Анализ сезонной динамики северных территорий методом фенологического мониторинга

ГЕОГРАФИЯ, ГЕОЛОГИЯ И ГЕОЭКОЛОГИЯ

Г.Н.Гребенюк

— доктор географических наук, профессор;

В.П.Кузнецова

— аспирант кафедры географии, Нижневартовский государственный гуманитарный университет

АНАЛИЗ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ МЕТОДОМ ФЕНОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

АННОТАЦИЯ. Сезонная динамика на поверхности Земли проявляется в виде закономерно чередующихся сезонных явлений природы. Каждой территории свойственны свои сезонные явления и свои календарные сроки их наступления, которые по годам непостоянны. Возникает необходимость выявления структуры сезонной динамики северных территорий, зависящей и от изменяющихся метеорологических условий. Фенологический мониторинг позволяет установить сроки наступления сезонных явлений природы и причины, определяющие эти сроки.

The Earth seasonal dynamics manifests itself in the form of alternating seasons. Seasons ’ alternations in terms of the calendar vary from area to area. The article is aimed at describing the seasonal dynamics and its structure of northern areas and in view of changing weather patterns. Phenological monitoring can help to foretell the time of the season change and define its reasons.

Изучение ежегодных колебаний сроков наступления сезонных явлений природы северных территорий, к которым и относится Нижневартовский регион, весьма актуально, особенно при наблюдаемых на протяжении ряда последних десятилетий природных, прежде всего климатических, процессах разбалансирования.

Климат Нижневартовского района характеризуется продолжительной зимой, длительным залеганием снежного покрова (200—210 дней), короткими переходными сезонами, поздними весенними и ранними осенними заморозками, коротким безморозным периодом (100—110 дней), коротким летом (70—94 дня).

Временные рамки наступления переходных сезонов года — осени и весны — выражены нечетко, поэтому возникает необходимость в исследовании и установлении структуры изменчивости сезонов года.

Осень — сезон разрушения летнего состояния ландшафта и перехода его к зимнему состоянию. Радиационный, а вслед за ним и термический режим снижается. Продолжительность светового дня к 23 сентября (осеннее равноденствие) снижается до 12 часов, а к началу зимы — до 8 ч.

Среднесуточные температуры меняются от +15°С до -1°С. Аспекты природы меняются неоднократно: от почти летнего через пестрый, золотой, голый до заснеженного зимнего. Преобладает пасмурная погода, часто с осадками. Баланс влаги — положительный. Происходит затухание активной жизнедеятельности растений и холоднокровных животных. В середине сезона заканчивается продукция автотрофами органического вещества и поступление в атмосферу кислорода. Перелетные птицы улетают на юг. Погодичная изменчивость осенних метеорологических и гидрологических явлений достаточно велика [4].

Осень делится на три подсезона (по Ю.И.Гордееву): предосенье — осенины или начало осени, золотая осень, глубокая осень или предзимье [3].

В окрестностях г. Нижневартовска срок перехода среднесуточной температуры воздуха ниже 0°С в последние годы наступает во второй декаде октября. Переход среднесуточной температуры воздуха ниже +10°С имеет тенденцию наступления в более ранние сроки (на что, безусловно, повлияла аномально холодная погода летнего периода 2010 г.) (рис. 1).

Рис. 1. Переход среднесуточной температуры воздуха в г.Нижневартовске ниже +10, +5, 0°С в осенний сезон 2007—2010 гг.

Зима — сезон энергетического минимума, наиболее низких температур, сниженной жизнедеятельности организмов или их полного покоя [1].

На зиму приходится лишь 5% годового прихода солнечной радиации и, в силу высокого альбедо снега, лишь 2% поглощенной радиации — радиационный баланс отрицательный. Продолжительность светового дня ~ 7—13 часов. Испарение, сток и эрозия почв сокращены. Осадки выпадают в основном в виде снега и накапливаются на поверхности почвы. Это сезон нарастания влаги. Начало фенологической зимы умеренного климата условились считать с момента смены осеннего бесснежного аспекта аспектом с устойчивым снежным покровом. Конец фенологической зимы определяют по началу разрушения снежного покрова. За начало зимы принимают дату наступления устойчивого похолодания, когда снег и лед начинают накапливаться в географической оболочке и не исчезают полностью при последующих потеплениях. Концом зимы считают дату начала устойчивого потепления, когда убыль и изменения в снежной и ледовой толще становятся необратимыми [4].

Сезон «зима», в метеорологии характеризующийся отрицательными температурами, относится к группе «морозная погода». Как и другие сезоны, он состоит из коротких, от суток и более, однообразных по метеоусловиям классов погоды. Эти классы погоды, каждый по-своему, влияют на природу, вызывая различные явления, свойственные той или иной фенологической фазе. Эти же классы погоды постоянно влияют на здоровье человека и его работоспособность в условиях севера, определяются как благоприятные, относительно благоприятные и неблагоприятные.

В зимнем сезоне выделяют подсезоны: умеренная зима, морозная зима, глухозимье и послезимье (по Ю.И.Гордееву) [3].

В этот период наблюдаются переходы среднесуточных температур воздуха через отметки ниже -5, ниже -10, ниже -15, выше -20 и выше -15°С. Наблюдаемые показатели в рассматриваемый период времени также имеют определенные различия в сроках наступления (рис. 2).

21 июн 10 авг 29 сен 18 ноя 7янв 26 фев 17 апр 6 июн 26 июл 14 сен Зноя 23 дек 11 фев

Переход среднесуточных температур выше -15 гр.  Переход среднесуточных температур выше -20 гр.

Переход среднесуточных температур ниже -15 гр.  Переход среднесуточных температур ниже -10 гр.

Переход среднесуточных температур ниже -5 гр.

Рис. 2. Переход среднесуточной температуры воздуха в г.Нижневартовске ниже -5, ниже -10, ниже -15, выше -20 и выше -15°С в зимний сезон 2007—2010 гг.

Весна — сезон разрушения зимнего состояния ландшафта и перехода его к летнему состоянию. Индикатор начала весны — необратимые изменения в снежной и ледовой толще. Радиационный, а вслед за ним и термический режим находятся в восходящем развитии. На весну приходится около 40% годового радиационного баланса. Значительная его часть расходуется на ликвидацию снежного и ледового покровов и на отогревание охлажденной за зиму почвы. Продолжительность светового дня составляет от 12 до 18 ч.

Среднесуточные температуры меняются от 0 до +15°С. Аспекты природы меняются неоднократно: от «зебрового» аспекта разрушающегося снежного покрова до аспекта полностью восстановившегося после зимы растительного покрова. В этот период нарастают аспекты цветения. Кроме этого, наблюдается оживление растительности и восстановление ее полной ассимиляционной способности; перелетные птицы возвращаются с мест зимовок; у млекопитающих наступает основная пора приплода; оживляются спящие зимой животные. Заметную роль в природе начинают играть комары, мухи, жуки, бабочки, пауки и др. [4]

Сезон «весна» входит в группу «переходная погода», включает в себя фазы: предвесенье, снеготай, пестрая весна, «голая» весна и зеленая весна (по Ю.И.Гордееву) [4].

Данный сезон года характеризуется переходом среднесуточной температуры воздуха выше -10, выше -5, выше 0, выше +5, выше +10°С, которые неодинаковы в отдельные годы (рис. 3).

8 дек 28 дек 17 янв 6 фев 26 фев 18 мар 7 апр 27 апр 17 май

Установление среднесуточных температур выше +10 градусов  Переход среднесуточных температур выше -1-5 градусов

Переход среднесуточныхтемператур выше О градусов  Переход среднесугочныхтемператур выше -5 градусов

Переход ср. суточных температур выше -10 градусов

Рис. 3. Переход среднесуточной температуры воздуха в г.Нижневартовске выше -10, выше -5, выше 0, выше +5, выше +10°С в весенний сезон 2008—2010 гг.

Лето — основной сезон продукции и деструкции живого вещества и газообмена биосфера-атмосфера. На лето приходится не менее 50% годового радиационного баланса. В начале лета (22 июня) продолжительность светового дня достигает максимума — 17 ч 34 мин, а к концу его снижается до 13 ч.

Средние многолетние температуры воздуха в июле держатся около +18°С. Происходит цветение травянистых видов растений. Большинство древесных растений пребывает в фазе роста побегов и формирующихся плодов; во второй половине лета нарастает созревание семян плодов. Максимальной активности достигают почвенные и паразитарные микроорганизмы — деструкторы органического вещества. Млекопитающие и птицы вскармливают приплод. В середине сезона пение птиц замолкает. Наблюдается максимум развития беспозвоночных, в первую очередь насекомых. Основной аспект данного сезона — летней темно-зеленой зелени. Частные аспекты создаются массово цветущими в разное время травянистыми видами. Погодичная изменчивость сроков наступления летних сезонных явлений по сравнению с весной и осенью снижена [4].

Сезон «лето» со своими классами погод формирует самую благоприятную для накопления энергетики в живой природе группу погоды — безморозную. В этой группе погоды благоприятные классы составляют почти 70% [3].

Немаловажна регистрация и анализ сроков наступления среднесуточной температуры воздуха через основные значения — выше +15, выше +20, ниже +20 и ниже +15°С.

Неблагоприятные погодные условия, господствовавшие в летний сезон 2010 г. на территории Западной Сибири, оказали влияние на сроки наступления фенологических подсе-зонов. Несвойственные для летних месяцев температурные условия и режим увлажнения территории привели к тому, что переход среднесуточной температуры воздуха выше +20°С произошел раньше, чем в предыдущие года (19 июня); первый переход среднесуточной температуры воздуха ниже +20 и ниже +15°С — +13,6°С — зафиксирован во второй декаде июня, что почти на месяц раньше общеустановленных сроков, а средний срок перехода температуры воздуха ниже +15°С на нашей территории — начало августа (рис. 4).

14 июн

27 апр 7 май 17 май 27 май б июн 16 июн 26 июн биюл 16 июл 26 и юл 5авг 15 авг  Переход среднесуточных температур ниже+15 градусов  Переход среднесуточных температур ниже +20 градусов  Переход среднесуточных температур выше+20 градусов  Переход среднесуточных температур выше+15 градусов

Рис. 4. Переход среднесуточной температуры воздуха в г.Нижневартовске выше +15, выше +20, ниже +20 и ниже +15°С в летний сезон 2008—2010 гг.

Таким образом, задачи фенологии теснейшим образом связаны с проблемами рационального использования природных ресурсов и повышения эффективности производств, базирующихся на использовании биологических и климатических ресурсов. В комплексе с другими науками фенология участвует в разработке вопросов природно-экономического районирования, размещения и специализации отраслей хозяйства. Для решения этих вопросов необходимо глубокое знание географической среды, требуется многосторонняя

характеристика территории. Последняя, как видим, не будет полной без сведений о ходе сезонного развития компонентов живой и неживой природы, составляющих географическую среду и характеризующих сезонную динамику ландшафтов.

В ходе проведенных нами исследований установлено, что первая из главных задач фенологии — фенологическое освещение территорий, разработка их фенологических характеристик. В отличие от других, хорошо известных характеристик — климатических, геоморфологических, почвенных, геоботанических, зоогеографических и др., описывающих особенности отдельных слагаемых природных комплексов — фенологическая характеристика дает картину сопряженного развития всего этого комплекса в годичном цикле. Ее назначение — дать ответ на множество практических вопросов, касающихся сроков.

Это большой комплекс вопросов, связанных с освоением новых земель, с размещением отраслей сельского хозяйства и отдельных сельскохозяйственных культур: вопросы культурно-бытового строительства, санитарно-гигиенического обеспечения, туризма, отдыха трудящихся; вопросы военно-оперативной оценки местности. В бесконечном множестве случаев необходимо знать, как вписывается годовой цикл развития интересующих нас объектов природы в рамки астрономического календаря, и в каких пределах могут меняться сроки их сезонного развития.

Центральной и, в известном отношении, самостоятельной частью фенологической характеристики территории является ее фенологический календарь. Это фенологическая периодизация — разделение года на качественно различающиеся фенологические периоды — сезоны и подсезоны, каждому из которых свойственно специфическое состояние объектов живой и неживой природы и особое их взаимодействие. Фенологическую периодизацию еще называют естественной, чем подчеркивается ее принципиальное отличие от универсального для всех территорий гражданского календаря. Это отличие выражается в том, что для каждой конкретной территории даются не условные, а реальные сроки перехода природы из одного сезонного состояния в другое.

Ведение фенологического календаря позволило нам подтвердить тот факт, что исследуемая территория — Нижневартовский регион, действительно относится к территориям, приравненным к районам Крайнего Севера: отсутствие четко выраженных границ сезонов года, продолжительная зима, длительное залегание снежного покрова, короткие переходные сезоны, поздние весенние и ранние осенние заморозки, короткий безморозный период.

Естественная фенологическая периодизация исходит из того, что каждому времени года (сезону, подсезону) присущ строго определенный специфический набор сезонных явлений. Эта определенность позволяет использовать сезонные явления в качестве индикаторов времен года и строить на этой основе естественный календарь природы конкретных территорий. При этом по срокам наступления феноиндикаторов времен года очень четко и соизмеримо выявляются различия между отдельными природными районами.

Система фенологической периодизации как часть комплексной фенологической характеристики территории имеет важное значение в связи с другой важной задачей фенологии, заключающейся в определении и прогнозировании лучших (оптимальных) сроков проведения сезонных работ [5].

Цикл сезонного развития растений состоит из закономерно сменяющих друг друга морфологически различных этапов. Каждый из таких этапов называется сезонной, или фенологической, фазой развития. Системы фенологических фаз в зависимости от поставленной задачи разработаны с различной степенью дробности.

Сезонные явления в мире животных очень разнообразны и специфичны для каждого класса. Как правило, они менее доступны для наблюдения, чем в мире растений, в первую очередь в силу подвижности и скрытности образа жизни животных [4].

ЛИТЕРАТУРА

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

2. Рутковская Н.В. О сезонной структуре годового цикла лесной зоны Западно-Сибирской равнины на примере Томской области // Проблемы гляциологии Алтая: Мат-лы науч. конф., посвященной 80-летию старейшего гляциолога М.В.Тронова. Томск, 1974. Вып. 2. С. 102—108.

3. Тарханова А.Ф. От морозов до морозов (по Ю.И.Гордееву). Тюмень, 2000.

4. Терентьева Е.Ю. Методы феномониторинга: Учебно-методический комплекс дисциплины [Электронный ресурс]. Екатеринбург, 2008.

5. Bioecology.ru. иКЬ: http://bioecolog.ru/publ/fenologija/31-1-0-1553