научная статья по теме Прогнозы динамики ландшафтов массива Монгун-Тайга (юго-западная Тыва) при заданных сценариях изменений климата Биология

Текст научной статьи на тему «Прогнозы динамики ландшафтов массива Монгун-Тайга (юго-западная Тыва) при заданных сценариях изменений климата»

науки о земле

(EARTH sciENcEs)

Б01: 10.12731^8^2015-4-15 УДК 911.2

ПРОГНОЗЫ ДИНАМИКИ ЛАНДШАФТОВ МАССИВА МОНГУН-ТАЙГА (ЮГО-ЗАПАДНАЯ ТЫВА) ПРИ ЗАДАННЫХ СЦЕНАРИЯХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА

Ганюшкин Д.А., Зелепукина Е.С., Гаврилкина С.А.

В статье рассматриваются чувствительность геосистем к внешним воздействиям на примере массива Мон-гун-Тайга. Информация о современном состоянии геосистем массива, об их эколого-климатических нишах и пространственном распределении значений климатических характеристик основана на многолетних непосредственных инструментальных наблюдениях авторов. Моделирование трансформаций ландшафтной структуры в горах под влиянием современных изменений климата проводилось с использованием цифровых моделей рельефа и полей климатических характеристик, для изменений геосистем нивально-гляциального пояса применялась разработанная авторами математическая модель. Выявленные эколого-климатические ниши геосистем (области их оптимумов)

используются для прогнозирования смещений границ, при этом учитываются наиболее вероятные длительновре-менные состояния геосистем при конкретном сочетании значений климатических параметров и соседства геосистем. Для временного среза около 2047-2050 гг. рассмотрены два климатических сценария. Первый сценарий основан на экстраполяции современных трендов по данным метеостанции Мугур-Аксы и предусматривает потепление на фоне сокращения атмосферных осадков. Во втором прогнозном сценарии RCP8.5 предполагается потепление и увлажнение. Полученные прогнозы трансформации ландшафтной структуры массива позволяют сделать выводы, что наиболее изменчивыми являются высокогорные геосистемы, в первую очередь - снежно-ледовые образования, а также ландшафты перигляциальной зоны. Наибольший размах площадных изменений к середине XXI века следует ожидать при реализации климатического сценария «потепление на фоне иссушения».

Ключевые слова: горные ландшафты; аридный климат; динамика; прогнозы.

FORECASTS OF LANDSCAPE DYNAMICS OF MONGUN-TAIGA MASSIF (SOUTH-EAST TYVA) FOR PREDETERMINED SCENARIOUS OF CLIMATIC CHANGES

Ganyushkin D.A., Zelepukina E.S., Gavrilkina S.A.

Sensibility of geosystems to external influence is considered in the case of Mongun-Taiga massif. Information about the current state of geosystems of the massif, their ecological climatic niches and spatial distribution of climatic characteristics is based on multiyear in situ instrumental observations of the authors. Modeling of landscape structure transformation influenced by climate change in the mountainous area is done through digital models of relief and fields of climatic characteristics. Changes of geosystems of glacio-nival zone are evaluated through the mathematical model, created by authors. Revealed ecoclimatic niches of geasystems (areas of their optimum) are used for the prediction of the borders shift, the most probable continuous geosystem states for specific combination of climatic characteristic values and geosystems vicinity are taken into account. Two scenarios are considered for 20472050. The first one is based on extrapolation of current trends of meteo data of Mugur Aksy meteorological station , warming on the background of threduction of precipitation is expected. In the second forecast scenario based on RCP8.5 model warming and moistering are expected. Forecasts of transformation of landscape structure of the massif obtained give the opportunity to conclude that high mountain geosystems, mostly snow-ice formations, and also periglacial zone landscapes are the most changeable. Most area changes by the middle of the XXI century are predicted for the scenario of warming on the background of aridization.

Keywords: mountain landscapes; arid climate; dynamics; forecasts.

Введение

В последние десятилетия многие мировые климатические сценарии основываются на расчетах техногенных выбросов парниковых газов в атмосферу и предполагают повышение средней глобальной температуры поверхности Земли почти до 6°С к 2100 году [1]. Прогнозные сценарии предполагают и одновременное увеличение атмосферных осадков [2], [3], [4]. Однако расчлененный горный рельеф всегда дает более разнообразную картину потенциальных климатических изменений. Последнее относится и к территории массива Монгун-Тайга, являющегося кластером биосферного заповедника Убсунурская котловина. Эта территория служит «полигоном» многолетних полевых исследований сотрудников факультета географии и геоэкологии СПбГУ в различных областях наук о Земле (гляциология, гидрология, климатология, ландшафтоведение, палеогеография и др.).

Цель работы

Основная цель работы заключается в оценке изменений структуры высотной поясности массива Монгун-Тайга при реализации сценариев потепления климата. В ходе работы помимо количественных оценок изменений площадей и смещения высотных границ различных типов ландшафтов были смоделированы потенциальные изменения снежно-ледовых образований, а также составлены прогнозные карты ландшафтной структуры массива для соответствующих климатических сценариев.

Материалы и методы

Работа основывается на результатах многолетних экспедиций (с начала 1990-х), на основе которых была составлена ландшафт-

ная карта массива масштаба 1:100 000 [5], схема распространения криогенных комплексов. Сравнительный анализ ландшафтной структуры высотных ступеней, выявление экспозиционных особенностей распределения геосистем, а также моделирование пространственных полей распределения значений климатических параметров проводились с помощью картографических и карто-метрических методов, в том числе с использованием цифровой модели рельефа с шагом 1 арк-секунда. Кроме того, было проведено дешифрирование имеющихся космических снимков высокого разрешения (от 30 до 2,5 м): Landsat 7 04.09.2001; Landsat-8 12.08.2013; Spot-5 19.09.2011.

В работе использовались ряды непрерывных наблюдений по температуре и осадкам (с 1966 г. по н.вр.) [6] ближайшей к массиву метеостанции Мугур-Аксы (1830 м), а также данные, полученные в ходе инструментальных метео- и гидрологических (включая балансовые) наблюдений авторов в разные годы в перигляци-альной зоне и на ледниках.

Для прогнозов динамики ледников использовалась модель связи изменений высоты фирновой границы А2ф с изменением количества осадков Р (раз) и средней летней температуры АТ, разработанная на основе подхода Г.Е. Глазырина [7]. Этот подход базируется на расчете показателей абляции для фирновой границы по средним температурам летних месяцев (экстраполированных от ближайшей метеостанции) и допущения, что средняя многолетняя абляция на уровне фирновой границы равна средней многолетней аккумуляции.

Расчеты осуществляются по формуле:

д*ф=р .лкцф)-шш+д) (1),

Е

где АХф, м - депрессия фирновой линии или её подъём, Ак^ф), мм - современные значения аккумуляции на высоте фирновой линии; Р—отношение количества осадков исследуемого периода к современному при реконструированной депрессии фирновой линии; Аб(Т^ф)+ДТ), мм - абляция (в слое воды) на современной высоте фирновой границы при изменении температуры на ДТ; Е, мм/м—энергия оледенения с учетом изменения высоты фирновой линии и климатических условий.

Энергия оледенения рассчитывается по формуле:

Е = Р .к(ДДР\ДАб (2),

Д1) I

где К - коэффициент концентрации осадков на фирновой границе, ДР/ДД мм/м - градиент осадков в высотном поясе изменения фирновой границы, ДАб/Д2, мм/м - градиент абляции в высотном поясе изменения фирновой границы.

Абляция рассчитывалась с учетом региональных зависимостей таяния от температуры, полученных на основе натурных наблюдений [8], [9], при расчетах количества осадков были использованы значения высотного плювиометрического градиента 7 мм/100 м, также полученные на основе натурных наблюдений для массива Монгун-Тайга.

Для определения положения концов ледников по полученным значениям ^ф были рассмотрены связи отношения ДZф/ДL со средним уклоном поверхности ледника в малую ледниковую эпоху (а), ° Коэффициент корреляции оказался равен 0.82, зависи-

мость имеет вид:

— = 0,014а - 0,059 (3).

АЬ

После расчетов положения концов ледников их контуры восстанавливались с учетом рельефа и положения ледоразделов.

Разреженность сети метеостанций региона, расположенных преимущественно в межгорных котловинах, затрудняет адекватную интерполяцию значений климатических параметров с учетом орографических особенностей территории. Так, ближайшая к ГМС Мугур-Аксы метеостанция Кош-Агач (1759 м) расположена приблизительно в 110 км от массива.

Построение полей пространственного распределения значений среднелетней температуры воздуха и количества осадков проводилось на основе данных метеостанции Мугур-Аксы и цифровой модели рельефа с учетом полученных ранее значений склонового термического градиента для летнего сезона (0,69°С/100 м) и плювиометрического вертикального градиента для годовой суммы осадков [10]. Наложение смоделированных полей и ландшафтных контуров позволило выявить условия существования различных типов растительности и установить климатические границы их распространения в пределах массива. Для выявления тенденций трансформации ландшафтной структуры исследуемой территории для каждой гесистемы были составлены матрицы вероятностей встречаемости в зависимости от интервалов значений климатических параметров, рассчитанные как отношение площади геосистемы при определенном сочетании условий тепло- и влагообеспеченности к общей его площади на массиве.

Затем производился расчет потенциальной площади сообществ при измененных климатических условиях путем умножения прогнозного значения площади ячейки «температура-осадки» на встречаемость (в долях единицы) данного сообщества в современных условиях. В процессе моделирования подразумевалось, что трансформации подвергаются только те участки растительных сообществ, которые оказались за пределами своих климатических оптимумов при реализации выбранного сценария. Сопоставление потенциальных площадей с современными позволило выявить направленность динамики трансформаций ландшафтной структуры и оценить размах высотных и площадных изме

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.

Показать целиком