Введение к работе
В работе решается проблема объективной эколого-географической оценки территории с учетом детерминирующей роли природной среды, т.к. основной задачей геоэкологии является изучение изменений жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек под влиянием природных и антропогенных факторов, а большинство современных исследований посвящено анализу антропогенного воздействия на окружающую среду без учета динамики её естественных процессов. А основными принципами реализации определены: геоцентризм; антропоцентризм; хорологическая направленность
Комфортность климатических условий является важным средообразующим фактором, формирующим эколого-климатический и природно-ресурсный потенциал территории, обеспечивающий жизнедеятельность населения, подлежащий обязательному учету.
В настоящее время практически все массовые географические исследования направлены на изучение глобальных и региональных проявлений существовавших ранее и обострившихся в наши дни экологических проблем. Причем большинство работ посвящено исследованию антропогенного воздействия на природную среду без учета динамики её естественных процессов. В связи с этим установлено противоречие в существующих концепциях эколого-географических исследований, то есть, противоречие между содержанием данных предметной области в целом и получаемой в результате объективностью информации.
Это противоречие включает частные противоречия между: характером.категорий объекта исследования - пространственно-временного распределения основных климато-образующих факторов и отдельных метеорологических величин, формирующих климатическую комфортность исследуемой территории и упрощенной, атрибутивной формой их отображения; наличием разнообразных (прямых и обратных) связей и отношений между факторами, определяющими климатическую комфортность территории и их покомпонентным отображением; статичным представлением базовой природной составляющей и динамичностью реальной географической действительности.
Обобщая, можно говорить о том, что исследования глобальных изменений географической оболочки на основании подробного изучения антропогенного воздействия без анализа природных процессов в конкретных региональных условиях, особенно при долгосрочном прогнозировании таких изменений, оказываются односторонними, следовательно, и их выводы трудно назвать объективными.
Для преодоления этого противоречия и решения проблемы предотвращения ухудшения качества природной среды, необходимо учитывать не только антропогенное влияние на окружающую среду, но рассматривать всю динамику взаимодействий в системе «природная среда — человек, общество».
Географическая среда представляющая собой организованную совокупность геосистем различных уровней, является источником существования человека (человечества), обеспечивая его теплом, светом, воздухом, водой и пищей. Поэтому эколого-географическая оценка климатической комфортности территорий бесспорно актуальна т.к. позволяет рассматривать вопрос «экстремальности» либо «комфортности» среды обитания для жизнедеятельности населения.
Решение проблемы объективной эколого-географической оценки территории, В: можной лишь при условии подробного анализа ее природной комфортности (диске фортности), основополагающей составляющей как региональной, так и планетарн экосистемы, иллюстрируется на примере ЮФО.
На основании существа выявленной проблемы, содержания направлений соврем; ных исследований в области оценки климатической комфортности определены объек предмет исследования, цель и задачи работы. В ходе решения поставленных задач noj чены новые научные результаты.
Актуальность анализа биоклиматической составляющей природных ресурсов п ритории Южного Федерального Округа (ЮФО) определяется необходимостью полу-ния объективной эколого-географической оценки комфортности среды обитания челої ка в определенных климатических условиях.
Интегральная карта влияния природных условий
территории Российской Федерации
на условия жизнедеятельности населения
На Рис. 1 представлено районирование территории Росии выполненное по уточні ной методике, разработанной ВНКЦ «Север» совместно с Лабораторией климатолог; Института географии РАН. Специалистами Института географии РАН и ВНКЦ «Севе была разработана система показателей зональных и азональных факторов природ^ климатической дискомфортности, включающих следующие показатели:
- продолжительность дня, ультрафиолетовая недостаточность или избыт; ность, сумма отрицательных температур воздуха, продолжительность периода с темі ратурой воздуха ниже -30С, продолжительность отопительного и безморозного пер^ дов, мощность сезонно-талого слоя, сумма температур за период с устойчивыми тем ратурами выше +10С, вегетационный индекс, индекс влажного ветрового охлаждег Хилла;
- абсолютная высота местности, степень заболоченности территории, инт; сивность землетрясений, затопления при наводнениях, проявления тайфунов и цуна (для Дальнего Востока).
Однако в методику не включены наиболее важные показатели, дающие оценку прямого воздействие климата на человека, характеризующие процесс теплообмена человека с внешней средой, индексы факторов «комфортности/дискомфортности», определяющие степень влияния природной составляющей на жизнедеятельность человека. На сегодняшний день биоклиматических показателей боле 30, а в методике использован всего один (индекс влажного ветрового охлаждения Хилла), не отличающийся достаточной информативностью.
Министерством экономического развития РФ (в 2003 г.) разработана методика районирования территории России по природным условиям, влияющим на жизнедеятельность, основной акцент которой сделан на физико-географические особенности и вновь не учтены биоклиматические критерии. Тогда как ретроспективный анализ литературных источников количественно оценивающих негативное воздействие на человека естественных, природно-климатических, социально-экономических и производственных факторов среды обитания и их вклад в тяжесть и напряженность жизнедеятельности говорит о том, что объективное решение проблемы районирования возможно только при комплексном, интегральном подходе. При этом оценка климатической комфортности территорий должна быть антропоцентрична.
В «Экологическом атласе Ростовской области» Изд-во СКНЦ ВШ 2000г. На карте 15 «Интегральная оценка по природным факторам» (рис. 2.) благоприятная обстановка на юго-востоке, центральная часть отнесена к относительно благоприятной обстановке, северная - к малоблагоприятным, восточная к неблагоприятным. Это связано с тем, что при районировании использовалась малая часть климатических характеристик: температуры января и июля, сумма активных температур, годовая сумма осадков и коэффициент увлажнения. Кроме того, использование в качестве таксонов районирования по природным факторам административных границ районов, мягко говоря некорректно, т.к. природные факторы, априори, не могут соответствовать административному, как правило субъективному, делению территорий. При районировании территории Ростовской области по годовым значениям индекса патогенности метеорологической информации, выполненной автором в 2001г (Рис.3), в северной области и на юго-востоке - слабораздражающие условия, т.е. субкомфортные, центральная часть лежит в области раздражающих условий (дискомфорт), а восточной характерны резко раздражающие условия (т.е. дискомфорт). Миллеровский район расположен в зоне раздражающих условий, тогда как по «интегральной оценке природных факторов» там благоприятная обстановка, район Каменска-Шахтинского по той же «интегральной оценке» находится в мало благоприятных условиях, тогда как районирование по индексу патогенности метеорологической ситуации там условия субкомфорта. Эти разногласия вызваны тем, что при интегральной оценке территории по природным факторам (Рис.2) не были учтены параметры ветра и перепады температуры, являющиеся главными, определяющими факторами дискомфортности климата исследуемой территории. Кроме того, субширотная ориентация наиболее возвышенных участков Ростовской области, при наличии Манычской и Нижнедонской низменностей способствует формированию «ветрового коридора», удобного для западно-восточных вторжений воздушных масс с разными физическими свойствами.
Интегральная оценка по природным факторам
Рис. 2 Интегральная оценка по природным факторам. «Экологическом атласе Ростовской области» Изд-во СКНІД ВШ 2000г
Интегральная оценка по природным факторам
наиболее благоприятная
благоприятная
Рис. 3 Районирование территории Ростовской области {авторский вариант)
В соответствии с данными районирования ЮФО расположен в V - VI зонах (у* ренно благоприятной и климатического оптимума Рис.1), тогда как по выполненно: автором районированию большая часть территории ЮФО находится в зоне субкомфсі та, комфортна только юго-западная зона, включающая равнинную часть Краснодарски края, предгорья Кавказа и побережье Черного моря, центральная зона ЮФО располо л на в зоне дискомфорта. Результаты, полученные автором в исследованиях простран венного и временного распределения зон климатического комфорта/дискомфорта
территории ЮФО, определили направление дальнейшей работы, - решения проблемы объективной эколого-географической оценки климатической комфортности любого региона.
Исследования особенностей распределения климатической комфортности в ЮФО бесспорно актуальны и определяются: а)недостаточностью проанализированных биоклиматических условий территории региона; б)необходимостью получения объективной эколого-географической оценки климатической комфортности; в)недостатком информации для выполнения ряда прикладных работ по расчету экономической эффективности развития рекреационной деятельности в ЮФО, планированию затрат на коммунальные услуги и социальную сферу, и при эколого-экономическом регулировании развития территории. Компьютерная визуализация схем пространственно-временного распределения биоклиматических индексов на территории исследования позволит наиболее информативно и наглядно отобразить, полученные в результате анализа и синтеза, данные расчетов и послужит основой для дальнейших экологических и эколого-географических исследований.
Целый ряд известных методик, посвященных, эколого-географической оценке конкретной территории, в основе своей содержат результаты анализа антропогенного воздействия на окружающую среду, считая ее статичной, а исследования особенностей природных условий, как её приоритетных составляющих и их динамику, в них нередко опускаются. Однако недоучет вклада природной, естественной составляющей в общую эколого-географическую оценку территории влечет за собой погрешности и ошибки зачастую весьма значительные.
Важнейшим элементом природной составляющей являются климатические особенности или климатические ресурсы, входящие в состав природных ресурсов территории. По мнению Л.Б. Башалхановой (1997) они представляют собой «интегральную совокупность параметров атмосферы - ее вещества, энергии, информации и пространства, прямое или непрямое потребление которых поддерживает существование и улучшает качество жизни, способствует созданию материальных благ».
Климат является ресурсным потенциалом практически для всех отраслей экономики и социальной сферы. Исследование его, в настоящее время, ограничивается тремя основными направлениями: агроклиматическими, энергоклиматическими (гелио - и ветро-ресурсы) и биоклиматическими. Биоклиматические ресурсы, как составляющая природно-ресурсного потенциала, при экологическом подходе можно оценить с позиции особого интегрального показателя комфортности климатических условий, необходимых для жизни и воспроизводства, населяющих данную территорию организмов, в том числе и человека. Анализ и районирование, которых возможно с двух позиций: эколого-географической и экономической. Географическая или эколого-географическая концепция исследования характеризуется тем, что анализ начинается с физико-географических исследований, т.е. подробного анализа природной, основополагающей составляющей как региональной, так и планетарной экосистемы, на основе принципов геоцентризма; антропоцентризма; хорологической направленности, а при районировании, в качестве исходного таксона используется географический (ландшафтный) район.
Решение проблемы объективной эколого-географической оценки территории иллюстрируется на примере ЮФО и обусловлено необходимостью:
а) определения территориального распределения параметров детерминирующих факторов природной среды на территории ЮФО;
б) оценки экономической целесообразности затрат на создание и развитие прои
водств в отдельных районах ЮФО с целью их минимизации;
в) разработки новых программно-целевых подходов для административн
хозяйственного освоения необжитых районов ЮФО;
г) планирования работ по эффективному обеспечению максимально безопасных у
ловий труда и отдыха населения (на открытом воздухе) в пределах исследуемого реги
на.
Степень изученности и разработанности проблемы. При выборе методов исслед вания биоклиматических условий ЮФО проанализированы оценочные методики, и пользовавшиеся для других территорий России: Башалханова Л.Б., Сорокина Л.П. (Ди комфортность климата Иркутской области, 1991), Григорьева Е.А. (Оценка дискомфор ности климата Еврейской автономной области, 2003), Русанов В.И. (Биоклимат Запади Сибирской равнины, 2004), Архипова И.В., Ловцкая О.В. (Медико-географическая оце ка климатической комфортности на территории Алтайского края, 2005) и др. На сег дняшний день число работ, посвященных крупномасштабным исследованиям биоклим тических условий мало', поэтому оценка динамики пространственно-временного распр деления климатической комфортности территории ЮФО, на основании анализа рассч тайных в работе индексов, достаточно своевременна и информативна.
Научная концепция исследования основывается на трудах в области физическ географии, экологии, климатологии, биометеорологии, биоклиматологии, экологическ климатологии, медицинской географии Мезерницкого П.Г., Ремизова Н.А., Чубуко Л.А., Воейкова А.И., Берга Л.С., Хромова СП., Алисова Б.П., Будыко М.И., Израэ Ю.А., Кондратьева К.Я., Романовой Е.Н., Айзенштата Б.А., Ассмана Д., Бютнера Бокши В.Г., Головиной Е.Г., Русанова В.И., Воронина Н.М., Галахова Н.Н., Данилов Н.А., Поволоцкой Н.П., Кобышевой Н.В., Русина И.Н., Хайрулина К.Ш., Карпенко В. Исаева А.А., Авцына А.П., Келлера А.А., Башалхановой Л.Б., Куролап С.А., Линев И.Л., Сорокиной Л.П., Малхазовой СМ., В.В. Дмитриева, Г.Т. Фрумина, В.А. Шелутко др.
Объект исследования - пространственно-временное распределение основных кл матообразующих факторов и отдельных метеорологических величин, формирующ климатическую комфортность исследуемой территории.
Предмет исследования - геоэкологические аспекты биоклиматических ресурс территории ЮФО, их влияние на жизнедеятельность населения.
Целью работы является разработка научных теоретико-методологических и мет дических подходов к эколого-географической оценке климатической комфортности те ритории. Поставленная цель реализуется на основе параметризации и анализа биокли тической составляющей природно-ресурсного потенциала для выявления простран венно-временных закономерностей распределения климатической комфортности к элемента эколого-географической оценки исследуемой территории по рассчитаннь значениям биоклиматических показателей (индексов).
Основная идея работы заключается в том, что для объективной эколог географической оценки конкретной территории необходим подробный анализ приро ной составляющей, включающей особенности пространственно-временного распредел ния климатической комфортности с учетом предлагаемых автором подходов: геоце тризма, антропоцентризма, хронологической направленности.
В соответствии с поставленной целью, сформулированы основные задачи:
Разработать оригинальную концепцию эколого-географической оценки комфортности климата территории, как природной составляющей окружающей среды.
Разработать методику эколого-географической оценки пространственно-временного распределения климатической комфортности по рассчитанным значениям биоклиматических показателей. Отобрать наиболее информативные существующие биоклиматические индексы. Разработать интегральный показатель биоклиматической комфортности ИПбк.
Определить и проанализировать особенности физико-географических условий, определяющих климатическую комфортность территории Южного Федерального Округа.
Проанализировать возможность применимости и апробировать метод нейропро-граммирования для решения задачи медико-биоклиматического прогноза заболеваемости населения с использованием сформированной базы биоклиматических индексов.
Апробировать созданную методику, выявить закономерности и построить карты-схемы пространственно-временного распределения биоклиматических индексов на исследуемой территории, выделив зоны «комфорта», «субкомфорта» и «дискомфорта». Выполнить районирование Южного Федерального округа по индексу патогенности метеорологической ситуации и климатическому потенциалу самоочищения атмосферы.
Научные результаты, выносимые на защиту:
Концепция эколого-географического исследования закономерностей пространственно-временного распределения климатической комфортности.
Методика эколого-географической оценки климатической комфортности территории.
3. Эколого-географическая оценка биоклиматической составляющей природно-
ресурсного потенциала ЮФО.
4. Геоэкологические аспекты оценки влияния биоклиматической составляющей на
жизнедеятельность и здоровье населения.
5. Территориальная характеристика комфортности климатических условий ЮФО.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
Разработана оригинальная концепция эколого-географической оценки климатической комфортности территории.
Разработаны методика оценки биоклиматических условий на основе сравнительного анализа комплексных показателей: ЕТ - эквивалентно-эффективной температуры, РЭЭТ - радиационной эквивалентно-эффективной температуры, БАТ - биологически активной температуры, Qs - сальдо теплового баланса человека, I - индекса патогенности метеорологической ситуации, Км - климатического потенциала самоочищения атмосферы и по интегральному показателю биоклиматической комфортности ИПбк.
Впервые выявлены основные закономерности пространственно-временного распределения климатической комфортности природно-ресурсного потенциала Южного Федерального округа (ЮФО) по рассчитанным значениям биоклиматических индексов.
Впервые применен метод нейропрограммирования для решения задачи медико-биоклиматического прогноза заболеваемости населения.
Впервые осуществлено районирование территории Южного Федерального округа (ЮФО) по биоклиматической составляющей природно-ресурсного потенциала.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается корректностью аналитических и численных методов исследования, большим массивом ин-
формационной базы, в качестве которой послужили ряды многолетних метеорологич ских наблюдений Северо-Кавказского УГМС, статистические сборники (Ростовста 2000 - 2006гг.), статистические данные ФГУЗ, - центра гигиены и эпидемиологии Ро товской области (2000 - 2006гг.), статистические данные ВНИИСХМ и ВНИИГМ МЦЦ г. Обнинска, справочники по климату СССР, сведения, опубликованные в пери дических научных журналах и научной литературе. Справочные, каталожные и фонд вые данные обобщены автором в виде базы данных, в которую были включены та: опубликованные материалы монографий «Биоклиматические условия Ростовской обла ти» и «Оценка пространственно-временного распределения климатической комфортн сти территории Южного Федерального округа (ЮФО)».
Методы исследований. В основу работы положено сочетание индуктивного и д дуктивного путей познания, аксиоматического метода исследований. Дедуктивный по ход на первом этапе проявляется во введении в методологию исследования аксиоматик постулатов, гипотез, имеющих характер общих утверждений. На втором этапе эта си тема исходных положений и правил путем логической дедукции преобразуется в осн вополагающие утверждения теории - определения и этапы эколого-географической (ге экологической) оценки с позиций антропо- и геоцентризма, а затем в предмета методическую основу получения количественных оценок. Индуктивный подход реал зуется в разработке и реализации критериальной основы получения индексов; модел ном представлении характерных особенностей медико-биоклиматического прогноза з болеваемости населения, разработке стратегий оценки состояния и климатической ко фортности территории.
Методика исследования носит оригинальный характер и основана на многокрит риальном параметрическом представлении результатов оценки состояния и климатич ской комфортности территории, медико-биоклиматического прогноза заболеваемос населения.
Общая методологическая основа - системный подход, включающий научное обо щение опыта работ в области эколого-географических исследований состояния и качес ва окружающей среды, позволяющий осуществлять последующую проверку результ тов, анализ обширного массива данных с использованием методов математического м делирования, математической статистики и геоинформационных технологий.
Практическая значимость работы заключается в том, что теоретические положен и результаты исследования и работы могут быть использованы:
при разработке перспективных и целевых программ развития ЮФО, формиров нии стратегических планов социально-экономического развития городов ЮФО и хозя стаєнного освоения отдельных районов округа;
сельскохозяйственными предприятиями для корректировки сроков посевных р бот и оптимизации севооборота;
в принятии управленческих решений администрациями хозяйственных предпр ятий, руководителями экологических и санитарно-эпидемиологических служб разли ных уровней;
при разработке лекционных курсов «Геоэкология», «Экология», «Экология чел века», «Регионоведение», «Метеорология и климатология», «Учение об атмосфере «Медицинская география» и др;
в учебной и научной работе для специалистов, преподавателей, аспирантов и ст дентов, специализирующихся в области гидрометеорологии, географии, экологии и др
гих естественнонаучных отраслей знаний. Личный вклад автора:
Основная идея работы, постановка задач исследования и выработка методологии для их решения.
Разработка оригинальной, концептуальной модели оценки климатической комфортности, обеспечивающей системный подход к решению поставленных в работе задач.
Анализ физико-географических условий территории Южного Федерального Округа для объективной оценки биоклиматической составляющей природно-ресурсного потенциала на основании результатов расчетов биоклиматических показателей - индексов.
Отбор наиболее информативных существующих, биоклиматических показателей
(индексов) по их значимости, комплексности и возможности использования для эколого-
географической оценки.
Анализ влияния факторов окружающей среды на жизнедеятельность населения и производство расчетов с построением карт-схем пространственно-временного распределения биоклиматической комфортности, как составляющей природно-ресурсного потенциала на исследуемой территории.
Разработка интегрального показателя биоклиматической комфортности ИПбк.
Применение метода нейропрограммирования для решения задачи медико-биоклиматического прогноза заболеваемости населения по биоклиматическим индексам.
Районирование Южного Федерального округа по биоклиматической составляющей природно-ресурсного потенциала на основании расчетов сезонных значений индекса патогенности метеорологической ситуации (I) и коэффициента потенциала самоочищения атмосферы (Км).
Апробация результатов исследования осуществлялась на ряде научных конференций и симпозиумов: Научно-практическая конференция Ростовская Государственная Экономическая Академия Ростов-на-Дону 1999г.,И-я Международная конференция «Вулканизм и экология», Туапсе 2000., XVIII-я Международной конференции, Новороссийск. 2000., Научно-практическая конференция Ростовская Государственная Экономическая Академия Ростов-на-Дону 2000г., Всероссийская Интернет-конференция «Современные проблемы экологии и безопасности». Тульский Гос. Университет, Тула 2004,2006, VII строительный форум «Южная столица» Ростов-на-Дону 2004., Научно-практическая конференция посвященная 200-летию Казанского Гос. Университета Казань 2004, Научно-практическая конференция по рациональному использованию береговой зоны Краснодарского Причерноморья. Туапсе 2004, Н-я экологическая конференция «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» РГУ. Ростов-на-Дону 2005., Ш-я экологическая конференция «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» РГУ. Ростов-на-Дону 2006., Международная научная конференция «Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон» Санкт-Петербург 2006., IV-я научно-практическая конференция (с международным участием) ЮФУ «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» Ростов-на-Дону 2007, Международная научно-техническая конференция «НАВКОЛИШНЭ ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ - 2007» Одесса, 2007, V-я экологической конференции (с международным участием) «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» ЮФУ Ростов-на-Дону 2008, Международная конференция по авиационной и спутниковой метеорологии Санкт-Петербург, 2008г.; Всероссийская научная конференция с международным участием «Окружающая среда и устойчивое
развитие регионов: новые методы и технологии исследований», г. Казань, 19 - 22 м 2009 г.; Научно - практическая конференция «Актуальные проблемы эволюции геогр фического пространства» в рамках VI Большого Географического Фестиваля, г. Санкт Петербург, 3-5 апреля 2009 г.; 5-я Международная конференция «Экологические гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон «ЭКОГИДРОМЕТ - 2009», г. Санкт - Петербург, 7-9 июля 2009 г.; VI - Всероссийск научная конференция с международным участием «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТ ВУЗОВСКОЙ НАУКИ» 21-24 сентября 2009, г.Сочи. Результаты исследований вошли отчеты: а) по грантам Президента РФ «Ведущие научные школы России» Н" 1967.2003.5; 4717.206.5; б) Проекта РФФИ 06-05-22001 - НЦНИ Франции PICS 345 внутренним грантам ЮФУ темы: 05/6-188,05/06 -146.
По теме диссертации опубликовано более 65 печатных работ (в том числе 11 в в дущих рецензируемых ВАК научных изданиях), выпущены 4 монографии («Биоклим тические условия Ростовской области», «Человек и окружающая среда», «Оценка пр странственно-временного распределения климатической комфортности Южного Фед рального Округа», «География и генезис опасных погодных явлений юга России»);
Структура работы. Диссертационная работа содержит 5 глав, введение, заключен и список литературы, объем которых составляет 356 страниц. Текст работы сопровожд ется 82 рисунками и 61 таблицей. Список литературы содержит 254 наименования.
Результаты исследований вошли в отчеты: а) по грантам Президента РФ «Ведущ научные школы России» НШ - 1967.2003.5; 4717.2006.5; б) проекта РФФИ 06-05-220 -НЦНИ Франции PICS 3451, в) внутренним грантам ЮФУ темы: 05/06-188,05/06 - 14 Исследования проводились при финансовой поддержке НШ-4983.2008.5
