Оценка и прогноз современных изменений климата Алтайского региона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат географических наук Харламова, Наталья Федоровна

• Харламова, Наталья Федоровна
• кандидат географических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат географических наук Харламова, Наталья Федоровна

Введение

Глава 1. Основные теоретические положения и методы исследования состояния климата

1.1. Понятия и термины, применяемые при изучении изменений климата

1.1.1 Обзор определений понятия «климат»

1.1.2 Изменения и изменчивость климата

1.2. Методы исследований состояния и изменений климата

1.3. История изучения изменений климата на основе инструментальных наблюдений

Глава 2. Изменения климата Алтайского региона по данным инструментальных наблюдений

2.1. Оценки состояния и изменений климата России

2.2. Изменения термического режима территории Алтайского региона

2.2.1. Изменения термического режима в пределах равнинной территории

2.2.2. Изменения термического режима в пределах горной территории

2.3. Изменение режима увлажнения Алтайского региона

2.3.1. О репрезентативности данных наблюдений по количеству осадков

2.3.2. Изменение увлажнения территории Алтайского региона

Глава 3. Динамика соотношения тепло- и влагообеспеченности территории Алтайского региона

3.1. Особенности засушливости климата равнинной территории

3.2. О возможной взаимосвязи распределения температуры воздуха и годового количества осадков с солнечной активностью

3.3. Косвенные индикаторы состояния климата Алтайского 76 региона

3.4 Континентальность климата как интегральная 84 характеристика климатического режима ландшафтов

Глава 4. Экологические последствия климатических изменений в 93 Алтайском регионе на примере урожайности сельскохозяйственных культур

4.1. Воздействие климатической изменчивости на урожайность 93 сельскохозяйственных культур в равнинной части Алтайского региона

4.2. Возможные изменения климатического фактора 101 урожайности зерновых культур на равнинной территории Алтайского региона

Глава 5. Прогнозирование климатических параметров Алтайского 107 региона на современный и последующий периоды

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и прогноз современных изменений климата Алтайского региона»

Актуальность темы исследования. В основе исследования лежит представление о климате, как важнейшем экологическом факторе, участвующем, прежде всего, в реализации законов, обеспечивающих существование и эволюционное развитие живых организмов - растений, животных, человека (Исаев, 2003). Уже первооснователь экологии, как самостоятельной науки, Э. Геккель среди фундаментальных экологических факторов обозначил приоритетность фактора климата.

В отличие от других физико-географических факторов, которые оказывают преимущественно косвенное воздействие, климат влияет на человека, живые организмы как прямой экологический фактор, создавая условия для жизни и хозяйственной деятельности. Выделяются также опосредованные воздействия климатических изменений на природную среду, экономику и население регионов. Соответственно, состояние и временная изменчивость климата определяют специфические условия среды существования организмов, а также особенности хозяйственной деятельности человека.

Климат претерпевает постоянные изменения, темпы которых, начиная с последней четверти XX в., заметно увеличились, поэтому проблема изменений климата выдвинулась в первый ряд глобальных вызовов XXI века и приоритетов международной повестки дня. Она выходит за рамки чисто научного вопроса и представляет комплексную междисциплинарную проблему, охватывающую все ключевые аспекты устойчивого развития -экологические, экономические и социальные. Своевременное выявление и оценка связанных с изменениями климата угроз устойчивому развитию и безопасности Российской Федерации, включая угрозы экономике и обороноспособности, состоянию окружающей среды, жизни и здоровью населения, относится к числу приоритетов политики Российской Федерации в области климата (Климатическая доктрина., 2009). 4

Результаты предварительного исследования особенностей климатических изменений на территории Алтайского региона свидетельствуют о значительных темпах повышения температуры воздуха при недостаточном увлажнении. Оптимизация сельскохозяйственного производства, расширение возможностей использования климата в энергетике и строительстве, минимизация рисков здоровья населения, разработка стратегии реагирования (адаптации) промышленного и сельскохозяйственного производства, населения на изменения природной среды определяют первостепенную необходимость оценки современного состояния и прогноза потенциальных изменений регионального климата. Решение этой задачи необходимо также в целях сохранения такой крупной малоизмененной территории как трансграничный Алтае-Саянский экорегион.

Объективные показатели климата, основанные на обобщении непосредственных многолетних наблюдений сети метеостанций, по мнению А.Г. Исаченко (2001) представляются более надежной базой по сравнению с различными биоклиматическими показателями, а также методами комплексной климатологии для суждения о климатических условиях и, в особенности, для сравнительной характеристики и оценки различных регионов.

Под современным периодом понимается период с начала инструментальных наблюдений. Территория Алтайского региона включает Алтайский край и Республику Алтай в административных границах.

Цель диссертационного исследования заключается в оценке состояния и изменений современного климата Алтайского региона.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- изучить историю развития представлений о состоянии климата и его изменчивости, основные результаты оценки изменений климата земного шара в целом и территории Российской Федерации;

- охарактеризовать изменения климата равнинной и горной частей региона по данным инструментальных наблюдений; 5

- исследовать динамику соотношения тепло- и влагообеспеченности территории Алтайского региона;

- рассмотреть экологические последствия климатических изменений на примере урожайности сельскохозяйственных культур в пределах равнинной территории;

- получить оценки ожидаемых изменений регионального климата на основе математико-статистических и геоинформационных методов исследования.

Объектом исследования является климат Алтайского региона, его состояние и изменения.

Предмет исследования - пространственно-временные закономерности климатических изменений, влияющие на природные компоненты, условия жизнедеятельности населения и функционирование отраслей экономики.

Теоретико-методологической базой диссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежных ученых в области географии и геоэкологии, затрагивающие проблемы изменений природной среды, оценки тенденций пространственно-временной динамики и устойчивости отдельных компонентов, в том числе, климата: А.И. Воейкова, A.B.

Шнитникова, М.И. Будыко, С.П. Хромова, Е.С. Рубинштейн, A.C. Монина,

Ю.А. Шишкова, A.B. Кислова, Г.В. Грузы, Э.Я. Раньковой, Б.Г. Шерстюкова,

Ю.П. Переведенцева, А.П. Сляднева и др.

Исходные материалы. Информационную базу составили данные метеорологических станций государственной наблюдательной сети

Росгидромета (http://www.meteo.ru) за основной период 1966-2009 гг. в сравнении с данными ГМС Барнаул за 1838-2011 гг., опубликованные на официальном сайте, в климатологических справочниках (Климатологический справочник. ,1956а; Климатологический справочник., 19566;

Климатологический справочник., 1957; Справочник по климату., 1970;

Справочник по климату., 1977 и др.), а также хранящиеся в фондах

Западно-Сибирского ЦГМС; статистические данные, предоставленные

Главным управлением по сельскому хозяйству администрации Алтайского 6 края; цифровые карты; результаты экспедиционных исследований, в том числе, с участием автора.

Методы исследования. При решении задач исследования использовался комплекс географических, геоэкологических, математико-статистических, картографических и геоинформационных методов исследования.

Научная новизна:

- получены оценки изменений температуры воздуха, количества осадков, дат перехода температуры воздуха через устойчивые пределы и других климатических параметров по данным метеостанции Барнаул и репрезентативным станциям Алтайского региона в пределах равнинной и горной территории;

- выявлено распределение температуры воздуха и осадков для территории Алтайского региона в течение 11-летних циклов солнечной активности;

- для 109 метеостанций Западной Сибири и гор Алтая по различным методикам рассчитан индекс континентальное™ климата, являющийся интегральной характеристикой климатического режима ландшафтов и одним из агроклиматических показателей для мониторинга изменений климата, построены карты континентальности по индексам H.H. Иванова, В. Ценкера, С.П. Хромова, предложен региональный индекс континентальности ИКрегион;

- определена статистическая зависимость урожайности зерновых культур в равнинной части региона от климатических факторов на примере районов Кулундинской равнины и Приобского плато;

- построена серия карт пространственной изменчивости температуры воздуха Алтайского региона на современный и прогнозный период 2025-2034 гг.

Практическая значимость. Полученные оценки и результаты позволяют решать задачи устойчивого развития Алтайского региона: оптимизации сельскохозяйственного производства, использования 7 климатических ресурсов в энергетике и строительстве, минимизации рисков здоровья населения, разработки стратегии реагирования (адаптации) промышленного и сельскохозяйственного производства, населения на изменения природной среды, а также в целях сохранения биоразнообразия в пределах Алтае-Саянского экорегиона.

Разработанная методика статистического моделирования приземной температуры воздуха для современных и возможных в будущем условий на основе цифровой модели рельефа 8ЯТМ (1984 г.) и регрессионных зависимостей распределения Тгод как функции высоты, широты и долготы местности, полученная серия карт предоставляют возможность комплексного анализа климатических ресурсов на региональном уровне для разнообразных целей.

Теоретические и практические рекомендации, изложенные в диссертации, используются в учебном процессе географического и биологического факультетов Алтайского госуниверситета в рамках курсов «Учение об атмосфере», «Метеорология и климатология», «География Алтайского края», а также разработанных автором - «Экологическая климатология», «Прикладная климатология». Серия карт по оценке термических ресурсов и увлажнения, максимальных снегозапасов для Алтайского региона вошли в Атлас снежно-ледовых ресурсов мира (Москва, 1997), Атлас Алтайского края (1991), Атлас Барнаула (2006). Полученные результаты внедрены в Программу «Формирование Южно-Алтайского эколого-экономического района» и «Генеральную схему комплексного использования и охраны природных ресурсов бассейна р. Алей», Концепцию «Изменения климата и биоразнообразие в российской части Алтае-Саянского экорегиона».

Материалы исследования использовались при выполнении следующих грантов: Минобразования России в области естественных и точных наук Е

00-10.0-33 «Эволюция ландшафтной структуры в условиях глобального изменения климата (на примере юга Западной Сибири)»; РФФИ 05-05-648158 а «Региональные изменения климата и других компонентов природной среды. Современное состояние, оценки, прогнозы»; РФФИ 11-04-98061-р «Состояние растительного покрова Кулунды в условиях изменений климата и систем землепользования»; РГНФ 11-01-00001а «Сохранение экосистемы степи Кулунды при непрерывном сельскохозяйственном использовании как необходимый элемент адаптации к климатическим и почвенным изменениям»; международного научно-исследовательского проекта «КУЛУНДА» - как предотвратить глобальный синдром «DUST BOWL» -«ПЫЛЬНЫХ БУРЬ».

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 106 публикациях и двух монографиях, из них 9 статей опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК.

Апробация работы. Основные теоретические и методические положения, а также результаты исследований докладывались на международных, всероссийских и региональных конференциях (более 60), среди которых международный симпозиум «Изменения климата и окружающей среды Центральной Азии» (Чита, 2003), международная конференция «Взаимодействие общества и окружающей среды в условиях глобальных и региональных изменений» (Москва-Барнаул, 2003), расширенный семинар «Экологическая безопасность и устойчивое землепользование горных и степных территорий Монголии и Алтая» в рамках Научной Программы НАТО (Барнаул, 2004), XII съезд Русского географического общества (Санкт-Петербург, 2005), международная конференция по проблемам гидрометеорологической безопасности «Прогнозирование и адаптация общества к экстремальным климатическим изменениям» (Москва, 2006), Всероссийская научная конференция («СЕЛИВЕРСТОВСКИЕ ЧТЕНИЯ») «География и геоэкология на современном этапе взаимодействия природы и общества» (Санкт-Петербург, 2009), третья всероссийская конференция с международным участием

Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов» (Барнаул, 2010), 9 международное совещание «Изменение климата и непрерывное сохранение биоразнообразия в Алтае-Саянском экорегионе» (Горно-Алтайск-Усть-Кокса, 2010), международная научно-практическая конференция «Трансграничное сотрудничество: экономические и социально-гуманитарные аспекты развития Большого Алтая» (Барнаул-Белокуриха, 2010), XIII съезд Русского географического общества (Санкт-Петербург, 2010), VI международная научно-практическая конференция «Аграрная наука -сельскому хозяйству» (Барнаул, 2011), научно-практическая конференция «Изменение климата в Алтае-Саянском экорегионе - стратегии смягчения и адаптации» (Барнаул, 2011), всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Алтайский край: состояние и перспективы развития» (Белокуриха, 2012 г.) и др. Автор участвовала в реализации проекта ПРООН/ГЭФ «Сохранение биоразнообразия в российской части Алтае-Саянского экорегиона».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Общий объем работы - 158 страниц, 25 таблиц, 56 рисунков и 2 приложения. Список литературных источников включает 208 наименований, в том числе 12 иностранных.