уменьшением глубины промерзания на 31 см (табл.1).

Климатическая норма термических ресурсов чернозема. Повышение среднедесятилетних тем-

Таблица 1. Климатические параметры черноземной почвы

Станция, почва Период Месяцы Гл убина, см

20 40 80 120 160 240 320 Клим. норма в слое 320 см

Оренбург Чернозем суглинистый 1961-1990 1 -4.7 -3.2 -0.4 1.9 3.5 6.0 7.5 1.5

2 -5.6 -4.2 -2.0 0.2 1.8 4.3 6.1 0.1

3 -2.9 -2.5 -1.4 -0.1 1.0 3.3 5.0 0.3

4 4.7 3.3 1.6 1.3 1.7 2.8 4.3 2.8

5 14.6 12.5 9.1 6.6 5.5 4.3 4.6 8.2

6 19.9 17.9 14.2 11.5 9.9 7.3 6.1 12.4

7 23.1 21.2 17.6 14.9 13.1 10.1 8.1 15.4

8 21.5 20.3 18.2 16.3 14.9 12.2 10.0 16.2

9 15.9 16.1 16.0 15.5 14.7 13.1 11.1 14.6

10 7.0 8.7 10.9 12.0 12.5 12.3 11.4 10.7

11 0.7 2.8 5.9 8.0 9.1 10.4 10.6 6.8

12 -3.4 -1.1 2.2 4.6 6.1 8.2 9.2 3.7

климатическая норма, С 7.6 7.7 7.7 7.7 7.8 7.9 7.8 7.7

для теплого периода 13.4 12.9 10.6 8.4 7.8 7.9 7.8 7.7

для холодного периода -4.1 -2.7 -1.3 -0.1

глуб. проникнов. 00С, см 124

длит. тепл. периода, мес. 8 8 9 11 12 12 12 12

длит. холод. периода, мес. 4 4 3 1 0 0 0 0

Оренбург Чернозем суглинистый 1991-2000 1 -5.2 -3.0 0.0 2.2 3.9 6.5 7.8 1.7

2 -4.1 -2.5 -0.5 1.4 2.7 5.1 6.6 1.2

3 -3.0 -1.9 -0.5 0.9 2.0 4.1 5.6 1.0

4 6.1 4.2 2.4 2.1 2.4 3.7 4.9 3.7

5 15.5 12.6 9.0 7.0 5.9 5.0 5.1 8.6

6 22.1 18.7 14.3 11.6 10.0 7.5 6.6 13.0

7 23.8 21.2 17.7 15.1 13.4 10.2 8.6 15.7

8 22.3 20.7 18.5 16.6 15.2 12.2 10.4 16.5

9 16.1 16.3 16.1 15.6 15.0 13.1 11.6 14.8

10 8.6 10.2 11.7 12.6 12.9 12.6 11.8 11.5

11 -0.9 2.7 6.3 8.5 9.7 11.0 11.1 6.9

12 -4.5 -1.2 2.0 4.5 6.2 8.6 9.6 3.6

среднегодовая температура 8.1 8.2 8.1 8.2 8.2 8.3 8.3 8.2

для теплого периода 16.4 13.3 9.8 8.2 8.2 8.3 8.3 8.2

для холодного периода -3.6 -2.2 -0.5

глуб. проникнов. 00С, см

длит. тепл. периода, мес. 8 8 10 12 12 12 12 12

длит. холод. периода, мес. 4 4 2 0 0 0 0 0

Проблемы экологии Южного Урала

ператур чернозема за период 1991-2000 гг. в слое 320 см способствовало увеличению термических ресурсов. В слое сезонного промерзания черноземов уменьшилась сумма отрицательных температур, что привело в весеннее время к меньшему расходу энергии на протаивание и увеличению потока тепла в почву при нагревании в положительном спектре температур. В профиле чернозема до глубины 320 см увеличилась сумма температур выше 100С относительно КН, по всему профилю, а в слое 320 см сумма температур выше 100С превысила КН на 11810С (табл.2).

Осенняя сезонная климатическая стадия чернозема характеризуется наличием положительных температур почвы до глубины 320 см. Климатическая норма температур чернозема изменяется от 7,80С на глубине 20 см до 11,00С на глубине 320

см. Для осеннего периода климатическая норма температуры чернозема в слое 320 см составляет 10,70С, что выше температуры второго биологического минимума (100С). Сравнение среднедесятилетних температур почвы за период 1991-2000 гг. с КН показывает, что за этот период превышение температуры по профилю почвы составило от 0,10С на глубине 20 см до 0,50С на глубине 320 см. Превышение среднедесятилетних температур чернозема в осеннюю климатическую стадию относительно КН температуры свидетельствует о потеплении климата в осеннюю сезонную климатическую стадию.

Зимняя сезонная климатическая стадия характеризуется нахождением почвы в таломерзлом состоянии. В мерзлой части чернозема климатическая норма температуры отрицатель-

Таблица 2. Термические ресурсы черноземных почв

Среднегодовая температура, °С Суммы температур <0°С Суммы температур >10°С Суммы температур >5°С Суммы температур >0°С

Глубина, см о СЛ СЛ ^о СЛ о о о о) СЛ СЛ Изменение 0 СЛ СЛ 16 СЛ 0 0 0 о) СЛ СЛ Изменение 0 СЛ СЛ 16 СЛ 0 0 0 о) СЛ СЛ Изменение 0 9 9 16 9 0 0 0 о) 19 9 Изменение 0 9 9 16 9 0 0 0 о) 19 9 Изменение

Почва - чернозем суглинистый

темп. воздуха 4.7 5.1 +0.4 -1382 -1318 +64 2800 2894 +94 3018 3097 +79 3119 3184 +65

20 7.6 8.1 +0.5 -545 -521 +24 2805 3263 +458 3071 3542 +471 3168 3595 +427

40 7.7 8.2 +0.5 -345 -258 +87 2706 3011 +305 2975 3213 +238 3139 3372 +233

80 7.7 8.1 +0.4 -142 -56 +86 2385 2427 +42 2803 2886 +83 2967 3033 +66

160 7.8 8.2 +0.4 -8 0 +8 1866 2042 +176 2563 2639 +76 2865 3026 +161

320 7.8 8.3 +0.5 0 0 0 1113 1313 +200 2626 2912 +286 2864 3033 +169

в слое 320 см 7.7 8.2 +0.5 -1040 -835 +205 10875 12056 +1181 14038 15192 +1154 15003 16059 +1056

Таблица 3. Температурные параметры климата сезонных климатических стадий черноземных почв

Осень Зима Весна Лето

Глубина, см о 40 0 0 0 о) 91 9 е К н е и е 2 § 0 9 40 9 0 0 0 о) 91 9 Изменение 0 9 61 9 0 0 о 91 9 е к н е и е ем § 0 9 9 61 9 0 0 0 о) 91 9 е еи н е И е ем §

20 7.8 7.9 +0.1 -4.5 -4.6 -0.1 5.4 6.2 +0.8 21.5 22.7 +1.2

40 9.2 9.7 +0.5 -2.8 -2.2 +0.6 4.5 5.0 +0.5 19.8 20.2 +0.4

80 10.9 11.4 +0.5 -0.1 0.5 +0.6 3.1 3.6 +0.5 16.7 16.8 +0.1

120 11.8 12.2 +0.4 2.2 2.7 +0.5 2.6 3.4 +0.8 14.3 14.4 +0.1

160 12.1 12.5 +0.4 3.8 4.2 +0.4 2.7 3.4 +0.7 12.6 12.8 +0.2

240 11.9 12.2 +0.3 6.2 6.7 +0.5 3.5 4.3 +0.8 9.9 10.0 +0.1

320 11.0 11.5 +0.5 7.6 8.0 +0.4 4.6 5.2 +0.6 8.1 8.5 +0.4

Средняя в слое 320 см 10.7 11.1 +0.4 1.8 2.2 +0.4 3.8 4.4 +0.6 14.7 15.1 +0.4

Весенняя сезонная климатическая стадия. В весеннюю сезонную климатическую стадию КН изменяется по профилю почвы от 5,40С на глубине 20 см до 4,60С на глубине 320 см. В слое 320 см чернозема КН температуры составляет 3,80С. Современное потепление климата сопровождается повышением среднедесятилетней температуры почвы по всему профилю почвы.

Летняя сезонная климатическая стадия чернозема изменяется от 21,5 на глубине 20см до 8,10С на глубине 320см. В слое чернозема 320см КН составляет 14,70С.. В летнюю сезонную климатическую стадию за период 1991-2000гг. в профиле чернозема складываются благоприятные экологические условия, при которых температура второго биологического минимума (100С) достигает глубины 230см. Климатическая норма чернозема в слое 320см составляет 14,70С.

Современное потепление климата на 0,40С за период 1991-2000гг. относительно КН сопровождается повышением температуры от 1,2 на глубине 20см до 0,40С на глубине 320см. Cреднедесятилетняя температура в слое 320 см составляет 15,10С, что выше КН на 0,40С.

Заключение

Предложенный подход к определению климатической нормы температурного параметра характеризует климатический стандарт формирования и развития степи Оренбурга. Климатическая норма температуры служит не только для определения термообеспеченности почв, но и позволяет оценивать термические ресурсы почвы в связи с изменчивостью климата во времени.

1.08.2011

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант №09-04-00405-а

Сведения об авторах:

Худяков Олег Иванович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Учреждения Российской академии наук Института физико-химических и биологических

проблем почвоведения Решоткин Олег Владимирович, кандидат биологических наук, научный сотрудник Учреждения Российской академии наук Института физико-химических и биологических

проблем почвоведения

UDC 631.4

Khudyakov O.I., Reshotkin O.V.

Institute of physicochemical and biological problems in soil scince of the RAS e-mail: oix@rambler.ru CLIMATIC NORM OF TEMPERATURE PARAMETER OF THE CLIMATE OF STEPPE CHERNOZEMS IN ORENBURG DUE TO THE WARMING

It has been shown that strictly specific climatic norm of the air and soil temperature, soil temperature at the depth of 20 cm of warm and cold periods, the depth of O0C penetration and the duration of warm period, the temperature of autumn, winter, spring and summer climatic stages is typical for moderate loamy steppe chernozems of Orenburg. Current climatic warming is followed by the warming of soil’s climate.

Key words:, soils’ climate, climate warming, thermal security of the soils.

ная и изменяется от -4,50С на глубине 20 см до -0,10С на глубине 80 см. В талой части почвы КН температуры повышается от 2,20С на глубине 120 см до 7,60С на глубине 320 см. Климатическая норма температуры чернозема в зимнюю сезонную климатическую стадию составляет 1,80С. Современное потепление климата за период 1991-2000 гг. сопровождалось неоднозначным изменением температуры чернозема. В мерзлой части почвы среднедесятилетняя температура за период 1991-2000 гг. составляет -4,60С на глубине 20 см, что ниже климатической нормы (4,50С) на 0,10С. В профиле чернозема среднедесятилетняя температура за период 1991-2000 гг. в зимнюю сезонную климатическую стадию превышала КН на 0,60С на глубине 20 см до 0,40С на глубине 320 см. Понижение среднедесятилетней температуры почвы на глубине 20 см на 0,10С в зимнюю сезонную климатическую стадию объясняется кратковременным похолоданием, при котором понижение среднедесятилетней температуры достигло 20 см. С глубины 20 см до 320 см среднедесятилетняя температура почвы превышала КН, что следует отнести к накоплению тепла за предыдущий период потепления в слое 320 см. Среднедесятилетняя температура почвы за период 1991-2000 гг. в слое 320 см составляет 2,20С, что выше КН (1,80С) на 0,40С. Это свидетельствует о том, что в зимнюю сезонную климатическую стадию в черноземе потепление климата способствует меньшему выхолаживанию и сохранению тепла, накопившегося в летнюю сезонную климатическую стадию.