ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2008, № 2, с. 27-35
= ТЕОРИЯ И СОЦИАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ГЕОГРАФИИ
КЛИМАТ И ОПУСТЫНИВАНИЕ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ РОССИИ1
© 2008 г. А. Н. Золотокрылин
Институт географии РАН Поступила в редакцию 26.06.2007 г.
В нынешнем году исполняется 70 лет доктору географических наук, профессору, ведущему научному сотруднику лаборатории климатологии Института географии РАН - Александру Николаевичу Золотокрылину. Многие годы он плодотворно работает над проблемами климатообразу-ющей роли растительности, глобальных изменений климата и его проявлений в аридных регионах. Он автор концепции климатического опустынивания засушливых земель и один из создателей новой карты климатического районирования России.
Редколлегия присоединяется к поздравлениям юбиляру и публикует в первом разделе одну из его последних работ, посвященных проблемам климатического опустынивания. Поздравляем! Здоровья, успехов в работе!
Обсуждается влияние климата на антропогенное опустынивание засушливых земель России. Показано, что антропогенное опустынивание происходит вне сферы действия климатического опустынивания, а аридизация климата поддерживается положительной обратной связью в системе альбедо-осадки лишь эпизодически в годы опасных засух. Наблюдаемое восстановление растительного покрова в европейском субрегионе опустынивания объяснено снижением засушливости климата в конце 1980-х годов и резким падением антропогенной нагрузки на экосистемы в середине 1990-х годов. Основную роль в этом процессе сыграло сокращение антропогенной нагрузки. Засушливость климата имеет тенденцию к ослаблению в европейском субрегионе и усилению в восточной части азиатского субрегиона в конце XX в. Выявлены признаки нового усиления в последние годы антропогенных нагрузок на засушливые экосистемы, особенно в европейском субрегионе.
Введение. Опустынивание засушливых земель есть результат взаимодействия множества факторов, среди которых климат становится одним из главных. Климатический фактор часто накладывается на локальный/региональный антропогенный в районах максимальной хозяйственной нагрузки. В этом случае опустынивание принимает катастрофический характер. Последствия этих взаимодействующих факторов очень трудно разделить, так как они не являются простым суммированием климатических и антропогенных воздействий.
В целом опустынивание целесообразно рассматривать как результат взаимодействия ариди-зации и антропогенной деградации засушливых земель. Соотношение и взаимодействие этих составляющих - один из ключевых вопросов опустынивания. Ориентиром при его решении может служить дифференциация засушливых земель по степени доминирования одной из них.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 0705-00593).
Следствием такого взгляда на опустынивание является постановка фундаментальных вопросов: (1) как взаимодействие аридизации и антропогенной деградации земель поддерживается обратными связями; (2) можно ли разделить эффекты климатических и антропогенных воздействий; (3) цикличны ли процессы опустынивания; (4) как глобальное потепление влияет на опустынивание. Обсуждению перечисленных выше вопросов применительно к засушливым землям России посвящена данная статья. Отметим, что территория исследования охватывает засушливые земли равнин России, которые представлены полупустынными и степными ландшафтами по классификации А.Г. Исаченко [17].
Несмотря на то что ответы на эти вопросы требуют дополнительных исследований, в последнее время стали известны новые подходы для их решения. Например, обоснована концепция и предложен метод мониторинга климатической составляющей опустынивания [10, 11]. Мониторинг климатического опустынивания в крупнейших аридных регионах Евразии и Северной Африки в последние
декады XX в. показывает, что области преимущественного проявления климатической и антропогенной составляющих опустынивания чаще разнесены, чем пересекаются. Этот результат полезен для разработки методики раздельного изучения составляющих опустынивания.
Плодотворно для будущих исследований одно из главных положений концепции: климатическое опустынивание - результат взаимодействия региональных процессов аридизации и деградации засушливых земель в климатической системе с положительными и отрицательными обратными связями альбедо-осадки. Климатическое опустынивание начинается тогда, когда аридизация поддерживается положительной обратной связью.
Взгляд на климатическое опустынивание как на циклический процесс заслуживает особого внимания. В нем содержится одно из фундаментальных проявлений природных процессов - цикличность. Аридизация циклична, что важно для изучения процессов природной и антропогенной деградации засушливых земель. В фазу ослабления аридизации антропогенная деградация динамичных компонентов ландшафтов, как правило, проявляется в меньшей степени. В этом случае вероятна обратимость антропогенного опустынивания.
Современное опустынивание развивается в условиях глобального потепления, характеризующегося повышением среднегодовой приземной температуры воздуха на суше, особенно в засушливых внутриконтинентальных регионах [36]. Одновременно вне засушливых регионов суши отмечается слабая тенденция к увеличению количества осадков. В связи с этим исследования увлажнения на пределе распространения засушливых земель в ситуации глобального потепления приобретают особую актуальность.
Гипотеза климатического опустынивания.
Аридизация регионального климата, поддерживаемая положительной обратной связью альбедо-осадки, рассматривается как климатическое опустынивание [10, 11]. Согласно гипотезе, климатическое опустынивание проявляется в малоинерционных компонентах ландшафтов (растительный покров, влагозапасы в почве и т.д.) в масштабе первых десятилетий или жизни одного поколения. С этой точки зрения, оно характеризуется: (1) обратимой утратой части растительного покрова и (2) деградацией части растительного покрова с низкой способностью к восстановлению в условиях чрезмерной антропогенной нагрузки. В данном определении, с одной стороны, подчеркивается важная природная особенность климатического опустынивания - цикличность процесса, а с другой - учитывается хрупкость равновесия в системе засушливые земли-атмосфера, которое может быть нарушено деятельностью человека по типу положительной обратной связи.
На рис. 1 схематично показаны положения гипотезы климатического опустынивания с обратными связями в тропиках. Изменения климата и антропогенная деятельность выступают в качестве внешних факторов обратных связей. Новым положением, долгое время остававшимся незамеченным, является включение в список параметров повторяемости осадков. Интенсивность опустынивания определяется не только уменьшением суммы осадков, но и уменьшением их повторяемости (особенно эффективных осадков >5 мм/сут). Увеличение повторяемости осадков сдерживает опустынивание, даже если сумма осадков остается постоянной. На схеме представлена положительная обратная связь (альбедный механизм опустынивания Чарни). Он характеризуется доминированием радиационного регулирования температуры поверхности с отрицательной корреляцией между альбедо и температурой на экстрааридных и большей части аридных земель. Отрицательная обратная связь с эвапотранспира-ционным регулированием и положительной корреляцией между параметрами доминирует в суб-гумидных и отчасти семиаридных землях (рис. 1). Процесс аридизации ослабевает по направлению от экстрааридных земель к субгумидным. Положительная обратная связь может переключаться на отрицательную в переходной области от аридных земель к субгумидным, где значение радиационного регулирования температуры поверхности уменьшается по сравнению с эвапотранспира-ционным (рис. 1).
Таким образом, аридизация поддерживается положительной обратной связью в региональной климатической системе с доминированием радиационного регулирования температуры земной поверхности. В этом случае она характеризуется как климатическое опустынивание. Его следствием является деградация природных ресурсов засушливых земель, в первую очередь водных и растительных. Во второй половине XX в. возрастает значение антропогенного опустынивания как дополнительного регулятора положительной обратной связи. В то же время отрицательная обратная связь препятствует развитию аридизации.
Наступление климатического опустынивания -доминирование положительной обратной связи по отношению к отрицательной - происходит тогда, когда зеленая фитомасса и ее индикатор - вегетационный индекс (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) уменьшаются до пороговых значений: 0.5 т/га в сухом весе и 0.07 соответственно [10]. Это совершается в период часто повторяющихся опасных засух или/и обширной антропогенной деградации засушливых земель. Таким образом, антропогенная деградация растительности, обусловленная чаще всего перевыпасом, ускоряет достижение фитомассой порогового значения и, следовательно, распространение климатического опустынивания.
Параметры
Изменение параметров обратные связи Положительная Отрицательная
Регулирование температуры поверхности
tS Радиационное
tS Эвапотранспирационное
% 100
50 -
Аридизация + деградация Процессы: Ресурсы: Влажность | — | Водн. Дефляция | + | Растит. Продуктив. | — | Почв.
Гумидизация + восстановление
Процессы: Ресурсы: Влажность | + | Водн. | + | Дефляция | - | Растит. | + | Продуктив. | + | Почв. | + |
Деградация
Экстрааридные Аридные
Семиаридные
Субгумидные земли
~250-300 км
Индикаторы:
Запасы зеленой фитомассы < 0.5 т с. в./га Средний вегетеционный индекс - КБУ1 < 0.07 Годовая сумма осадков < 190 мм
ШУ1 = (К2 - К1)/(К2 + К1),
К1 - отражение в области 0.55-0.68 мкм
К2 - отражение в области 0.72-0.11 мкм
Рис. 1. Схема обратной связи альбедо-осадки в климатической системе засушливых тропиков. Изменения параметров: плюс - увеличение, минус - уменьшение.
a
a
Концепция КБУ1 базируется на разном отражении радиационных потоков растительным покровом в видимом (0.58-0.68 мкм) диапазоне солнечного спектра (К1) и ближнем инфр
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.