УДК 63:551.583(470+570)
Современные климатические изменения теплообеспеченности, увлажненности и продуктивности агросферы России
О. Д. Сиротенко*, Г. В. Груза**, Э. Я. Ранькова**, Е. В. Абашина*, В. Н. Павлова*
Анализируются наблюдаемые в последние десятилетия изменения климата и выявляются связанные с ними тенденции изменения теплообеспеченности, увлажненности и продуктивности агросферы, определяющие природ-но-ресурсный потенциал территории России. Дополнительно в качестве индикатора изменений климата для анализа привлекаются тренды урожайности зерновых культур. Показано, что наблюдаемые за последние 30 лет изменения климата способствуют росту потенциальной продуктивности сельского хозяйства на значительной части территории РФ, где производится не менее 85% сельскохозяйственной продукции. Вместе с тем отмечается рост аридности климата в ряде районов Сибири и Черноземного центра, приводящий к снижению продуктивности сельского хозяйства.
Введение
В течение XX столетия наблюдались значительные изменения глобального климата, которые оказались весьма существенными на территории России. Если по оценкам МГЭИК среднегодовая глобальная температура за весь XX век повысилась на 0,6 ± 0,2°С, то соответствующие изменения климата на территории РФ составили 1,0—1,2°С. Известно, что наблюдавшееся в прошлом столетии потепление не было монотонным и включало период небольшого похолодания в 1946—1975 гг. С 1976 г. повышение температуры продолжилось с еще большей скоростью. Особенности современных изменений климата РФ проанализированы в [2, 5].
Представить и оценить влияние наблюдаемого "взрывного" потепления на биоклиматический потенциал и сельское хозяйство России — основная цель настоящей публикации. Эти исследования для мирового сельского хозяйства обобщены в Третьем оценочном докладе МГЭИК [3, 11]. Более поздние публикации часто ограничиваются анализом локальных трендов среднемесячных или сезонных значений температуры и осадков за последние десятилетия.
Оценка влияния изменений климата на агроэкосистемы и зависящие от них результаты хозяйственной деятельности представляется актуальной и
* Всероссийский научно -исследовательский институт сельскохозяйственнойметеорологии.
** Институт глобального климата и экологии Росгидромета и Российской академии наук.
достаточно сложной задачей, методы решения которой еще только разрабатываются [8—10].
Информационная база
В данной работе использована база данных ИГКЭ для мониторинга глобального климата, содержащая временные ряды основных климатических параметров за период инструментальных наблюдений [4]. Расчеты выполнялись на основании среднемесячных значений температуры воздуха и месячных сумм осадков по 455 гидрометеорологическим станциям, расположенным на территории бывшего СССР, за период с 1975 по 2004 г. Эти временные ряды содержали пропуски, составляющие примерно 7% общего числа наблюдений, что затрудняло пространственное обобщение результатов расчетов. Улучшение полноты и качества подобной базы данных требует серьезных усилий и большого времени. Для поставленной задачи пропуски восстановлены по индивидуальным для каждого случая уравнениям регрессии, параметры которых оценивались по наблюдениям станции с пропусками и ближайшей к ней, для которой коэффициент корреляции между соответствующими временными рядами превышал заданный пороговый уровень.
Помимо метеорологических данных для анализа привлекались временные ряды урожайности всех зерновых и зернобобовых культур по субъектам РФ за 1975—2004 гг. как индикатор изменений климата для сельского хозяйства.
Наблюдаемые изменения термического режима и увлажненности
Процессы изменения климата обусловливают трансформацию кривой годового хода температуры воздуха. Для исследования многолетних изменений этой периодической функции обычно используется разложение в ряд Фурье. Так, в [7] для оценки многолетних изменений годового хода среднесуточной температуры определялись три параметра его наилучшей синусоидальной аппроксимации: средняя температура, амплитуда средней температуры как показатель континентальности климата и точка максимума кривой годового хода. Для оценки влияния наблюдаемых изменений термического режима на агросистемы в данной работе выбраны следующие параметры (табл. 1):
- сумма активных температур воздуха выше 10°С как показатель теп-лообеспеченности и продуктивности агроэкосистем при достаточном увлажнении;
— температура наиболее теплого и наиболее холодного месяцев года (первый из этих показателей определяет набор возделываемых сельскохозяйственных культур, второй — суровость климата для зимующих полевых и садовых культур);
— продолжительность периода с температурой выше 10°С, которая ассоциируется с длиной вегетационного периода;
— степень континентальности климата, которая характеризуется разностью температур наиболее теплого и холодного месяцев года и продолжительностью вегетационной весны и осени (число дней, в течение которых
Таблица 1
Средние скорости (тренды) изменения агроклиматических показателей территории России
за 1975—2004 гг.
Район Характеристики термического режима, °С/10 лет Продолжительность периодов, сут/ 10 лет Сумма осадков, мм! 10 лет Коэффициенты увлажнения (ГТК, КУ) и сухости (ПС), ед./10 лет
Средняя температура Годовая амплитуда Сумма температур >10°С >10°С 5—15°С Зима Весна Лето Осень ГТК КУ ПС
январь ИЮЛЬ
Северный 0,69 0,79 0,10 55 0,8 — 8,3 3,9 -3,6 -4,1 -0,093 -0,037 0,012
Северо-Западный 1,13 0,95 -0,18 72 1,8 1,7 4,1 5,4 4,2 -2,0 -0,027 -0,009 0,012
Калининградский 0,57 0,72 0,15 123 6,2 1,6 3,8 2,0 2,9 6,0 -0,035 -0,035 0,005
Центральный 1,15 0,90 -0,25 33 0,9 3,7 -1,6 -2,9 -5,4 7,1 -0,078 -0,043 0,009
Волго-Вятский 1,01 0,84 -0,17 15 -1,3 1,7 0,9 1,3 -6,8 -0,6 -0,090 -0,041 -0,005
Черноземный центр 1,32 1,05 -0,27 57 2,3 3,3 -6,8 2,0 -6,9 11,6 -0,079 -0,043 0,007
Поволжье (север) 1,25 0,74 -0,51 28 0,7 3,8 7,3 9,4 -7,2 8,4 -0,072 0,003 -0,034
Поволжье (юг) 1,04 0,37 -0,67 -17 0,2 4,4 -2,4 4,4 3,2 9,4 0,008 0,020 -0,129
Северный Кавказ 0,74 0,60 -0,14 75 3,1 3,6 -2,0 4,6 17,2 21,2 0,065 0,048 -0,054
Уральский 0,64 0,45 -0,19 23 0,3 0,5 4,8 10,2 5,7 5,8 0,005 0,028 -0,043
Западно-Сибирский 0,15 0,09 -0,06 77 3,7 -1,5 6,9 2,7 3,2 3,4 0,007 -0,010 0,001
Восточно-Сибирский 0,85 0,57 -0,28 94 3,2 0,6 1,9 0,9 7,5 5,0 0,005 -0,024 0,009
Дальневосточный 0,95 0,01 -0,94 43 3,9 -0,1 3,1 1,4 4,1 2,2 0,047 0,014 0,011
я н я
о ч о ь о
я
г
!С
к
я
£
я
о ы о
я
г
!С
среднесуточная температура повышается от 5 до 15°С и соответственно понижается от 15 до 5°С).
Наблюдаемые изменения режима влажности оценивались с помощью коэффициентов увлажнения и сезонных сумм осадков.
Средние скорости (тренды) изменения всех исследуемых агроклиматических показателей за период с 1975 по 2004 г., осредненные по регионам, представлены в табл. 1. Построены также карты, характеризующие распределение трендов основных агроклиматических показателей на территории России и ближнего зарубежья. Из-за ограниченного объема статьи здесь приведены лишь некоторые из них (см. рис. 1—3).
На рис. 1 показано распределение средней скорости изменения температуры воздуха в июле и январе. Важнейшей закономерностью наблюдаемых изменений этих показателей на территории бывшего СССР, как следу-
Рис. 1. Средняя скорость изменения температуры воздуха (тренд) (°С/10 лет) за период с 1975 по 2004 г. в июле (а) и январе (б).
Рис. 2. Средняя скорость изменения (тренд) за период с 1975 по 2004 г. сумм активных температур выше 10°С (°С/10 лет; а) и годовой амплитуды температуры (°С/10 лет; б).
ет из рис. 1, является чередование вдоль круга широты меридионально вытянутых областей с положительными и отрицательными значениями трендов. Действительно, выделяются два сектора заметного роста температуры воздуха (западный: 20—50° в. д. и восточно-сибирский: 90—130° в. д.), которые сменяются секторами слабого роста и даже падения температуры (соответственно уральским и дальневосточным). Указанная закономерность прослеживается для всей земледельческой зоны (агросферы) России. Максимальная скорость роста температуры воздуха в январе, превышающая 1°С за 10 лет, приходится на западные районы России и Прибайкалье. В январе температура понижается в ряде районов Западной Сибири и Казахстана. Аналогичная закономерность наблюдается и для трен-
Рис. 3. Динамика (тренд) по данным наблюдений за 1975—2004 гг. индекса сухости (а) и коэффициента увлажнения (б).
дов температуры наиболее теплого месяца года. Максимальная скорость роста температуры в июле (до 1—1,2°С за 10 лет) отмечается на территории Беларуси, Украины и западных областей России, а также в Восточной Сибири. Вместе с тем на востоке европейской части России, в Западной Сибири и на Урале фиксируется понижение температуры в июле (до -0,3°С за 10 лет). В этом месяце температура понижается и на юге Дальнего Востока. Достаточно четко эта закономерность прослеживается и на карте трендов температуры за летний период в целом (см. карту в [4]). Географическое распределение трендов температуры в весенний период также следует этой схеме: температура воздуха растет (до 1,5—1,7°С за 10 лет) в западных районах Европейской России и понижается (до -0,3°С за 10 лет) на юго-востоке этого региона и на Южном Урале.
Описанная картина распределения трендов температуры нарушается лишь в осенний период. Максимальная скорость роста температуры осенью (до 1,0—1,3°С за 10 лет) отмечается в Предуралье (Оренбургская область и прилегающие районы) и на Дальнем Востоке (Амурская область).
На рис. 2а показано распределение трендов сумм активных температур воздуха, характеризующих изменение теплообеспеченности сельскохозяйственных культур. Зоны максимального роста теплообеспеченности (более 120°С за 10 лет) приходятся на западные районы Украины и Беларуси, а также на территорию Прибайкалья. Выделяется сектор минимального роста и даже уменьшения сумм активных температур — это Поволжье, Оренбургская область и Республика Башкортостан.
Данные о росте сумм активных температур (рис.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.