Содержание к диссертации
Введение
1. Краткая характеристика природных условий 10
1.1. Основные черты рельефа 10
1.2. Некоторые особенности климата в связи с условиями его формирования 14
1.3. Сезонное протаивание и промерзание грунтов. Воды 24
1.4. Общие черты почвенно-растительного покрова 26
2. Пространственно-временной анализ динамики климатичес ких факторов природной зональности 30
2.1. Исходная информация, объекты анализа 30
2.2. Анализ кривых посуточной динамики элементов климатического режима 35
2.2.1. Визуальный анализ соподчиненноети и уровней кривых 36
2.2.2. Анализ структуры кривых посуточной динамики температуры воздуха в течение вегетационной части годового цикла 56
2.3. Параметры распределения средних суточных температур как показателя временной структуры и генезиса терми ческого режима 70
3. Ингегральная структурная модель сезонной' ритмики гшсистш, обоснование и характеристика ее элементов 81
3.1. К обзору литературы по исследованию сезонной ритмики природы высоких широт. Методические приемы 81
3.2. Феноклиматичвский анализ и комплексная характеристика сезонных ритмов 86
3.2.1. Вегетационная часть годового цикла 90
3.2.2. Предлетье 105
3.2.3. Летний сезон и его фазы ИЗ
3.2.3.1. Фаза становления лета 137
3.2.3.2. Центральная фаза лета 148
3.2.3.3. Фаза спада лета I61
3.2.4. Фазы осеннего сезона 167
3.3. Структурная модель сезонной ритмики геосистем 172
4. Динамика структуры вегетационной части годового цикла 179
4.1. Динамические варианты и типы структуры 179
4.2. Условия функционирования геосистем в годы различных типов и динамических вариантов структуры вегетационной части годового цикла 185
4.2.1. Условия шестифазного типа 189
4.2.2. Условия динамических вариантов пятифазного типа 197
4.2.3. Условия динамических вариантов четырехфазного типа 209
4.3. Динамика структуры сезонного ритма в связи с эпохами циркуляции атмосферы 220
4.4. Биоклиматическое районирование 223
Заключение 236
- Некоторые особенности климата в связи с условиями его формирования
- Анализ кривых посуточной динамики элементов климатического режима
- Феноклиматичвский анализ и комплексная характеристика сезонных ритмов
- Условия функционирования геосистем в годы различных типов и динамических вариантов структуры вегетационной части годового цикла
Введение к работе
Обь-Енисейский Север (ОЕС) - крупнейшая нефтегазоносная про-винцая СССР, где темпы добычи нефти в 1983 г. уже достигли I млн, т в сутки, а население только Тюменского Севера превысило I млн, человек. Интенсивное комплексное освоение этого района ставит проблему ооздания здесь собственной сельскохозяйственной базы на основе местных природных ресурсов.
Решение проблемы рационального использования природных ресурсов нуждается в анализе изменений условий существования (функционирования) природных комплексов (геосистем) не только в пространстве, но и во времени - в течение года, от года к году и в среднем за определенный! достаточно длительный период как одной из инвариантных их характеристик. Временной аспект проблемы для геосистем ОЕС практически не имеет освещения в литературе. Это и определило выбор темы исследования.
Проблема пространственно-временного анализа природной среды ОЕС весьма актуальна, поскольку его геосистемам присуща ярко выраженная сезонность функционирования как одно из следствий континента льности климата Сибири [Михайлов, 1976). Актуальность проблемы возрастает в связи с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О комплексном развитии сельского хозяйства в районах Сибири, Дальнего Востока и в Курганской области" (апрель, 1982 г.) и майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС. В них указывается на необходимость разработки зональных научно обоснованных систем ведения хозяйства, учета конкретных природно-экономических условий. Дальнейшее развитие научных исследований рассматривается как одна из мер реализации "Продовольственной программы СССР на период до 1990 года", поскольку взаимосвязь отраслей сельского хозяйства с характером природных условий географически закономерна и, по
Ф.ф.Давитая (1958), носит всеобщи характер. Это свидетельствует об актуальности углубленного познания как зональных, так и местных особенностей природы районов интенсивного освоения, каковым является ОЕС, что и определило выбор района исследования. Под последним мы понимаем бассейны нижних течений и междуречное пространство Оби и Енисея, площадью около I млн. км2. С юга территория ограничена параллелью 60 с.ш., с которой совпадает четкий радиационный и циркуляционный рубеж Западной Сибири [Григорьев, 1970; Будыко, 1977; Вительс, 1977; дрГ] .
В схеме природного районирования [Рихтер, 196з] исследуемая территория соответствует северной части физико-географической страны Западно-Сибирская равнина. Она занята тундрой, лесотундрой, северной и севером средней тайги (рис. I). По характеру климата и условий его формирования ОЕС существенно отличается от южных районов равнины, то есть обладает определенной климатической самостоятельностью. Общность его природы вытекает и из характерного дефицита тепла, избытка увлажнения, наличия вечной мерзлоты и положения в высоких широтах, на границе с арктическим бассейном. В силу этого условия Севера своеобразны и, по В.П.Казначееву и др. (1976), не имеют своего аналога в мире.
Годовой цикл развития природы районов с длительным залеганием снежного покрова естественно делится на холодно-снежную и вегетационную части. Мы исследуем сезонную ритмику условий вегетационной части годового цикла (ВЧГЦ).
Главная цель исследования - разработка интегральной структурной модели сезонной ритмики условий геосистем ОЕС и ее динамических вариантов на основе сезонной суточной ритмики климата в комплексе с ритмикой биоты. Реализация основной цели достигается решением следующих частных задач:
I) анализ общих особенностей условий формирования природы ОЕС,
Рис. I. Обзорная карта-схема сети метеорологических станций и положения Обь-Бнисейского Севера в схемах природного районирования.
Границы: I- физико-географической страны Западно-Сибирской равнины, 2 - природных зон, 3 - подзон и 4 - провинций [Рихтер, I963J; 5 - Западно-Сибирского климатического района [Орлова, I952J; 6 - климатических поясов; 7 - климатических областей; 8 - климатических подобластей [Алисов, 1947].
Метеорологические станции: 9 - корот-корядные, Ю - длиннорядные, II - с актинометрическими наблюдениями и 12 - с наблюдениями за солнечным сиянием.
Климатические пояса: I- Арктический, П - Субарктический, Ш - Умеренный-
К ли ыэтические области и подобласти: 86 - восточная подобласть Атлантико-Арктической лесной области, Юа - северная и ДОо - южная подобласти континентальной лесной Западно-Сибирской области.
AT - арктическая тундра, ТТ - типичная тундра, ЮТ - южная тундра, ЛТ - лесотундра, СТ - северная тайга, СрТ - средняя тайга.
географические провинци и: I - полуостров Ямал, 2 - Гыданский полуостров, 3 - Обско-Тазовская лесотундра, 4 - левобережье Оби, 5 - Приказымье, 6 - Надым-Пурская, 7 - Таз-Туруханская, 8 - Северо-Сосьвинская, 9 - Кондинское левобережье, 10 - Приобская, II - Вах-Тымская
который необходим для обоснования пространственных различий в ходе ее сезонного развития;
пространственно-временной анализ интегральных кривых посуточного хода средних многолетних характеристик комплекса основных элементов климата и присущей им структуры;
феноклиматический анализ ВЧГЦ для выявления критериев ее сезонных ритмов и обоснования их интегральной структурной модели;
комплексная характеристика условий сезонных ритмов;
анализ типов и динамических вариантов структуры ВЧГЦ по эпохам циркуляции атмосферы за 35-летний период.
Как пример возможного использования наших разработок в прикладных целях проводим биоклиматическое районирование О ЕС на основе сезонной ритмики климата.
В разработке интегральной структурной модели сезонной ритмики использован комплексно-генетический метод Н.Н.Галахова (1959), предусматривающий синхронный анализ посуточного хода комплекса элементов климата, климатообразующих факторов и феноявлений, дополненный Н.В.Рутковской 11979.). Нами он детализирован в отношении поиска критериев ритмов в условиях закономерного снижения напряженности климатического режима ВЧГЦ. В разработке интегральной структурной модели сезонной ритмики и характеристике ритмов нами применены общие методы климатологии, математической статистики, метод комплексной климатологии. В анализе ритмов, как условий жизни геосистем, использованы статический, динамический и функциональный подходы [Веручашвили, 1972, 1980; Сочава, 1978; Исаченко, 1982].
Научная новизна. В работе впервые применительно к условиям ОЕС:
I) разработана интегральная структурная модель сезонной ритмики в ее естественных временных границах за ВЧГЦ и дана комплексная характеристика выделенных ритмов;
рассмотрена структура ВЧГЦ конкретных лет 35-летнего периода, выделены ее динамические варианты и их типы;
дана характеристика гидротермического режима сезонных ритмов основных типов структуры ВЧГЦ, выявлена их генетическая обусловленность, связь структурных типов сезонной ритмики с эпохами циркуляции атмосферы;
проведено биоклиматическое районирование ОЕС на основе сезонной ритмики.
В основу работы положены материалы ежесуточных наблюдений 24 опорных метеостанций Омского и Красноярского УТКС за период 1936-1970 гг. (по температуре для станции Туруханск с 1881 по 1970 гг.). В соответствии с основной целью работы избран и метод обобщения материала - комплексные графики климатического режима в виде кривых посуточного хода средних многолетних характеристик основных элементов климата.
Средние многолетние суточные характеристики параметров климатического режима получены путем непосредственных подсчетов их за каждый календарный день 35-летнего периода и за период в целом. Цифровой материал наблюдений на стандартных для метеостанций высотах (2 м) обработан с применением ЭВМ, а также и "ручным" способом. Использован и статистический метод.
Однородность и сравнимость исходных данных обеспечивается выбором одного периода для основной группы метеостанций, начавших работу на Севере с 1936 г.
Метеостанции располагаются равномерно по территории исследования, в сходных по влиянию на термический режим, наиболее перспективных для освоения местоположениях (рис. I; прил., табл. I). Менее обеспечена метеосетью ШВ часть северной тайги. Поэтому нами взяты метеостанции, лежащие у северных пределов средней тайги -- Няксимволь, Ларьяк, Сургут и Верхне-Имбатское.
Данные по фенологии и урожайности естественных растений выбраны из литературных источников, Архива фенологической Комиссии Географического общества СССР.
Над вопросами сезонной ритмики мы работаем с 1968 г. Полевые, в том числе микроклиматические, наблюдения проведены в южных и восточных районах ОЕС. Собранные материалы использованы в работе,
На защиту выносятся:
приемы поиска критериев и обоснования интегральной структурной модели сезонной ритмики геосистем;
интегральная структурная модель сезонной ритмики и критерии ее выделения;
типы структуры ВЧГЦ, пространственно-временная динамика их по эпохам циркуляции атмосферы;
4) схема районирования ОЕС на основе сезонного ритма.
Основные положения работы докладывались на двух региональных
конференциях по проблемам исследования Алтае-Саянской горной области и Западной Сибири (Томск, 1975 и 1977 гг.), на научном се-минарв кафедры физической географии СССР МГУ (1982 г.). Методика исследования доложена на I Всесоюзном совещании по вопросам горной фенологии (Ереван, 1982 г.).
По теме диссертации опубликовано 17 работ общим объемом болев Ю п.л.
Некоторые особенности климата в связи с условиями его формирования
ОЕС лежит в трех климатических поясах (рис. I), что свидетельствует о сложности его климатических условий. В традиционном плане (по средним месячным и годовым характерне-тикам) климат ОЕС освещен как в работах по Западной Сибири в целом [колдомасов, 1947; Орлова, 1962; Коженкова, 1963; Шварева, 1963, 1974, 1976; Жаков, 1969; др ] , так и в региональных климатических исследованиях [Леонтьева, Иванов, 1939 ; Несмелова, 1974; Коломыц, 1975; дрГ]. Поэтому остановимся лишь на особенностях климата преимущественно теплой части года в связи с условиями его формирования. Для этого используем и данные "Справочников по климату СССР", вып. 17 и 21. Радиационны е особенности генезиса климата ОЕС определяются прежде всего его высокоширотным положением, что обусловливает резко неравномерное распределение инсоляции в течение года и наличие полярного дня севернее Полярного круга. На севере тундры полярный день устанавливается 9.У, на юге - 27.У. Его продолжительность возрастает с движением к северу до 88 суток на 72 с.ш. (рис. 4). Наибольшая в году продолжительность дня на 60 с.ш. равна 19 час. 22 мин. Это определяет больщую, чем на юге, возможную продолжительность солнечного сияния. У Полярного круга она на 45-50 час. больше, чем на 50 с.ш. [Орлова, 1962). Отсюда -- возможное длительное солнечное освещение - характерная особенность климата ОЕС, что позволяет травам даже при низких температурах воздуха и почвы быстро накапливать зеленую массу в связи с уменьшением их потребности в тепле [Синицина, Гольцберг и др , 1973; Крючков, 1979; Хлыновская, I982J . Различия: в величинах суммарной радиации между севером (Диксон) и югом (Сургут) за май-сентябрь невелики (4,6 ккал/см2, табл. I), а в поглощенной они существенны (13,8 ккал/см2) по причине заметного увеличения альбедо к северу от 60 о.ш. [Вудако, 1977; др.]. Характерно, что в мае величины суммарной радиации на севере выше, чем на юге ОНО. В середине теплого полугодия (июнь-июль) этих различий практически нет. В сентябре они резко возрастают и отмечается картина, противоположная той. которая наблюдается в мае. Величина рассеянной радиации не только не убывает к северу, но даже растет (табл. I). Этому способствуют большая продолжитель-ность дня, прозрачность атмосферы, небольшая толщина и малая водность облаков.
В связи с этим интенсивность солнечной радиации даже в Заполярье может достигать значений, характерных для Крыма и Кавказа [Алисов, 196э]. Обилие рассеянной радиации, содержащей при облачном небе 50-60 % фотосинтетичеоки активной радиации, благоприятно для фотосинтеза [Горышина, I979J . Высокое альбедо дает растениям светлых субстратов, а также растущим у воды, дополнительное освещение. Обилие света - характерная черта климата QBC. Она усиливает холодостойкость растений. Уменьшение к северу количества прямых солнечных лучей и возрастание рассеянного света (растения его поглощают почти полностью) изменяет спектральный состав в сторону длинноволновой радиации. Это положительно сказывается на фотосинтезе и росте растений [Коровин, 1972; Культиасов, 1982]. Годовые величины радиационного баланса (табл. 2) уменьшаются с движением к северу. В июле этих различий практически нет. В мае--июне они более значительны, чем в августе-сентябре. Основная статья его расхода - затрата тепла на испарение. Она в два (аркти-ческая тундра) - четыре раза (северная тайга) превосходит затраты тепла на турбулентный теплообмен. Анализ радиационных факторов климата по данным крайне редкой актиномбтркіческой сети (рис. I) свидетельствует о довольно однообразном распределении их характеристик по территории, что находится в противоречии с существующими здесь большими межширотными и долготными различиями температур. Интересен анализ распределения по территории многолетних расчетных величин радиационного баланса. Они получены Н.А.Шшзлянской (1973) для 46 пунктов ОБО за теплую (май-сентябрь) часть года. Карта (рис. 5), построенная нами по этим данным, иллюстрирует существенные различия его величин на одних и тех же широтах западных и восточных районов, а также неравномерный рост с уменьшением широты. И.Е.Трофимова (1979) установила, что тенденция связи и величин суммарной солнечной радиации с широтой на ОЕС появляется лишь в августе, но близким к широтному распределение становится только в сентябре. Данная особенность распределения солнечного тепла на ОЖЗ соответствует общему характеру динамики по территории повторяемости ясных дней и числа часов солнечного сияния. Они увеличиваются к востоку на одних и тех же широтах. Э.Г.Коломыц (1975) эти характеристики рассматривает как косвенные показатели радиационных условий и отмечает их увеличение в Сосьвинском При-обье не только к востоку, но и к северу. Таким образом, неравномерное распределение солнечного тепла по территории - одна из специфических особенностей климата ОЕС. Составляющие радиационного режима, особенно продолжительность дня с ее астрономической точностью, используются растениями и животными как источник информации о сезонах года. Напряженность солнечной радиации и связанных с ней света и температуры, их суточная и сезонная периодичность лежат в основе всех периодических явлений в природе [мончадский, 1962; Бюнинг, 1961; Данилевский, 1961; др.] . Циркуляционны е особенности формирования климата ОЕС обусловлены прежде всего его положением на побережье морей Северного Ледовитого океана, на границе моря и суши. Это вместе с равнинностью рельефа и меридиональностью основных орографических линий способствует оживленной циклонической деятельности во все сезоны года и решительному преобладанию (65-70 % случаев летом) меридиональных форм циркуляции над широтными Гкоженкова, І963І. Оживленная циклоническая деятельность обусловливает значительное (30I-3II мм в арктической тундре и 487-509 мм на севере средней тайги) среднее за год количество осадков.
Положение ОЕС в теплую часть года на СЗ периферии обширной барической депрессии, формирующейся над Азией в связи с ее прогревом, повышенное давление над океаном и вторжения холода в тылу западных и южных циклонов усиливают устойчивость господствующих в теплый сезон ветров северных румбов [Орлова, 1962; Шварева, 1963; Жаков, 1969; др.] . Этому способствует, как показано выше, особенность устройства поверхности ОЕС. Преобладание ветров северных румбов снижает температуру воздуха летом, усиливает возможность резких похолоданий и заморозков. Зимой преобладает вынос относительно теплого воздуха с запада. Поэтому температура зимних месяцев на западе (даже в Заполярье) выше, чем на востоке (средняя температура воздуха самых холодных месяцев - февраля в Тамбее - 25,8 и января в Гыда-Ямо - 27,6; абсолютный минимум -55 и-58, соответственно). Южнее эти различия усиливаются. Повышенная циклоничность ОЕС связана с циклонической деятельностью на арктическом фронте. В июле он располагается над южными районами тундры [чуканин, I965J. С циклонической деятельностью на этом фронте связана большая часть осадков теплого полугодия: более 70 % в тундре; 56 % на западе и 61 % на востоке тайги. Увеличение относительной значимости осадков этого фронта с запада на восток говорит о возрастаний к востоку климатообразующей роли арктических вторжений [Жаков, I969J. По мере движения к северу резко убывает повторяемость западных и юго-западных циклонов за счет северных и северо-западных (табл. 3). От начала теплого пе-риода к его центральному ядру возрастает повторяемость форм антициклональної циркуляции за счет циклонической, уменьшается повторяемость манных и глубоких циклонов (табл. 4). Постоянное взаимо-действие океана и континента, равншшость рельефа, интенсивный межширотный воздухообмен обусловливают повышенные скорости ЦИКЛОНОВ и антициклонов, а в связи с этим - повышенные скорости ветра и большую изменчивость погоды на ОЕС. Трансформация воздушных масс охватывает огромные пространства разогретого летом материка и в соответствии с его вытянутостью распространяется далеко на север.
Анализ кривых посуточной динамики элементов климатического режима
В разработке интегральной структурной модели сезонной ритмики центральное место занимает поиск климатических критериев ее элементов. Лишь правильно выявленные средние многолетние критерии позволят не только построить интегральную структурную модель, но и найти ее динамические варианты конкретных лет 35-летнего периода. В связи с этим необходимо выяснить, правомерно ли рассматривать полученные нами средние величины элементов климатического режима за 35-летний период как средние многолетние (климатическую У норму). Под климатической нормой понимается "та или иная характеристика климата, статистически полученная из многолетнего ряда наблюдений" [хромов, Мамонтова, 1963, с. 223]. Воспользуемся спо-собом, предложенным О.А.Дроздовым и др. (1965) и сравним средние квадратичные отклонения средних температур за периоды 35 и 90 (I88I-I970 гг.) лет по сезонным ритмам Туруханска. Они различаются на 0,0-0,2, максимум 0,3 (для весны), а их средние статистические ошибки - на 0,06-0,07, то есть находятся в пределах обычной требуемой точности (0,1). Кривые посуточной динамики сред-них за эти периоды температур практически идентичны (рис. i7). Следовательно, средние температуры сезонных ритмов после 35 лет практически не изменяются. Поэтому полученные нами средние 35-летние величины элементов климата можно рассматривать как средние многолетние, а построенные, по ним графики - как характерные для конкретной территории. 2.2.1. Визуальный анализ соподчиненности и уровней кривых Интегральные комплексные графики сезонной динамики и структуры климатического режима (далее мы их называем графиками клима-тического режима) ВЧГЦ для 18 метеостанций ОЕС приведены на рис. 8-17 и прил., рис. 1-35. По техническим причинам каждый целостный график разделен на три (два) самостоятельных рисунка при сохранении сплошной нумерации кривых посуточного хода элементов климата. Поэтому при рассмотрении климатического режима конкретной провинции необходимо анализировать сразу три (два) идущих последовательно рисунка.
Целостные графики приведены нами [оки-шева, 1978, 198з]. Условные обозначения к рисункам 8, 9, Ю, II, 12, 13, 14, 15, 16, 17. Температура воздуха: I- максимальная, 2 - за 13 часов, 3 - средняя суточная, 4 - за 01 часа, 5 - минимальная; 6 - минимальная температура на поверхности почвы, 7 - амплитуда температуры воздуха; 8 - межсуточная и 9 - межпентадная изменчивость температуры воздуха; 10 - продолжительность дня, II - число часов солнечного сияния; 13 - абсолютная влажность воздуха, 14 - дефицит влажности воздуха, 15 - грозы, 16 - ливни. Количество осадков: 17-за сутки, 18 - по пентадам; 19 - максимальные за сутки скорости ветра. Границы : — сезонов, — фаз, — подфаз. ж], [і - снег (сход весной и появление осенью); Іп, їв - заморозки: п - на поверхности почвы, в - в воздухе (первый осенью, последний весной). Фенологические явления: f - начало сокодвижения березы; ІБ - начало зеленения березы; Бк - начало зеленения березки карликовой; +Б - начало пожелтения березы; +Бм -- массовое пожелтение березы; +Бк - начало пожелтения березки карликовой; хБ - конец листопада у березы; хБк - конец листопада у березки карликовой; хЛ - конец хвоепада лиственницы сибирской; .ш - начало цветения шиповника иглистого; .ж - начало цветения жарков (купальницы азиатской); Л - вскрытие реки; Ло - ледовые образования; П - полное оттаивание почвы: В строке "фазы": ПЛ - предлетье; I, П, Ш - фазы лета; I, 2 -подфазы центральной фазы лета; СО - становление осени; ПО - поздняя осень Визуальный сопряженный анализ рисунков кривых посуточного хода элементов климата позволяет отметить определенную упорядоченность и зависимость хода одного элемента относительно другого и всех вместе - от хода температур. Характерна и общая параллельность хода температур, числа часов солнечного сияния и суммарной радиации (рис. 8, 9; II, 12; прил., рис. 7, 8). При всем этом имеются и зональные различия. В средней и северной тайге наступление максимума суточных значений числа часов солнечного сияния четко согласуется с временем максимума температур. По мере движения на север максимум солнечного сияния приобретает тенденцию опережать температурный максимум (это уже заметно на западе лесотундры, Салехард). В островной части арктической тундры он уже сдвинут на ветвь подъема температур (Белый, остров). Здесь самое солнечное время ВЧГЦ не самое теплое, что свидетельствует о повышенной роли адвекции тепла в формировании климатического режима Заполярья, особенно арктической тундры. Кривые хода всех характеристик термического режима воздуха параллельны в период максимума температур и в верхних частях ветвей подъема и спада; в нижних же частях этих ветвей параллельность нарушается, теряет четкость. Видимо, это объясняется сложной картиной теплообмена подстилающей поверхности и приземного воздуха в связи с частой сменой фазовых состояний значительных объемов воды на первых и заключительных этапах ВЧГЦ. На основной территории ОБО ход минимальных температур на поверхности почвы параллелен ходу температур воздуха. Исключение составляет арктическая тундра (рис. 17) где минимальные темпера-туры почвы и воздуха имеют малые различия, а в ряде дней первые оказываются выше вторых или равны им (в нижних частях ветвей подъема и спада). Такую особенность соотношения минимальных тем- ператур воздуха и почвы модно, видимо, увязать с резкой и частой сменой воздушных масс в арктической тундре, лежащей на берегу холодного Карского моря, и более чуткой реакцией температур воздуха в сравнении с почвой на их смену. Уже в этом режим арктической тундры резко отличается от режима основной территории ОВС. Температурные кривые светлой части суток (максимальной и за 13 час), а также средних суточных температур на основной территории тайги образуют свою, единую, четко обособленную группу (рис. 8; прил., рис. I, 4, 7, 13). Они резко отличаются по уровню от так же четко обособленнойїтрушш кривых характеристик темной части суток, причем количественные различия их между собой значительно меньше в сравнении с количественными различиями между характеристиками светлой части суток.
Следовательно, ход температур днем более ярко выражен в сравнении с ночью. Четкость этих группировок усиливается с движением к востоку. Это говорит о яркой выраженности суточного хода температур в южной части ОВС, особенно на востоке, а также о нарастании континентальности климата к ВСВ, и резко отличает режимы тайги от лесотундры, их западных провинций от восточных. В северной полосе северной тайги эти различия ослабевают, особенно на западе (ОДужи, прил., рис.18). В лесотундре, южной и типичной тундре температурные кривые характеристик светлой и темной частей суток уже не образуют двух групп, а равномерно распределяются одна относительно другой, иллюстрируя меныцую четкость суточного хода в силу большей облачности, нарастания черт океаничности климата и полярного дня (рис. 14; прил., рис. 20, 23). В этом отношении Мужи тяготеют к лесотундре, а Игарки (прил., рис. ДО) к северной тайге. Северная тайга от лесотундры отличается более резко на востоке. В арктической тундре, особенно в ее Гыданской провинции (рис. 17) и в Марре-Сале (прил., рис. 30), лежащей в типичной тундре, кривые всех характеристик термического режима образуют единую тесную группу. Лишь максимальные температуры идут обособленно, на значительно более высоком уровне. Сделанный ранее вывод В.Ю.Визе (1940) об асимметричности средних суточных температур по отношению к экстремальным за сутки на юге Арктики подтверждается и нашими исследованиями. Особенно ярко эта асимметричность выражена в арктической тундре, но к югу она постепенно исчезает и для лесотундры уже становится не характерной. Правомерность распространения данного вывода на более южные районы ходом средних многолетних температур не подтверждается. Амплитуда температуры воздуха (кривая 7) в посуточном ходе ил-люстрирует исключительную согласованность с кривой хода числа часов солнечного сияния (кривая II) и суммарной радиации (кривая 12; прил., рис.. 8), хотя в общих чертах имеет сходство и с ходом температуры, особенно в период ее максимальных значений. Эта связь более очевидна в восточных районах ОЕС. Кривая хода абсолютной влажности воздуха (кривая 13) практи-чески повторяет ход температур, в том числе и минимальных на поверхности почвы, особенно на ветви спада, когда ход ее параллелен ходу и числа часов солнечного сияния, и суммарной радиации (прил., рис. 7-9).
Феноклиматичвский анализ и комплексная характеристика сезонных ритмов
В жизнедеятельности зеленых растений умеренных и высоких широт выделяются \ХЙЛЬМИ, 1966 I две основные формы их организационной структуры и способов функционирования - активная и консервативная. Они определяются летними и зимними условиями внешней среды, соответственно. Между этими формами существуют глубокие различия. Поэтому непосредственный переход их одна в другую невозможен. Он осуществляется в условиях переходных сезонов - весны и осени. Наличие четырех естественных сезонов года в этих широтах хорошо подчеркивается и распределением повторяемости в годовом цикле трех групп классов погод: I) морозной, 2) с переходом температур воздуха через 0 и 3) безморозной. Господствующая группа определяет "лицо" сезона, а повторяемость классов - его особенность Установлено [Тихомиров, 1956; Александрова, 1961; Медведев, 1964; Вальтер, 1975; Хлыновская, 1982; др.] , что ведущим фактором начала повсеместной активной вегетации растений высоких широт является сход снежного покрова. Он наблюдается в среднем после наступления положительных температур (табл. 9). И.Н.Елагин (1976) считает обязательным для начала вегетации сосновых лесов востока северной тайги OSC оттаивание подстилки и приобретение верхним слоем почвы температуры 1-2 в наиболее теплые часы суток (в таких условиях восстанавливается оводненность тканей рас-тений, начинается сокодвижение). На крайнем СЗ средней тайги ОЕС, по А.А.М адасовой (1977), уже в первой декаде апреля прекращается промерзание почвы и начинается слабое оттаивание ее верхних горизонтов. На глубине 20 см температура приближается к 0. Определенная ясность в противоречивость взглядов исследователей на начало вегетации растений высоких широт еще под снегом внесена Н.И.Хлыновской (1982), отметившей, что это явление харак-терно лишь для лет с очень позднишсроками схода снега. Дат первого и последнего мороза в почве для ОЕС в справочниках по климату нет. Графики климатического режима иллюстрируют близкое совпадение дат схода снежного покрова и перехода через 0 минимальных температур на поверхности почвы. Ранее, за 4-6 дней в тайге и 5-7 дней в лесотундре, температура за 01 часа и минимальная в воздухе становятся выше 0, а ночи - безморозными. Начало безморозных ночей в Сибири рассматривается как важный фактор начала вегетации [Буторина и др., I972J.
Полевые наблюдения в высоких широтах [Шамурин, 1966; Елагин, 1976; др.] свидетельствуют, что в условиях обилия талых вод, позднего схода снежного покрова (уже при положительных темпера-турах воздуха и близкой к максимальной в году продолжительности дня) температура верхних слоев почвы со сходом снежного покрова становится положительной. По В.В.Орловой (1962), на ОВС даты разрушения и полного схода снежного покрова практически совпадают. Наши исследования показывают, что разница между ними на территории к востоку от линии Марре-Сале - Ларьяк в среднем равна 0-3 дням, а к западу возрастает до 8-15 дней. В отдельные годы морозы прекращаются позже схода снежного покрова ("голая весна", по Т.Н.Буториной (1979)). В такие годы вегетация начинается с их прекращением. Это подтверждается исследованиями Г.Ф.Хильми (1966). Им установлено, что лишь завершение периода низких температур и наступление тепла является сигналом для начала превращений органических веществ органов запаса летне-зеленых растений из нерастворимых соединений в растворимые. Оно знаменует начало перехода растений к активному периоду жизнедеятельности. Опыт выращивания на Севере сельскохозяйственных культур, посев кормовых культур по "таломерзлому грунту", ранние посевы (салат, укроп, овес и ячмень на зерно) сразу после схода снега, посадка картофеля при температуре почвы 2-6, удаление снега с полей для улучшения микроклимата и сдвига сроков сева в раннюю сторону свидетельствуют о тесной связи начала полевых работ и схода снежного покрова [Хренникова, 1940; Ивановский, 1953, 1958; Щульмейстер, 1958; Сайтбурханов, 1969; Хлыновская, 1982; др] . Таким образом, сход снежного покрова, установление положительных температур воздуха, прекращение морозов в воздухе и оттаивание верхних: слоев почвы - это решающие факторы начала вегетационного периода как естественной, так и культурной растительности на ОЕС. Климатическим индикатором его в среднем многолетнем плане является сход снежного покрова. Фенологическим индикатором начала вегетационного периода в Сибири является начало сокодвижения у березы - одно из самых первых явлений возобновления вегетации летнезеленых видов. По Г.Э. Щульцу (1970), это и зональный субареальный индикатор группы явлений начального этапа вегетации. Для ОЕС он ценен еще и тем, что различные виды березы имеют повсеместное распространение. Установлено [Лархер, 1978; Горышина, 1979J, что у разных видов одного района феноявления протекают почти одновременно. С началом сокодвижения у березы хвоя ели и сосны становится темно-зеленой» что говорит о начале и их вегетации. Набухают почки лиственницы, появляются проростки у многолетних трав и первые цветы - "подснежники" [зуторина, 1975, 1979; Елагин, 1976; др.] . Спонтанное отмирание листьев, принимающее форму осеннего расцвечивания, а затем - листопада, соответствует полному прекращению вегетации летнезеленых растений, знаменует начало консервативного периода их организационной структуры [Тихомиров, 1956; Хильми, 196б]. Установленная Г.Э.Щульцем (1967) тесная связь сроков конца листопада на северной границе леса с появлением первого еще неустойчивого снежного покрова свидетельствует об индикационной значимости этого климатического явления для конца вегетационного периода на ОЕС. В отдельные годы морозы начинаются раньше появления снежного покрова. Например, в 1962 г. в Тарко-Сале снег появился II.X, а с З.Х установились морозы до -18,1. В такие годы начало морозов, а не появление снега индицирует конец ВЧГЦ.
С их началом почки возобновления растений Севера, по Б.А.Тихомирову,(I963X прекращают свое развитие. Быстро и глубоко промерзает почва, а весной оттаивает медленно. На ОЕС случаются и очень ранние снегопады, чаще при положительных средних суточных температурах (27 августа 1970 г. в Тамбов, 7 августа 1969 г. на Диксоне, 5 сентября 1968 г. в Игарке). Они держатся обычно не более суток. Установлено [Александрова, 1961; Яшина, 1961], что такие снегопады не прерывают вегетации растений Севера, а как бы стимулируют их развитие, ускоряя темпы формирования зимующих почек. Мы считаем их снегопадами вегетационного периода. Таким образом, появление первогв, еще не устойчивого, снежного покрова, завершение листопада детнезеденых - индикаторы окончания ВЧГЦ на QBC. В среднем многолетнем их сроки хорошо согласуются с датами перехода температуры воздуха через 0 (табл. 9), а воды - в твердое состояние. Сказанное является основанием большей целесообразности холодно-снежную часть годового цикла развития природы высоких широт называть морозно-снежной, что точно подчеркивает критерии отграничения ее от вегетационной части. Итак, вегетационный период на ОЕС в его естественных границах в среднем .многолетнем плане длится от окончательного схода снежного покрова и прекращения морозов до появления первого еще неустойчивого снежного покрова и начала морозов; от начала сокодви-жения у березы до завершения листопада деревянистых детнезеденых видов. В плане ритмов сезонного развития природа - это вегетационная часть годового цикла (ВЧГЦ). Средние многолетние даты начала (конца) ВЧГЦ получены на основании найденных нами дат окончательного схода весной и появления первого, еще неустойчивого, снежного покрова осенью и прекращения (начала) морозов в конкретные годы 35-летнего периода. Наложение их на графики климатического режима показывает, что в среднем многолетнем ВЧГЦ начинается с переходом средних суточных температур воздуха через 3 - в средней тайге и южной полосе северной, 2 - в северной полосе северной тайги и лесотундре, 1 - в южной и 0,5 - в типичной и арктической тундре. Они близки к температурам начала сокодвижения у березы в тайге Средней Сибири [Вуторина и др., I972J и Архангельской области [щеголева и др., I979J. Величины их понижаются с ростом широты как и на севере ETC. Наложение дат начала сокодвижения у березы, взятых из [Вуторина, 1975, 1979] и Архива Географического общества СССР, на графики климатического режима также иллюстрируют близкое совпадение их со сроками схода снежного покрова.
Условия функционирования геосистем в годы различных типов и динамических вариантов структуры вегетационной части годового цикла
Последовательность этапов развития условий сезонной ритмики геосистем ОЕС, представленная в интегральной структурной модели, обеспечивает относительную устойчивость сложившейся морфологической структуры его современных ландшафтов, известную их продуктивность и урожайность сельскохозяйственных культур. Любые от- клонения в структуре ВЧГЦ от 6-фазной, а летнего сезона от 3-фаз-ного создают в конкретные годы определенную аномалию сезонной ритмики условий геосистем, что должно найти отражение в их состоянии и продуктивности. Однако имеющиеся сведения о размерах заготовок богатейшего пищевого и лекарственного сырья на ОЕС не отражают его естественных возможностей. Имеющиеся материалы по урожайности сельскохозяйственных культур отражают не столько особенности условий конкретного года, сколько динамику агротехники [ильина, 1975; Хлыновская, I982J. Это затрудняет анализ влияния нарушений структуры сезонного ритма на жизнь геосистем. Учитывая общеизвестную устойчивость взаимосвязей между компонентами природы, а также лимитирующую роль тепла в продуктивности зональной растительности и развитии сезонных процессов высоких широт, при анализе условий функционирования геосистем в годы с различными динамическими вариантами структуры ВЧГЦ остановимся лишь на особенностях распределения тепла и влаги по сезонным ритмам. Рассмотрим условия некоторых динамических вариантов и типов структуры ВЧГЦ. 4.2.1. Условия шестифазного типа В соответствии с динамическими вариантами структуры летнего сезона в 6-фазном типе структуры ВЧГЦ выделяем два подтипа. Первый подтип имеет наибольшую среди других динамических вариантов повторяемость. Be величина, возрастая к югу, достигает 57-60 % в средней тайге (табл. 15). Анализ фактического материала пока-зывает, что 6-фазными по структуре бывают в основном нормальные по началу ВЧГЦ. Из аномальных такую структуру имели преимущественно ранние (15-17 % случаев из 182 рассмотренных; за случай считаем присутствие структуры определенного типа на какой-либо станции в конкретный год).
Поздние по началу ВЧГЦ в западном и центральном секторах тундры и лесотундры за 35-летний период никогда не были 6-фазными чаще за счет выпадения фазы становления лета. В восточном секторе этих зон и в северной тайге такие явления отмечались один раз в 35 лет. Лишь в средней тайге и на юге Приказымья они более часты (в 3-4 годах из 35). Характерно, что в 35-летнем периоде 6-фазная первого подтипа ВЧГЦ одновременно по всей территории не отмечалась, что говорит о сложности и неоднородности структуры сезонной ритмики условий ОБО даже в наиболее благоприятные, близкие к средним многолетним, годы по характеру циркуляционного режима. В эти годы ему было свойственно сложное чередование периодов с процессами W, Сие циркуляции. Их повторяемость была близка средней многолетней и составила 39, 22 и 39 %, соответственно. Распределение тепла и влаги в течение ВЧГЦ таких лет, временные характеристики сезонных ритмов практически идентичны средним многолетним на основной территории ОБО. Они уже нашли освещение в средней многолетней характеристике сезонных ритмов (гл. 3). Именно они и определяют устойчивость структуры современных ландшафтов. Уменьшение их повторяемости к северу до 14-23 % в типичной тундре можно рассматривать как одну из причин повышенной уязвимости ее природных комплексов. Даже немногочисленные для OEG данные свидетельствуют о высокой урожайности в годы такой структуры ВЧГЦ основных дикорастущих - брусники (в 1962-1964 гг.) на Обском Севере [ильина, 1975]; грибов в 1959 г. в Приобской провинции [Тихомиров, I963J. В 1936 г. в Игарке и в 1940 г. в Салехарде вызрел ячмень ранних сортов [Хренникова, 1940; дрТ] . Сумма средних температур воздуха за ВЧГЦ составила 1230, а максимальных 1754 в Игарке, а в Салехарде - 1349 и 1854, соответственно. В связи с тем, что 6-фазные первого подтипа ВЧГЦ по структуре отражают типичные для среднего года условия функционирования геосистем, представляет интерес посуточная динамика основных элементов климата за такие годы с целью проверки правильности выявленных критериев сезонных ритмов. Дело в том, что кривые комплексных графиков представляют собой интеграцию всех типов кривых каждого из динамических вариантов 35-летнего периода. В связи с этим они не всегда вполне очевидно демонстрируют уровень климатических характеристик, который необходимо выбрать в качестве критерия отграничения, сезонных ритмов. Имея типичную структуру, данный подтип имеет и типичный (в чистом виде) рисунок посуточного хода элементов климата.
Этот способ проверки выявленных критериев необходим для провинций, где выбранные критерии отграничения сезонных ритмов отличаются от соседних провинций зоны (подзоны). На ОЕС это Надым-Пурская провинция (Тарко-Сале), Севвро-Сосьвинская (Няксимволь), Гыданская провинция типичной тундры (Гыда-Ямо). Анализ их рисунков (рис. 58-60) подтверждает правильность уста-новленных термических критериев в 10 для начала летнего сезона (и 14 для его центральной фазы) в Тарко-Сале и Няксимволе; 7 -- в Дудинке и 5 в Гыда-Ямо (табл. 8). Второй подтип 6-Фазного типа структуры ВЧГЦ наиболее характерен для северной тайги, лесотундры и типичной тундры (табл. 15), хотя его повторяемость там в 3-4 раза ниже в сравнении с первым подтипом. За рассмотренный период в провинциях ОЕС отмечалось 60 случаев со структурой данного подтипа. Так же как и в первом подтипе одновременно по всей территории такие структуры не наблюдались. Наиболее обширные площади структура данного подтипа охватывала в 1937, 1947, 1958 и 1970 гг. При этом образовывались полосы, диагонально пересекающие ОЕС с СВ на ЮЗ (1970, 1958 и 1947 гг.) или с ЗСЗ на ВШ (1937 г.), что свидетельствует об их обусловленности особенностями циркуляционного режима. В 1937 г. Центральная фаза лета в тайге и лесотундре западного сектора началась в этом году 21-26.УІ, когда область высокого давления, блокирующая западный перенос в умеренных шротах, охватила Заполярье от Скандинавского до Гыданского полуостровов, всю ETC, простираясь меридионально на бассейн Черного моря. Кроме того, над бассейном нижней Оби 23-25.УІ стоял малоподвижный антициклон. Это и обусловило начало центральной фазы в тайге и лесотундре западного сектора, а в тундре - начало летнего сезона. Положение же ВЮВ территории в прадедах области низкого давления, охватившей в этот ЕСП Арктику, юг Западной Сибири и Среднюю Азию, задержало приход центральной фазы здесь до 3-5.УП, то есть до момента, когда антициклональный режим установился над всей территорией ОЕС. Поэтому начало фазы распространялось с севера на юг.
