Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Согласно докладу межправительственной группы экспертов по изменению климата данные наблюдений и модельных расчетов показывают, что климат территории России более чувствителен к глобальному потеплению, чем климат многих других регионов земного шара. За период 1976–2006 гг. среднее потепление по России достигло 1,33 °С. Наблюдаются значительные межгодовые колебания средней температуры приземного слоя воздуха. Годовая сумма осадков за это время в целом по территории России увеличивалась (7,2 мм/10 лет). Однако в характере региональных изменений осадков наблюдались значительные различия. В Западной Сибири наиболее заметным было увеличение осадков весеннего сезона (16,8 мм/10 лет). По данным спутниковых измерений площадь снежного покрова в Северном полушарии за последние 30 лет значительно сократилась, особенно весной и летом. Основной причиной этих наблюдаемых изменений стало повышение температуры приземного воздуха. Однако в некоторых регионах с очень низкой среднегодовой температурой наблюдалось увеличение высоты снежного покрова, что объясняется увеличением количества осадков. Во второй половине XX века, особенно в его последней четверти, на многих участках зоны многолетней мерзлоты происходило увеличение температуры верхнего слоя многолетнемерзлых пород, в отдельных регионах отмечалось увеличение глубины сезонного протаивания. Температура многолетней мерзлоты на севере Западной Сибири увеличилась в среднем на 1 °С [6].

В условиях изменяющегося климата в ХХ веке в ряде регионов произошли заметные сдвиги сроков фенологических событий у растений, в том числе развертывания листьев, у животных (например, прилета птиц) и границ растительных зон в пространстве, а также изменения структуры экосистем. При дальнейшем потеплении в XXI веке эти тенденции сохранятся. Границы растительных зон будут, как правило, сдвигаться к северу. В Сибири площадь лесов может сократиться при одновременном увеличении флористического разнообразия. Потенциально изменения могут приводить к рассогласованию межвидовых взаимодействий в экосистемах, изменению границ растительных зон и высотных поясов растительности в горах, а также изменению структуры экосистем. Заповедники и другие особо охраняемые территории могут частично утратить свое природоохранное значение вследствие таких климатогенных изменений [6].

Цель исследования – выявление сезонной динамики на фоне современного изменения климатических условий территорий Крайнего Севера.

Материал и методы исследования

В данном исследовании использованы многолетние метеорологические данные специализированных массивов для климатических исследований Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации – Мировой центр данных (ВНИИГМИ – МЦД), а также материалы фенологического архива Русского географического общества, данные авиационной метеорологической станции города Нижневартовска.

Применялись методы исследования: исторический, описание, фенологические и климатические наблюдения, измерение, социологические методы (опрос), синтез, анализ, математический, картографирование.

Результаты исследования и их обсуждение

В условиях изменяющегося климата с резкими колебаниями местных погодных условий изучение сезонной ритмики природы становится еще более актуальным. Все явления природы, периодически повторяющиеся через определенные сроки, являются хорошими комплексными показателями местных физико-географических условий. В процессе своего развития они отражают воздействие всей суммы географических факторов и, в первую очередь, климата [2]. Только ежегодные наблюдения за текущими сезонными процессами в конкретной местности дадут возможность проследить тенденции изменений природных процессов. Поэтому большое значение в современных исследованиях процессов изменений климата приобретают фенологические сведения [12].

В пределах Тюменской области, особенно в ее северных регионах, где климатические изменения наиболее заметны, фенологические данные могут отвечать на ряд важных практических вопросов. Стоит отметить, что по сравнению, например, с Европейской территорией России, в Западной Сибири, в частности, в регионах Крайнего Севера, количество пунктов фенологических наблюдений невелико, поэтому здесь необходимо развивать исследования в данном направлении.

Нами проанализированы основные метеорологические и фенологические многолетние данные по некоторым населенным пунктам Тюменской области (г. Салехард, п. Аксарка (ЯНАО), г. Ханты-Мансийск, г. Сургут, г. Нижневартовск (ХМАО-Югра), г. Тюмень), которая располагается в пределах Западно-Сибирской равнины (рис. 1).

Западная Сибирь – страна с достаточно суровым, континентальным климатом. Большая протяженность ее с севера на юг обусловливает отчетливо выраженную зональность климата и значительные различия климатических условий северных и южных частей Западной Сибири, связанные с изменением количества солнечной радиации и характером циркуляции воздушных масс, особенно потоков западного переноса. Южные провинции страны, расположенные в глубине материка, на большом расстоянии от океанов, характеризуются, кроме того, большей континентальностью климата. Тюменская область имеет экстремальные природно-климатические условия на большей части территории – 90 % ее отнесено к районам Крайнего Севера или приравнено к ним [10].

Ямало-Ненецкий автономный округ находится в северной части Западной Сибири. Среднегодовая температура воздуха – отрицательная, а на Крайнем Севере ниже –10 °С. Зима холодная, длится около восьми месяцев. Минимальные температуры опускаются до –59 °С, лето короткое, умеренно прохладное. Наиболее теплый месяц на юге – июль, на севере – конец июля-август, в это время температура может подняться до + 30 °С на всей территории [15].

Анализ среднегодовой температуры воздуха с 1924 по 2010 гг. по данным метео­станции г. Салехарда, показывает многолетний ход температуры воздуха, в котором можно отметить чередование относительно высоких температур с достаточно низкими. В целом наиболее холодный период наблюдался с начала 60-х до середины 80-х гг. XX века. В это время зафиксирована наибольшая повторяемость из года в год наименьших показателей среднегодовой температуры воздуха (–8,4 °С, –8,5 °С, –8,8 °С, –9,3 °С) (рис. 2). В последние десятилетия XX века в г. Салехарде отмечается тенденция роста среднегодовой температуры воздуха и максимальное значение (–1 °С) приходится на 2000 год (см. рис. 2).

Рис. 1. Тюменская область на карте Западной Сибири. Пункты фенологических и метеорологических наблюдений

Рис. 2. График среднегодовой температуры воздуха (оС) г. Салехарда (1924–2010 гг.) [7]

Характерной чертой для территории округа является преобладание циклонического типа погоды в течение всего года, и особенно в переходные сезоны и в начале зимы. В связи с этим с декабря по февраль, а также в августе-сентябре наблюдаются туманы. Довольно часты магнитные бури, в зимнее время они нередко сопровождаются полярным сиянием [15].

Средняя сумма атмосферных осадков в год за период наблюдений 1966–2010 гг. составляет 450 мм. Отмечается смена периодов незначительного и достаточно большого количества атмосферных осадков. Максимум осадков составил в 1966, 1995 гг. – их значение превышало 600 мм, также много осадков наблюдалось в начале 80-х гг. В первом десятилетии XX века линия тренда показывает увеличение атмосферных осадков в г Салехарде (рис. 3).

Изменение в течение года метеорологического компонента ландшафта влечет за собой изменения гидрологического и почвенного, а затем фито- и зоофенологического компонентов. Следовательно, сезонные изменения в живой природе – ответная реакция на изменения всего комплекса компонентов неживой природы. В свою очередь, сезонные изменения растительности не только свидетельствуют об изменении других компонентов ландшафта, но, как наиболее ярко выраженные и, тем самым, обуславливающие изменения облика ландшафта, могут считаться индикаторами сезонных изменений в природе [8].

Рис. 3. Годовое количество атмосферных осадков (мм) г. Салехарда (1966 – 2010 гг.) [7]

Поскольку г. Салехард и п. Аксарка располагаются на широте северного полярного круга, эти территории характеризуются суровыми климатическими условиями, даты фенологических явлений наступают значительно позднее по сравнению с территориями Среднего Приобья и тем более югом Тюменской области. Так, разница в фенологических реакциях на метеорологические условия с территорией Нижневартовска составляет до двух с половиной недель. На графиках можно наблюдать смещение сроков наступления феноявлений весеннего сезона в 60-е – 80-е гг. XX века в сторону опозданий, когда наблюдалось относительное похолодание (рис. 4).

В середине 1990-х и начале 2000-х гг. в пункте наблюдений п. Аксарка отчетливо наблюдаются реакции фито- и зоофенологического компонентов, а также гидрометеорологических параметров на потепление. Например, пролет гусей, уток, появление первых проталин, начало ледохода на реке Обь, начало облиствения берез, появление комаров (рис. 5).

При анализе фенологических процессов летнего периода на территории Ямало-Ненецкого округа выделяется период 1976–1977, а также начало 1990-х гг. В это время раньше происходит охвоение лиственниц, облиствение берез, цветение шиповника, брусники, созревание ягод и др. Относительное понижение среднегодовой температуры воздуха в 1960–1980 гг. также повлияло на сезонные явления в природе (рис. 6).

Одним из главных индикаторов наступления осеннего сезона является начало пожелтения берез. Средняя дата наступления в п. Аксарка этого явления – 27 августа. Сроки появления устойчивого снежного покрова и ледостава на реке Обь к середине первого десятилетия XXI века наступают позже – к двадцатым числам октября и к первой декаде ноября соответственно (рис. 7).

Рис. 4. Динамика фенологических явлений в г. Салехарде и его окрестностях (1953–1971 гг.) [1, 3]

Рис. 5. Динамика фенологических явлений весеннего сезона в п. Аксарка и его окрестностях (1963–2005 гг.) [1]

Рис. 6. Динамика фенологических явлений летнего сезона в п. Аксарка и его окрестностях (1963–2005 гг.) [1]

Рис. 7. Динамика фенологических явлений осеннего и зимнего сезоновв п. Аксарка и его окрестностях (1963–2005 гг.) [1]

Ханты-Мансийский автономный округ располагается в центральной части Западно-Сибирской равнины. Самым холодным за период с 1897 по 2010 гг. было окончание XIX столетия. Минимальное среднегодовое значение температуры воздуха, которое составило ?7,8 °С, зафиксировано в 1918 году. К тридцатым годам XX века начинается постепенный рост годовой температуры воздуха, который в конце 1970-х гг. сменился незначительным похолоданием. Самая высокая среднегодовая температура воздуха отмечалась в 1995 году и составила + 1,9 °С (рис. 8).

Рис. 8. График среднегодовой температуры воздуха (°С) г. Ханты-Мансийска (1897–2010 гг.) [7]

Отличительной особенностью в многолетнем ходе среднегодовой температуры воздуха на территории автономных округов – положительные ее значения в отдельные годы на территории ХМАО-Югры. Таким образом, заметное потепление зафиксировано в 30–40-х гг. XX в., с 1980-х – до середины 1990-х гг., а также повышение температуры воздуха намечается в последнее десятилетие (рис. 8).

Климатические изменения направлены в сторону периодического снижения и повышения увлажненности. В 60-х, 70-х и 80-х годах наблюдался относительно сухой период. В последнее время на территории г. Ханты-Мансийска наблюдается снижение количества атмосферных осадков, но в некоторые годы (1975, 1978, 1986, 2002 гг.) их сумма составила от 600 и выше 750 мм (рис. 9).

Как и на широте северного полярного круга, ряд фенологических явлений реагирует на понижение температуры воздуха в 1960–1970-х гг. поздним наступлением. Однако в конце 1950 – начале 1960-х гг. наблюдалось ранее появление первых проталин, таяние снежного покрова, прилет первых стай гусей (рис. 10).

Рис. 9. Годовое количество атмосферных осадков (мм) г. Ханты-Мансийска (1966–2010 гг.) [7]

Рис. 10. Динамика фенологических явлений в г. Ханты-Мансийскеи его окрестностях (1947–1970 гг.) [1, 3]

Для двадцатилетней динамики фенологических процессов г. Сургута характерно относительно единовременное наступление феноявлений. Значительные сдвиги в сторону опоздания на протяжении всех сезонов года выделяются лишь в конце 1970 – начале 80-х г. (начало ледохода на реке Обь, облиствение берез, охвоение лиственницы, цветение одуванчиков, цветение рябины, конец листопада берез, первый заморозок на почве, устойчивый снежный покров, ледостав) (рис. 11).

Среднегодовой ход температуры воздуха в г. Нижневартовске за 1988–2011 гг. разнообразен: относительно высокие среднегодовые температуры отмечаются в середине 1990-х гг. с максимальным значением + 1,6 °С – в 1994 г.; а минимум (–3,6 °С) приходится на 2010 г. В целом за 24 года линия тренда показывает тенденцию к снижению среднегодовой температуры воздуха (рис. 12).

Рис. 11. Динамика фенологических явлений в г. Сургуте и его окрестностях (1970–1990 гг.) [1]

Рис. 12. График среднегодовой температуры воздуха (°С) г. Нижневартовска (1988–2011 гг.) [13]

Рис. 13. Годовое количество атмосферных осадков (мм) г. Нижневартовска (1988–2011 гг.) [13]

Годовое количество осадков по данным метеостанции Нижневартовска заметно увеличивается в течение последних лет, особенно в теплый период года. Если сравнивать многолетний ход годового количества атмосферных осадков, то по сравнению с г. Салехардом и г. Ханты-Мансийском в Нижневартовском районе их количество намного превосходит (рис. 3, 9, 13.). Несмотря на то, что г. Ханты-Мансийск, Сургут и Нижневартовск располагаются практически на одной широте, ряд физико-географических факторов обуславливают различия в микроклиматических условиях данных населенных пунктов, что отражается на фенологических процессах.

С 2007 года нами проводятся фенологические сезонные наблюдения и анализ метеорологических процессов, происходящих в атмосфере города Нижневартовска и его окрестностях. Центральной и, в известном отношении, самостоятельной частью фенологической характеристики территории является ее календарь природы – 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 [8]. По результатам сезонных наблюдений нами составлен календарь природы территории города Нижневартовска и его окрестностей (по Ю.И. Гордееву) (таблица).

Календарь природы г. Нижневартовска и его окрестностей (2007–2011 гг.)

Как показывают результаты нашего исследования, изменчивость сезонных метео­рологических и гидрологических явлений в окрестностях города Нижневартовска достаточно велика в отдельные годы, и, как следствие, происходит смещение сроков наступления фенологических фаз и изменяются фенологические ритмы. Климатические воздействия оказывают влияние на биоритмы живой и неживой природы.

Отличительными особенностями климатических условий юга Тюменской области являются продолжительная, умеренно суровая снежная зима и теплое лето, что характерно для континентального климата. Разница температур лета и зимы составляет в среднем около 35 °С. Средняя температура в январе составляет около –19...–17 °С, в июле – +19 °С. Зимой в отдельные дни почти ежегодно температура ночью понижается до –36...– 44 °С, но в январе бывают и оттепели до +2 °С. В летний период нередки заморозки до –2...– 3 °С [11].

Среднегодовые температуры воздуха за многолетний период в основном характеризуются положительными значениями (до +4,1 °С в 1995 г.), лишь в отдельные годы 50–60-х гг. прошлого столетия зафиксированы отрицательные показатели (минимум составил -1,8оС в 1969 г.). Следует отметить, что к концу первого десятилетия XXI века температура воздуха на юге Тюменской области имеет устойчивую тенденцию к потеплению (рис. 14).

Рис. 14. График среднегодовой температуры воздуха (°С) г. Тюмени (1951 – 2010 гг.) [7]

Количество осадков колеблется от 200 до 600 мм в год, они выпадают преимущественно с мая по октябрь. Зимой также часто наблюдаются сильные ветры с метелями (до 15–20 м/с). На юге области теплая погода наступает довольно рано – в апреле и держится до середины или конца октября [11].

В отличие от северных территорий Западной Сибири (за исключением окрестностей г. Ханты-Мансийска) на юге Тюменской области наряду с повышением температуры воздуха отмечается уменьшение годовой суммы осадков (рис. 15).

Похолодание в 1960–1980-е гг. XX в., которое отчетливо прослеживается в северных регионах Тюменской области, на юге менее выражено, но хорошо заметно по реакции растительного и животного мира (появление проталин, пролет птиц, начало ледохода, появление трясогузок, цветение кустарников весной происходило позднее средних сроков) (рис. 16).

Рис. 15. Годовое количество атмосферных осадков (мм) г. Тюмени (1966–2010 гг.) [7]

Рис. 16. Динамика фенологических явлений весеннего сезона в г. Тюмени и его окрестностях (1968–1993 гг.) [1, 3]

Сезонные явления в летний, осенний и зимний периоды также зависят от метео­рологических условий и по сравнению с территориями северной части Тюменской области и Среднего Приобья в данной местности фенологические явления наступают намного раньше (рис. 17).

Ряд фенологических явлений юга Тюменской области по срокам наступления наблюдается позднее, чем в ХМАО-Югре и ЯНАО. Динамика феноявлений в г. Тюмени в осенне-зимние периоды не отличается постоянством, выделяются и аномально ранние (поздние) даты наступления сезонных явлений, например, начало пожелтения берез 3 августа 1985 г., первый снегопад 2 ноября 1991 г., ледостав на реке Тура 13 декабря 1989 г. (рис. 18).

Рис. 17. Динамика фенологических явлений летнего сезонав г. Тюмени и его окрестностях (1968–1993 гг.) [1, 3]

Выводы и заключение

Проведенные исследования позволили сделать некоторые выводы о сезонной динамике метеорологических условий и ее влиянии на окружающую природную среду северных территорий. Проанализирован и сопоставлен многолетний ход температуры воздуха, атмосферных осадков по данным метеостанций г. Салехарда, г. Ханты-Мансийска, г. Нижневартовска и г. Тюмени. Проведен анализ и представлены в виде графиков данные фенологических явлений из архива Русского географического общества по населенным пунктам Западной Сибири: г. Салехард, п. Аксарка (ЯНАО), г. Ханты-Мансийск, Сургут (ХМАО-Югра) и г. Тюмень (Тюменская область).

Рис. 18. Динамика фенологических явлений осеннего и зимнего сезонов в г. Тюмени и его окрестностях (1968–1993 гг.) [1, 3]

Нами выявлены особенности реакции фенологических явлений на метеорологический компонент в окрестностях города Нижневартовска, это проявляется в смещении сроков наступления фенофаз в субсезонах и особенно хорошо прослеживается в осенние и весенние периоды года, зафиксированы погодные условия аномального характера, не соответствующие установленным нормам. Между фенологическими и климатическими явлениями существует коррелятивная связь [5, 8, 9]. Весной она максимальна, летом ослабевает, осенью вновь усиливается. Наиболее тесные связи температур с фитофенологическими явлениями. При этом погодичная изменчивость температур значительнее, чем изменчивость фитофенологических явлений [5, 8]. При неустойчивых погодных условиях, когда температуры могут вернуться к пройденным рубежам, фенологический процесс может быть замедлен, но уже необратим. Температурные рубежи начала тех или иных сезонных явлений имеют значение лишь в среднем многолетнем выводе. В отдельные же годы термическое начало этапов сезонного развития природы может по срокам сильно расходиться с фенологическим.

Таким образом, современная динамика природных процессов очевидна и требует дальнейших исследований. И важную роль приобретают фенологические исследования, в частности, фенологическая характеристика территорий, которая дает картину сопряженного развития всего комплекса в годичном цикле и отвечает на множество практических вопросов, связанных с освоением новых земель, с размещением отраслей сельского хозяйства и отдельных сельскохозяйственных культур. 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 [8].

Для комплексной оценки наблюдаемых и прогнозируемых изменений климата необходимо дальнейшее развитие научных исследований в области изменений климата, их последствий (в том числе социально-экономических) и возможностей адаптаций как в целом по стране, так и на региональном уровне [6].