Изменение показателей температурно-влажностного режима приземной атмосферы и реакция горных экосистем (на примере Алтайского государственного биосферного заповедника)

Вестник Томского государственного университета. 2013. № 371. С. 197-200

УДК 551.5

Н.Г. Политова, М.Г. Сухова, Т.Н. Жилина

ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ И РЕАКЦИЯ ГОРНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Рассмотрен региональный аспект проблемы современного изменения климата на примере Алтая. Проанализирована динамика и направленность изменений температуры воздуха и количества осадков за период с 1940 по 2010 г. по данным метеостанции Яйлю. На основе анализа летописей природы Алтайского государственного биосферного заповедника выделены наиболее характерные типы ответной реакции горных экосистем: смещение зон; потеря лесов, сопровождаемая определенным ущербом для гидрологических систем и увеличением эрозии почв; появление инвазивных видов; изменение продуктивности; увеличение экстремальности увлажнения; рост пожарной опасности; снижение количества и качества семян; влияние на возобновление (особенно хвойных); увеличение вредоносности болезней и вредителей; снижение устойчивости из-за увеличения частоты неблагоприятных краткосрочных явлений (периодов аномально теплой погоды и заморозков, сильных ветров, снегопадов и т.п.). Показана наблюдаемая и возможная реакция горных экосистем на климатические изменения.

Ключевые слова: изменение климата; Алтай; экосистемы; динамика.

Стратегической целью политики Российской Федерации в области климата, согласно Климатической доктрине [1], является обеспечение безопасного и устойчивого развития в условиях изменяющегося климата и возникновения соответствующих угроз, при этом упреждающая адаптация к последствиям климатических изменений отнесена к числу приоритетов политики в области климата.

В связи с этим изучение динамики современных изменений основных гидрометеорологических характеристик и сопряженных с ними реакций экосистем является весьма своевременным и необходимым.

В горных районах в связи с более широким спектром разнообразия физико-географических условий процесс потепления проявляется очень контрастно. Величины потепления колеблются здесь в очень широких пределах от 0,5 до 3-4°С.

Нами произведена статистическая обработка метеорологической информации за 1940-2010 гг. по ГМС Яйлю. В результате было установлено, что за весь период наблюдений среднегодовая температура составляла 3,7°С, за период с 1940 по 1999 г. - 3,6°С, а в последнее десятилетие повысилась до 4,5°С, т.е на 0,6°С к базовому периоду (рис. 1).

На основании этих данных составлены следующие графики: динамика среднегодовой температуры воздуха, динамика среднезонных значений температуры воздуха, динамика среднезонных значений температуры воздуха, атмосферные осадки холодного периода (ноябрь - март) и теплого периода (апрель - октябрь) (рис. 1-4).

Для более детализированной оценки проанализированы сезонные изменения (рис. 2). За зимние месяцы приняты ноябрь, январь, февраль и март; за весенние -апрель и май; за летние - июнь, июль, август; за осенние - сентябрь и октябрь.

Рис. 1. Динамика среднегодовой температуры воздуха

Рис. 2. Динамика среднезонных значений температуры воздуха

В указанный период средняя температура сезонов повышалась: зимнего - на 2,4°С, весеннего - на 1,2°С, летнего - на 0,7°С, осеннего - на 0,5°С.

Анализ изменений средней сезонной температуры показал, что положительные отклонения от неё составили: зимой - 67,2%, весной - 60,7%, летом - 57,4%, осенью - 55,6% от числа лет. Наибольшие пики средней сезонной температуры характерны для зимы. Самой холодной зимой 1968/69 г. температура была ниже средней сезонной на 10°С; через 22 года в 1992/93 г. она была ниже средней многолетней на 4,1°С. В самые теплые зимы в 1982/83, 1988/89 гг. средняя температура превышала сезонную среднюю многолетнюю почти на 6°С. Однако экстремально теплой оказалась зима 2001-2002 гг. Почти постоянно в январе - феврале температура в дневные часы поднималась выше 0°С, а нередко превышала 10°С. Максимум температуры воздуха составил 13°С.

Весной наиболее существенный температурный пик отмечался в 1997 г., когда температура превысила среднюю сезонную на 4,2°С. Приведенные данные говорят о том, что наметилось потепление климата, однако в многолетнем ходе температура воздуха испытывает заметные колебания. Особенно велика изменчивость температур от года к году зимой (коэффициент вариации равен 22%), что свидетельствует о неустойчивом характере атмосферных процессов, вызывающих потепление зимнего сезона. Весной при высокой внутри-сезонной изменчивости температур отмечается уменьшение изменчивости температуры между сезонами. Атмосферные процессы, вызывающие повышение температуры воздуха в этот период, более стабильны. В летнее время в течение всего анализируемого ряда лет колебания температуры были сравнительно небольшими. Коэффициент вариации остаётся в пределах 8,64,9%. Осенью при высокой внутрисезонной изменчивости температуры статистические различия оказались несущественными.

Анализ величины атмосферных осадков за период с 1961 по 2010 г. (рис. 3) показал весьма незначительное их увеличение, которое составило 14 мм. Однако это значение дала среднегодовая сумма осадков последне-

го десятилетия к базовому периоду и справочным данным. Наблюдаемое изменение относится прежде всего к теплому периоду (рис. 4). Вместе с тем распределение суммы осадков по времени характеризуется уменьшением числа дней с осадками и увеличением интенсивности их выпадения. Существует возможность недостаточного прироста осадков по отношению к темпам повышения температуры, поэтому особенно актуальным является определение соотношения тепло- и влагообеспеченности (увлажненности) территории [2].

Таким образом, изменение климата за исследуемый период проявилось прежде всего в повышении сезонных и годовых температур приземного воздуха; расширении диапазона экстремальных температур; уменьшении осадков зимнего периода; увеличении засушливости (аридизация); увеличении интенсивности летних осадков; уменьшении числа дней с устойчивым снежным покровом; учащении поздних и ранних заморозков. Тенденция изменения климата на побережье Телецкого озера хорошо согласуется с данными по изменению климата во всем Алтае-Саянском экорегионе [3, 4].

Наблюдаемые изменения климата очень важны и уже в настоящее время сопровождаются значительным экосистемным откликом, поскольку именно соотношение тепла и влаги определяет формирование типа ландшафта, его биопродуктивность и направленность геоэкологических процессов.

Горная экосистема является сложной динамической системой, зависящей от многих факторов внешней среды, но одним из основополагающих является климат. В настоящее время имеется множество научных исследований, посвященных адаптации различных экосистем к глобальному потеплению климата [4].

Известно, что определяющими факторами формирования тех или иных экосистем является пространственно-временное распределение осадков и приземных температур воздуха. К прямым последствиям повышения температур воздуха можно отнести увеличение числа жарких дней, таяние вечной мерзлоты, повышение температуры воды, отступление ледников и уменьшение снежного покрова.

Рис. 3. Динамика годового количества атмосферных осадков

Рис. 4. Атмосферные осадки холодного периода

Существующие прогнозы климатических изменений [3] показывают, что следует ожидать значительных смещений границ распространения растительности. Считается, что скорость миграции различных видов деревьев ранее составляла порядка 4-200 км / 100 лет. В случае потепления на 1-3,5°С (для АГБЗ среднегодовые значения потепления 1,4-1,6°С) в следующие 100 лет будет наблюдаться перемещение границы леса по высоте примерно на 150-550 м [5].

В настоящее время зафиксированным фактом является сокращение площади высокогорных сообществ за счет их продвижения вверх к скальным поверхностям, где в настоящее время отсутствует почвенный покров. В свою очередь изменяющиеся ландшафтноэкологические условия способствуют расширению ареалов обитания одних видов животных и сокращению

других. В частности, такие редкие краснокнижные животные, как ирбис и аргали, вслед за высокогорными природными комплексами окажутся в изоляции, где их спасение станет невозможным.

Изменение температурного режима сказывается и на сроках весеннего пролета птиц. Например, значительно раньше (на 13-16 дней) стал происходить пролет кряквы и первое кукование кукушки, но данный факт требует более глубоких исследований [6].

За счет увеличения числа дней с температурой выше 10°С у большинства растений может измениться продолжительность вегетационного периода. Уже сегодня отмечается рост на 1-2 недели (преимущественно за счет весенних месяцев).

Переизбыток или недостаток влаги также серьезно сказывается на состоянии экосистем, определяя тече-

ние наиболее важных процессов, связанных с биохимией питания. Уже сегодня отмечаются изменения в динамике восстановления, прироста и отпада деревьев, меняются взаимоотношения пород. Последнее проявится, вероятнее всего, на стадии лесовозобновления в зоне таежных лесов. К примеру, высокая требовательность лиственницы к условиям освещения не дает ей возможности конкурировать с другими породами в тех районах, где для них имеются приемлемые климатические и почвенные условия. Поэтому при

изменении климата лиственница на части своего ареала может смениться елью и пихтой, а в ряде случаев и сосной [7].

Для территории заповедника характерно неравномерное распределение суммы осадков в течение сезонов, и эта разность только увеличивается при потеплении климата. Происходит учащение опасных явлений -пожаров, наводнений, увеличение числа засух в летний период и т.д., влияющих на почвенно-растительный покров и гидрографию (рис. 5).

Рис. 5. Возможная и наблюдаемая реакция горных экосистем на изменение режима осадков

В результате можно выделить ряд наиболее характерных параметров ответной реакции горных экосистем на современное изменение климата:

- смещение зон;

- потеря лесов, сопровождаемая определенным ущербом для гидрологических систем и увеличением эрозии почв;

- появление инвазивных видов;

- изменение продуктивности;

- увеличение экстремальности увлажнения (заболачивание, иссушение);

- рост пожарной опасности;

- деградация вечной мерзлоты;

- сокращение площади ледников и снежников;

- снижение количества и качества семян;

- влияние на возобновление (особенно хвойных);

- увеличение вредоносности болезней и вредителей;

- снижение устойчивости из-за увеличения частоты неблагоприятных краткосрочных явлений (периодов аномально теплой погоды и заморозков, сильных ветров, снегопадов и т.п.).

Таким образом, следует отметить значительную чувствительность и уязвимость горных экосистем к наблюдаемым климатическим изменениям, что предопределяет необходимость своевременного выявления динамики климатических и климатообусловленных изменений, а также разработки адаптационных механизмов и мероприятий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Климатическая доктрина Российской Федерации. URL: Шр://президент.рф/ас18/6365 (дата обращения: 20.11.2011).

2. Справочник по климату СССР. Температура воздуха и почвы. Л. : Гидрометеоиздат, 1965. Вып. 20. Ч. I.

3. Mandych А.F., Yashina T.V., Artemov I.A. et al. Biodiversity Conservation in the Russian Portion of the Altai-Sayan Ecoregion Under Climate

Change. Adaptation Strategy. Krasnoyarsk, 2012. 62 p.

4. Аванесян Р.А., Сухова М.Г. Направленность современных изменений основных гидрометеорологических характеристик Алтайской горной

области // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 6. URL: http://www.science-education.ru/100-5219 (дата обращения: 13.01.2012).

5. Изменения климата 2001, МГЭИК (IPCC): Третий оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата

(IPCC). URL: www.ipcc.ch.

6. Влияние изменения климата на экосистемы. Охраняемые природные территории России: анализ многолетних наблюдений / под ред.

А. Кокорина. М., 2001. 184 с.

7. United Nations Framework Convention on Climate Change. URL: http://www.unfccc

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 29 марта 2013 г.