Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления о влиянии климата на развитие эрозии почв 11
1.1. Становление представлений о влиянии климата на эрозию почв 11
1.2. Роль климатических условий и механизм их воздействия на эрозионные процессы 18
1.2.1. Влияние режима увлажнения 19
1.2.1.1. Снежный покров: его формирование и режим таяния 19
L2.1.2. Роль дождей в поверхностном смыве почв 25
1.2.2. Ветровой режим 32
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования 38
2.1. Информационная база 3 8
2.2. Методическое обоснование работы 38
2.2.1. Методические подходы к выделению естественных сезонов года 39
2.2.2. Методика диссертационного исследования 45
ГЛАВА 3. Характеристика сезонного ритма природы юга Томской области 55
3.1. Холодно-снежная часть года 57
3.1.1. Структура и временные характеристики 5 7
3.1.2. Анализ гидротермического режима 65
3.1.3. Зима как центральный ритм холодно-снежной части 70
3.2. Вегетационная часть года 79
3.2.1. Структура и временные характеристики 80
3.2.2. Анализ гидротермического режима 85
3.2.3. Лето как основной сезон вегетационной части 90
3.3. Переходные сезоны года 100
3.3.1. Весна 100
3.3.2. Осень 109
ГЛАВА 4. Эрозионная оценка климатических условий сезонных ритмов 121
4.1. Особенности развития эрозионных процессов по фазам годового цикла 121
4.1.1. Предзимье 121
4.1.2. Умеренно-морозная зима 124
4.1.3. Предвесенье 126
4.1 4. Снеготаяние 129
4.1.5. Послезимье 137
4.1.6.. Предлетье 143
4.1.7. Умеренно-прохладное лето 148
4.1.8, Умеренно-теплое лето и спад лета 151
4.1.9. Становление осени и поздняя осень 154
4.2. Структурная модель эрозионного потенциала климата 157
4.2.1. Описание модели 160
Заключение 163
Литература 167
Приложения
- Роль климатических условий и механизм их воздействия на эрозионные процессы
- Методическое обоснование работы
- Вегетационная часть года
- Структурная модель эрозионного потенциала климата
Введение к работе
Актуальность темы. Эрозия (лат. erosio — разъедание) почв — процесс
разрушения почвенного покрова и сноса его частиц. Проблема эрозии стала весьма актуальной для России, так как площадь эродированных и эрози-онноопасных сельскохозяйственных угодий составляет по разным оценкам от 56 до 66% [49; 141; 296]. При этом экономический ущерб от эрозии достигает 10 % от дохода, получаемого сельским хозяйством страны [296].
Интенсивность эрозионных процессов и масштабы их распространения год от года возрастают. Это хорошо видно на примере Западной Сибири, где эрозии подвержен каждый третий-четвёртый гектар [185; 296]. Из регионов Западной Сибири актуальна эта проблема и для юга Томской области, точнее её южных и юго-восточных районов, где эродировано до 40-80 % пашни [2, 176]. В то же время исследований, посвященных этой теме недостаточно.
Особенно это касается изучения климатических факторов, которые в значительной степени определяют развитие водной и ветровой эрозии почв. В связи с этим, необходимость изучения климата как ведущего фактора в развитии эрозии почв на юге Томской области не вызывает сомнений.
Механизм влияния климата изучен достаточно детально, особенно в пространственном аспекте. Временное же измерение представлено календарными периодами без учета ритмов, хотя ритмичность, как одна из основных географических закономерностей, распространяется на все компоненты эпигеосферы и процессы, происходящие в ней. В связи с этим развитие эрозионных процессов в отличие от других исследований нами рассматривалось с учётом естественного сезонного ритма, который характеризуется относительно однородными климатическими условиями и состоянием подстилающей поверхности, что позволило более объективно проанализировать эрозионные процессы.
Цель работы: изучить естественные сезонные ритмы природы и оценить влияние их климатических условий на развитие эрозии почв юга Томской области.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач исследования:
1) проанализировать современные представления о влиянии климатических факторов на развитие эрозионной деградации почв, а также изучить методические подходы к структурной периодизации года;
2) установить структуру годового цикла, охарактеризовать климатические условия сезонных ритмов года и их динамику;
3) выявить наиболее эрозионноопасные сезоны и фазы и дать их климатическую оценку;
4) создать структурную модель эрозионного потенциала климата.
Объект исследования — сезонные ритмы климата юга Томской области. Предмет исследования - климатические условия эрозионноопасных ритмов природы для пахотных угодий данного региона. Исследования охватывают Томский, Асиновский, Бакчарский, Кожевниковский, Первомайский и Шегарский районы, территория которых в пределах Томской области является наиболее освоенной в сельскохозяйственном отношении и максимально подверженной эрозионным процессам. Эрозия почв наносит значительный материальный ущерб сельскохозяйственному производству и снижает возможность самообеспечения Томской области продуктами питания, что в условиях экономического кризиса в стране приобретает не только научную, но и социальную актуальность.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые применен подход к изучению эрозионных процессов с позиций сезонной ритмики, позволивший изучить этот процесс на функциональном и динамическом уровнях. Впервые также установлена средняя многолетняя и погодичная структуры годового цикла за период с 1967 по 1997 г. и проведена их типизация; получены количественные климатические показатели всех структурных единиц года и дана оценка их пространственно-временной динамики; обоснован температурный критерий для выделения центральной фазы зимы; выявлены ведущие эрозионноопасные сезонные ритмы годового цикла и дана оценка их климатическим особенностям; изучены во взаимосвязи процессы водной и ветровой эрозии и ритмичность их проявления; разработана структурная модель эрозионного потенциала климата.
Практическая значимость проведенных исследований заключается в том, что предложенный автором подход к изучению влияния климата на развитие эрозии почв с позиций сезонной ритмики позволяет определить в каждом конкретном районе наиболее эрозионноопасные периоды в течение года. Это будет способствовать дифференцированному внедрению противоэрозионных мероприятий в практическую деятельность хозяйств с целью сохранения плодородия почв и увеличения объёмов производства сельскохозяйственной продукции. Работа может служить основой для прогнозирования интенсивности эрозивного процесса и перспективного территориального планирования развития сельскохозяйственных предприятий региона. Кроме того, данные о сезонной ритмике могут найти применение в различных отраслях экономики (сельском, лесном и промысловом хозяйствах, здравоохранении). Сведения о естественных сезонах года рекомендуется использовать при фенологических, экологических и ландшафтных исследованиях, поэтому они могут быть востребованы многими научными организациями. Таким образом, выполненные исследования имеют широкое практическое и научно-методическое значение.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались общенаучные, частнонаучные и специфические методы исследования: диалектический, математические, метод моделирования, а также сравнительно-географический, исторический и метод системного анализа. Особое значение имел комплексно-генетический метод как разновидность системного подхода при изучении сезонных ритмов климата. Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения диссертации обсуждались на Межвузовской конференции «Природа, население и хозяйство Зауралья» (г.Курган, апрель 1997 г.), на научной конференции, посвященной 120-летию образования ТГУ (г.Томск, апрель 1998 г.), на научно-практической конференции филиала института леса СО РАН «Проблемы региональной экологии» (г.Томск, ноябрь 1998 г.), на II и IV Международных симпозиумах «Контроль и реабилитация окружающей среды» (г.Томск, июль 2000 и 2004 гг.), на VIII Международном форуме «Информационные технологии и интеллектуальное обеспечение в здравоохранении и охране окружающей среды — 2000» (Турция, Кемер, октябрь 2000 г.), на IX Международном симпозиуме «Мониторинг здоровья населения и окружающей среды. Технологии и информационные базы данных» (Греция, о.Крит, 9 апреля 2001 г.), на VII научном совещании по прикладной # географии в институте географии СО РАН (г.Иркутск, май 2001 г.), на Второй Всероссийской конференции «Экологический риск» (г.Иркутск, 16-20 сентября 2001 г.), на XI научном совещании географов Сибири и Дальнего Востока «География Азиатской России на рубеже веков» (г.Иркутск, 28-30 ноября 2001 г.), на Международной конференции «ENVIROMIS 2002: измерения, моделирование и информационные системы как средства снижения загрязнений на городском и региональном уровне» (Россия, г.Томск, 6—12 июля 2002 г.), на научно-практической конференции, посвященной 110-летию со дня рождения М.В.Тронова (г.Томск, 18-19 ноября 2002 г.), на научной конференции «Проблемы геологии и географии Сибири» (г.Томск, 2- 4 апреля 2003), на заседаниях кафедры географии геолого-географического факультета Томского государственного университета (2001, 2002, 2004). Исследования поддержаны грантом «Университеты России» в 2002-2003 гг. (код 08.01.007). Материалы исследования используются на лекциях и практических занятиях со студентами на кафедре географии геолого-географического факультета Томского государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, в том числе в центральной печати 6, в которых отражены основные результаты проведенных автором исследований.
Роль климатических условий и механизм их воздействия на эрозионные процессы
К настоящему времени можно считать изученным механизм влияния климата на эрозию почв. Важнейшими климатическими условиями, от которых зависит развитие эрозии являются режим увлажнения (вид выпадающих осадков - твердый или жидкий, характер осадков - ливневой или обложной, их интенсивность, запасы снега и режим его таяния весной, среднегодовые суммы осадков), ветровой режим (для дефляции), а также тепловой режим (сумм среднесуточных температур выше +10 С, и соотношение между теплом и влагой, выраженное через радиационный индекс сухости) [232]. Проанализируем климатические условия, определяющие опасность проявления Смыв почв на пахотных землях вызывается талыми и дождевыми водами, то есть атмосферными осадками. Общеизвестно, что интенсивное развитие эрозионных процессов обусловлено, в основном, сильновыраженной неравномерностью распределения атмосферных осадков по месяцам и отдельным периодам года. В континентальных районах умеренных широт Евразии снежный покров (СП) является неотъемлемым атрибутом зимнего ландшафта. Снег держится на поверхности земли в Западной Сибири более 5 месяцев в году и накапливает от % до /3 общегодового количества осадков, являющихся основным источником весенних запасов влаги в почве и причиной эрозии .
На важность изучения снежного покрова как фактора, оказывающего существенное влияние на климат, режим рек и хозяйственную деятельность, одним из первых обратил внимание А.И. Воейков [38, 39]. Им были заложены основы новой перспективной науки - снеговедения. Важнейшим индикатором территории в зимний период, отражающим воздействие всех факторов климатообразования на развитие эрозии почв, является снежность. Под снежностью В.М. Котляковым [125] понимаются условия выпадения, отложения и количество выпадающих твердых осадков; возникновение, существование и сход снежного покрова, длительность его залегания; максимальные снегозапасы, плотность снега и запасы воды в нём.
Механизм формирования снежного покрова заключается в отрицательном тепловом балансе, благоприятствующим выпадению твердых щ осадков, и определяется циркуляционными процессами. Характер и форма осадков, температура и ветер, сопровождающий снегопад, определяют свойства и строение снега, оказывают влияние на изменение форм снежинок, формирование СП, его плотность и характер распределения и предопределяют разную интнсивность протекания эрозионных процессов. Так, например, при больших скоростях ветра снежинки разрушаются и, выпадая на поверхность, образуют уплотнённый покров. Плотность свежевыпавшего снега может колебаться в больших пределах, но обычно она составляет 50, возрастая при усилении ветра до 150-180, а при долгобушующих метелях — до 400-450 кг/м [125]. Плотность СП зависит и от орографических особенностей. На возвышенных участках, где ветер дует с большой силой, она на 20% выше, чем в долинах. На ровной местности, окружающей лес, и опушках леса наблюдается такая же зависимость - на наветренных частях склонов плотность снега на 15% выше, чем на подветренных. Поэтому даже на небольшой по площади территории темп и масштаб развития эрозии может существенно отличаться, что необходимо учитывать при её оценке.
Снежные частицы подвержены действию ветра как во время падения, так и на поверхности земли. Взаимодействие ветра с подстилающей снежной поверхностью обусловливают метели. Метель — снеговетровой поток, сила которой зависит от скорости ветра, интенсивности снегопада, температуры и влажности воздуха, особенностей рельефа, формы и размеров частиц снега, С буйством метелей в России пришлось вплотную столкнуться в середине XIX в. при строительстве железных дорог, что побудило изучение законов метелевого переноса, о начале АХ в. усилиями Н.Е. Жуковского и С.АЛаплыгина было начато создание гидродинамической теориии метелей, а в настоящее время национальная школа специалистов по метелям во главе с профессором А.К. Дюниным не имеет себе равных - ими установлен механизм и формы движения снега во время метелей [64].
Механический процесс переноса частиц СП можно разделить на три стадии: преодоление сил сцепления между частицами снега, их перенос (влечением или взвешиванием) и отложение. В условиях ровной местности, где средняя скорость ветра более постоянна по сравнению с соседними участками, уносимый ветром снег компенсируется, и его средняя мощность вследствие переноса мало изменяется. Напротив, на выпуклых элементах рельефа, где линии тока воздуха сгущаются и скорость растет, снежный покров развевается, а на вогнутых участках, где линии тока расходятся и скорость ветра уменьшается, происходит надувание и отложение [292]. Однако важное значение имеет фактор порывистости, под которым понимается отношение средней амплитуды колебания к средней скорости ветра за определенный промежуток времени. Сильные ветры, обладающие значительной порывистостью, оказывают наиболее существенное влияние на характер залегания СП и его структуру [119]. Резкие изменения скорости ветра вызывают соответствующие изменения давления воздушного потока на снежную поверхность, поэтому слой снега, образовавшийся при одной и той же метели, может иметь несколько прослоек разной плотности и строения. По этой причине происходит неравномерное распределение снега даже в условиях ровной местности, создавая своеобразный микрорельеф поверхности. Сложный механизм снегопереноса и неоднородные физико-механические свойства снега даже на небольших площадях затрудняют его количественную оценку и требуют непосредственных метелевых измерений [122].
В снежном покрове непрерывно протекают физические процессы, которые определяют радиационные, тепловые, водные и механические свойства снега. Зависят они и от мощности накопившегося снежного покрова, которая в значительной степени определяет развитие эрозионных процессов.
Самым активным периодом рельефообразующей роли снега является весна. В зависимости от погоды весной — ясной или облачной - бывают два типа снеготаяния: радиационный, когда под действием проникающей в снег солнечной радиации таяние происходит на поверхности снега и в его верхнем
Методическое обоснование работы
Климатические условия Томской области и её юга в настоящее время изучены достаточно детально [1, 40, 67, 110, 113, 114, 219, 222, 223, 260, 263]. Подобные исследования продолжаются, но наблюдения за климатом и ихстатистическая обработка при этом производятся и привязаны к календарным временным отрезкам — году, сезонам, месяцам, декадам и суткам. Для установления взаимосвязи между климатом и развитием природных процессов такого календарного деления недостаточно, особенно внутри года. Объясняется это тем, что ходу природных процессов свойственней определенный ритм, проявляющийся в существовании естественных сезонов и не совпадающий с календарными. Для достижения поставленной цели работы и проведения сопряженного анализа климатических условий с развитием эрозионных процессов необходимо правильно выбрать методику для выделения естественных сезонов года.
Известно, что климат является производной сложного взаимодействия трёх факторов - солнечной энергии, атмосферной циркуляции и характера подстилающей поверхности. Первый фактор, а точнее, неравномерное поступление лучистой энергии Солнца к земной поверхности в течение года, обусловливает дифференциацию географической оболочки, которой свойственна ритмичность развития [9; 52].
«Ритмикой, по определению СВ. Калесника [100, с. 259], называют повторяемость во времени комплекса явлений, которые каждый раз развиваются в одном направлении». Ритмические колебания, определяющие развитие эпигеосферы, различаются не только по генезису, но и по продолжительности [145]. Разные ритмы накладываются друг на друга. Причем многие из них повторяются не со строгой периодичностью, а имеют циклический характер. Поэтому отдельные ритмы не всегда бывают отчетливо выражены. Следует также иметь в виду и то обстоятельство, что природные ритмы не представляют замкнутых кругов развития с возвратом к исходному состоянию, что возможно лишь в закрытых системах и не свойственнооткрытым, к которым относятся природные системы. Ритм не только не имеет ни начала, ни конца, но и начальный момент ритма выбирается условно [229, 291]. Причём чем больше продолжительность цикла, тем меньше возможность возвращения природных комплексов к прежнему состоянию. Каждый последующий цикл не является полным повторением предыдущего, и, в конечном счете, развитие эпигеосферы необратимо — оно имеет вид восходящей спирали, каждый новый виток которой знаменует одновременно и поднятие на более высокий уровень развития [95].
Наши исследования опирались на анализ самых коротких ритмов -суточных, сезонных и годовых. Суточные и годовые ритмы являются естественными единицами времени и их существование не вызывает сомнений. Ритмичность климата проявляется внутри года и через сезоны. В умеренных широтах северного полушария их четыре: два основных — зима и лето - и два переходных - весна и осень [156, 198, 251]. Однако естественные границы этих сезонов не совпадают с границами календарных месяцев и границами астрономических сезонов, установленных для всего северного полушария, исходя из дат солнцестояния и равноденствия. В этой связи изучение сезонных ритмов природы, выявление скрытых закономерностей и механизмов их проявления представляет большой научный интерес и делает проблему актуальной и современной.
Первые попытки разделения года на сезоны как естественные периоды, в течение которых наблюдалось равномерное развитие природных процессов, были предприняты ещё в XIX в. и основаны на изучении характеристик поступления солнечной энергии, которая является основой сезонных изменений природы [32; 37, 249]. Некоторые авторы [31, 99] предлагали двух-и четырехсезонное деление года, имеющее формальный характер и основанное на учете только положения Земли по отношению к Солнцу. Мы согласны с мнением ряда учёных [45, 54, 215, 220, 272], что классический анализ годовой ритмики климата по календарным четырем трехмесячным частям года дает недостоверную, сколько формальную характеристику сезонов. Такое утверждение вытекает из того, что в трехмесячный период могут попасть процессы, на самом деле принадлежащие двум разным сезонам, а в некоторых случаях и трем [54]. Поэтому осредненные характеристики любых климатических элементов в таких случаях будут нечеткими и в очень слабой степени будут отражать подлинные особенности данного конкретного сезона. Механический подход к делению года на сезоны не мог удовлетворить исследователей. По этому поводу В.Ю. Визе [33] отмечал, что природа столь многообразна, что ее невозможно уложить в рамки календарных сезонов.
Иной подход к выделению сезонов года прослеживался в работах [33, 174, 230, 276, 305], главным достоинством которых было использование анализа реального хода метеорологических элементов, т, е. генетических особенностей местного климата.
Более обоснованное установление естественных климатических границ сезонов года и их структурных единиц было предложено Н.Н. Галаховым [45]. По его мнению для определения границ сезонов годового цикла и их естественных внутренних подразделений для характеристики климатических условий последних в данном конкретном регионе необходим синхронный учет сезонной динамики всех факторов климатообразования и всех явлений, связанных с этой динамикой. Главные положения его методики сводятся к следующему. 1. Естественный сезон года - это обособленный этап годового цикла, характеризующийся однотипностью, единой общей направленностью климатообразующих процессов и явлений и внешне выражающийся в определенных взаимосвязанных становлениях других компонентов среды и изменениях аспектов ландшафта [45, с. 41]. 2. Каждому климатическому сезону свойственны объективные закономерности, отличительные черты и свойства при наличии тесных связей между смежными сезонами, поскольку предшествующий сезон всегда
Вегетационная часть года
Под «вегетационной частью года» (ВЧГЦ) понимают отрезок времени в годовом цикле, климатообразующие факторы которого определяют возможность жизнедеятельности высших растений в естественных условиях и прохождения ими в своём развитии последовательных фаз, выражающихся в изменении фенологического состояния физиологических и биохимических процессов. Начало вегетационной части года в условиях Томской области знаменуется разрушением устойчивого снежного покрова и переходом средней суточной температуры воздуха через +3 С [221].
Важным критерием, отграничивающим ВЧПД от ХСЧГ, является разрушение устойчивого СП [222], поскольку со сходом снежного покрова температура верхних слоев почвы становится положительной, что является одним из главных условий начала вегетации растений. При этом признаком начала вегетации лесного сообщества, в целом, можно считать момент вступления в вегетацию хотя бы одного его вида [76]. Фенологическим индикатором начала ВЧГЦ является проявление сокодвижения у березы — одного из самых первых явлений начала вегетации летнезеленых видов, — имеющее тесную связь со сходом снежного покрова [27].
Конец ВЧГЦ знаменует спонтанное отмирание листьев древесных растений, принимающее форму осеннего расцвечивания и далее листопада, что соответствует полному прекращению вегетации летнезеленых растений [150,251]. С выпадением снега (кроме ранних снегопадов) и началом морозов почки возобновления растений погружаются в состояние длительного покоя.
Таким образом, естественный вегетационный период в среднем многолетнем плане длится от разрушения снежного покрова, прекращения устойчивых морозов и начала сокодвижения у березы до появления первого еще неустойчивого снежного покрова и окончания листопада летнезеленых растений. Именно в смене двух основных фенологических состояний в годовом цикле развития растений - вегетации и покоя, в смене двух основных типов годовой динамики структуры ландшафтов - летнего и зимнего, и проявляется ритмика сезонного развития природы [275]. При этом она теснейшим образом связана с развитием эрозионных процессов.
В пределах юга Томской области к ВЧГЦ относятся две фазы весны — «послезимье» и «предлетье», лето с тремя фазами — «умеренно прохладное», «умеренно-тёплое», «спад лета» и две фазы осени - «становление осени» и «поздняя осень» [220].
Вегетационная часть, а, следовательно, и фаза «послезимье» начиналась в лесостепи и южной тайге юга Томской области одновременно — 14 апреля, за исключением ст. Бакчар (20 апреля).
Основные временные характеристики ВЧГЦ приводятся в прил. 8, из анализа которого видно, что в отдельные годы отклонения сроков начала ВЧГЦ на юге могут достигать от 21 до 29 дней в обе стороны от средней даты при величине стандартного отклонения ±8 дней и коэффициенте вариации 0,42-0,45. В связи с тем, что даты начала и конца ВЧГЦ следуют или предшествуют, соответственно, датам конца и начала ХСЧГ, то их повторяемость совпадает и повторно нами не приводится. Причём раннему окончанию ХСЧГ соответствует раннее начало ВЧГЦ и наоборот, а позднему началу ХСЧГ предшествует поздний конец ВЧГЦ. Принимая во внимание вышесказанное, можно сделатьвывод о том, что в рассматриваемый период преобладают нормальные типы ВЧГЦ по ачалу и концу (63-67 %), при этом возросла доля ранних по началу и доля поздних по концу вегетационных частей года (табл.4).
Самое раннее начало ВЧГЦ наблюдалось 28—31 марта в 1995 г. (Бакчар, Первомайское) и 25-28 марта в і989 г. (Томск, Кожевниково) (прил. 8). В эти годы третья декада марта была необычайно теплой. Так, на станции Первомайское средняя суточная температура за третью декаду марта 1995 г. составила 1,7 С (при норме —3,2), а на станции Бакчар -0,1 (при норме -4,4 С). В марте этих лет чаще обычного повторялись элементарные синоптические процессы (ЭСП) меридиональной циркуляции по классификации Дзердзеевского Б.Л. [55].
Очень поздно ВЧГЦ началось в 1986 г. на всех станциях — 9-10 мая, а в Кожевниково и Первомайском - 11-15 мая 1989 г. сответственно, что на 24 дня позже обычного. Это было обусловлено низкими температурами апреля и первых декад мая. Средняя температура апреля 1986 г. на станции Бакчар составила -0,4 С (при норме +1,2), а средняя температура начала мая была ниже нормы в три-шесть раз. Причём похожая синоптическая обстановка наблюдалась на всем юге Западной Сибири, что было связано с частыми вхождениями холодного воздуха. Об этом свидетельствует большая повторяемость ЭСП меридиональной северной группы - 17 случаев против 11 по норме [272].
В противоположность началу конец ВЧГЦ наиболее рано (17 октября) наступал на севере изучаемого района и за пять дней (к 23 октября) уже достигал лесостепи, двигаясь к югу с такой же скоростью, как и начало. Стандартное отклонение дат конца ВЧГЦ по сравнению с отклонениями дат начала на основной территории ЗСР не имеет существенных отличий и составляет ±10-12 дней. Размах колебания крайних дат конца ВЧГЦ мало меняется по территории и равен 15-20 дням.
Также как и даты начала ХСЧГ, даты конца ВЧГЦ (рис. 2) хорошо согласуются с широтной зональностью и распределяются в пределах четырёх декад с наибольшей повторяемостью случаев во вторую-третью декады октября (80-84%) при относительно равной доле в каждую из них. Самый ранний конец ВЧГЦ на юге Томской области наступил в 1970 г. — 1 октября, что раньше обычного на 13-14 дней (прил. 8). Это было обусловлено низкими температурами октября. Они составили в среднем от -2,1 С (Бакчар) до —1,5 С (Томск). В первом случае это на 3,1, во втором на 2,5 С ниже нормы. В октябре месяце 1970 г. значительно чаще обычного повторялось ЭСП восточной формы циркуляции [272].
Очень поздно (2-3 ноября) ВЧГЦ закончилась в 1994 г. Такое существенное отклонение от средних сроков (на 15-16 дней) было связано с теплым октябрем, температуры которого были выше средних многолетних значений на 4-6 С. В этом году в октябре и начале ноября преобладали ЭСП западной формы циркуляции. Их повторяемость более чем в два раза была
Структурная модель эрозионного потенциала климата
Как известно, модель — это упрощённое воспроизведение реаль-ности, описывающее в обобщённой форме её существенные черты и взаимо-связи. Потенциал представляет из себя максимальную возможность или предел, достижение которого требует взаимосвязи наибольшего числа из последовательно сменяющих друг друга эрозионноопасных климатических показателей.
Модель эрозионного потенциала климата (ЭПК) построена на основе принципов системной динамики, предложенной Дж.Форрестером [274] и отражает влияние наиболее важных климатических условий на развитие эрозии почв (рис. 15). В качестве уровней, на которых строится структура системы, выбраны сезоны года и их фазы. Климатические характеристики являются переменными, их изменения — темпом, в целом создающими цепи взаимной связи. Темпы переменных (выше или ниже нормы) определялись по аномальности проявления по методике, указанной на стр. 58.
Знание координат точки отсчета, характеризующих состояние системы в данный момент времени, позволяет определить состояние системы в последующие моменты.
Модель ЭПК в соответствии с классификацией П. Хаггета и Дж. Чорли [157] является образнознаковой идеальной моделью, аналоговой по степени абстрагирования от действительности и конструктивно-систематизирующей по функции. Фазы сезонов: лето: УШІ- умеренно прохладное лето, УТЛ - умеренно-теплое лето, Возможно несколько сценариев развития эрозионных процессов. I. Сценарии развития эрозии от действия талых вод. Предпосылки для развития эрозии от талых вод начинают создаваться осенью. Затем возможны два варианта этого сценария. 1.1. При сильном увлажнении фаз «становление осени» и «поздняя осень», а затем резком наступлении низких температур (фаза «предзимье» выпадает) при отсутствии или маломощном снежном покрове происходит сильное промерзание почвы. Если потом в фазу «значительно-морозная зима» «суммы холода» будут ниже нормы, почвы (даже при среднеснежней зиме) промерзнут ещё сильнее. Эти условия в фазу «снеготаяние» при средних (тем более максимальных) многолетних запасах воды в снеге и короткой фазе создадут ситуцию большого стока воды и смыва верхних слоев почвы по неоотаявшему нижнему слою. При этом наличие временного снежного покрова в фазу «послезимье» усилит эрозионное воздействие талых вод. При втором варианте фаза «предзимье» не выпадает и создается следующее сочетание эрозионноопасных характеристик. 1.2. В фазы «предзимье» и «умеренно-морозная зима», близких по продолжительности к средней многолетней норме или длинных, активная циклоническая деятельность приводит к быстрому накоплению снежной толщи. Если зима такого года или её центральная фаза будут отличаться высоким температурным фоном, что также сопровождается большим снегонакоплением, то к фазе «предвесенье» сформируется максимальной высоты снежный покров с наибольшей плотностью и запасами воды в нем. При этом чем они значительнее, тем больше величина стока. Величина стока зависит также от погодных условий и продолжительности фазы «снеготаяние». Ясная солнечная погода при короткой или даже в пределах нормы фазе приведет к быстрому таянию снега и активизации эрозии.II. Сценарий развития эрозии от действия дождевых вод.
Активное воздействие дождевых вод начинается с фаз «предлетье» и «умеренно-прохладное лето», когда почва ещё переувлажнена после схода снежного покрова и оттаивания, но беззащитна перед осадками из-за отсутствия растительности. При таком неустойчивом состоянии почвы опасны как дожди слоем более 3 мм, так и ливни. Их количество увеличивается в фазу «умеренно-прохладное лето», достигая в фазы «умеренно-теплое лето» и «спад лета» максимальных значений. В случае сильного увлажнения этих фаз и лета, в целом, создаются наилучшие условия для эрозии. Играет роль и продолжительность фаз «предлетье» и «умеренно-прохладное лето», - чем они длиннее, тем сильнее интенсивность эрозионных процессов.Ш. Сценарий развития эрозии от действия ветра.
Предпосылки для развития ветровой эрозии могут возникнуть ещё в фазу «предзимье» - маломощный снежный покров (осадки ниже нормы) при значительных скоростях ветра приводит уже осенью к обнажению почвы на выпуклых склонах пашни. Малое количество осадков в фазу «умеренно-морозная зима» и «значительно-морозная зима», теплая по термическому режиму зима (зима «безъядерная» или «НТР»), высокие скорости ветра в фазу «предвесенье» создают ситуацию оптимальную для начала развития дефляции. При термическом режиме фаз «снеготаяние» и «послезимье» выше нормы и длинной их продолжительности наблюдается иссушение почвы и её снос под воздействием ветра, в первую очередь, с возвышенных участков. Отсутствие или незначительное количество (меньше нормы) осадков в эти фазы усугубляет ситуацию. В фазы «предлетье» (самую ветренную и «сухую») и «умеренно-прохладное лето» отсутствие или слабое развитие растительности при длинной их продолжительности и малом количестве осадков создаются наиболее благоприятные условия для дефляции.
Рассмотренные выше сценарии могут сменять друг друга - 1.1 на II или 1.2 на II, либо 1.1 на Ш. Естественно, что эти сценарии не развиваются идеально в виде предложенных вариантов в течение одного годового цикла, анаблюдаются в разные годы. При этом сочетание эрозионноопасных климатических факторов может изменяться - уменьшаться или дополняться. Созданная модель предполагает параллельное развитие разных видов эрозии (водной и ветровой), которые отличаются темпами переменных. Модель дополнена результатами изучения реального --.объекта (Лучановский полустационар), улучшившими её структуру.
Разработанная стуктурная модель ЭПК позволила сделать следующие обобщения: - условия для развития разных видов эрозии создаются в течение всего годового цикла; - эрозия и водная, и ветровая реально проявляется втечение пяти фаз годового цикла; - эрозионный потенциал задается преимущественно режимом увлажнения (по преобладанию этой переменной на схеме модели); - многообразие климатических изменений приводит к различиям в масштабах и интенсивности эрозионных процессов по природным зонам юга Томской области. Таким образом, структурная модель ЭПК и проведенная оценка климатических условий сезонов и фаз годового цикла имеют теоретический и прикладной характер. Зная тенденции климатических изменений, можно использовать модель для прогнозирования развития эрозионных процессов.
