Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы, материалов и методов по проблеме изменений климата на Европейском Севере (ЕС) 9
1.1. Характеристика района исследования 9
1.2. Основные понятия 12
1.3. Об изменениях климата по метеорологическим данным 13
1.4. Взаимосвязи между отдельными природными характеристиками и реконструкции климата 15
1.5. Изучение климата по косвенным показателям 19
1.5.1. Исследования климата по геотермическим данным 19
1.5.2. Исследования климата по данным о приросте деревьев 22
1.6. Математическое моделирование климатических процессов 27
1.7. Основные выводы 35
Глава 2. Климат Европейского Севера (ЕС) 37
2.1. Результаты обработки данных по температурам воздуха для Европейского Севера России (ЕСР) 37
2.2. Результаты обработки данных по температурам почвы и грунта под естественным покровом для арктических станций ЕСР 45
2.3. Результаты обработки данных по количеству атмосферных осадков для ЕСР 45
2.4. Региональные особенности климатических характеристик для ЕС 53
2.5. Основные выводы 58
Глава 3. Реконструкции климата по косвенным данным 61
3.1. Реконструкция климата по геотермическим данным 61
3.1.1. Характеристика исходных материалов 61
3.1.2. Интерпретация геотермических данных 63
3.1.3. Результаты климатической инверсии геотермических данных 65
3.2. Реконструкция климата по дендрохронологическим данным 67
3.2.1. Характеристика исходных материалов 68
3.2.2. Анализ изменчивости состояния окружающей природной среды для района Белого моря 69
3.2.3. Влияние климатических факторов на динамику прироста сосны в районе Белого моря 76
3.2.4. Результаты реконструкции климата по дендрохронологическим данным 81
3.3. Пространственно-временная динамика экосистем ЕСР 81
3.4. Результаты комплексного анализа процессов в различных природных средах 81
Глава 4. Проблемы охраны природы на ЕС в условиях современных изменений климата 84
Заключение 93
Литература 99
Приложения 112
- Об изменениях климата по метеорологическим данным
- Результаты обработки данных по температурам почвы и грунта под естественным покровом для арктических станций ЕСР
- Характеристика исходных материалов
- Проблемы охраны природы на ЕС в условиях современных изменений климата
Введение к работе
Климат Земли меняется. В настоящее время он значительно отличается от того, каким он был 100 млн. лет назад. Границы тропической растительности доходили до высоких широт. Современный климат отличается даже от климата 18000 летней давности, когда ледниками была покрыта значительная часть Северного полушария. Несомненно, изменения климата будут происходить и в будущем. Частично эволюция климата будет обусловлена природными процессами, такими как, например медленно протекающие в течение многих тысячелетий изменения земной орбиты. В дальнейшем, возможно, не менее важным фактором, влияющим на климат, будет человеческая деятельность. Сбор и изучение косвенных данных, о параметрах характеризующих климат, позволяет изучить влияние изменении компонентов климатической системы (атмосфера - биосфера - океан - криосфера - поверхность суши) па климат в прошлом. Анализ и оценка естественных и антропогенных изменений климата, включая сравнение климатов прошлого с климатом настоящего, является частью мониторинга природной среды (Израэль, 1984).
Выделению антропогенных изменений должен предшествовать тщательный анализ естественной изменчивости климата. Для природы характерна периодичность развития - повторяемость во времени тех или иных явлений. Периодичность существует разной продолжительности: суточная, внутривековая и сверхвековая. Особый интерес представляет изучение продолжительных периодов (11, 22 - 23, 80 - 90 лет и др.) для предсказания изменений состояния природы во времени.
Анализ, оценка современного климата, прогноз его возможных изменений и колебаний требуют большого количества данных и ставят задачу всестороннего анализа состояния окружающей природной среды. Необходимо моделирование климатических изменений в различных регионах (Израэль, 1984).
В настоящее время еще не созданы достаточно совершенные для успешного практического использования модели климата и поэтому работы в этой области представляются весьма перспективными. Возможность же построения для каждого пункта улучшенного метода, учитывающего влияние локальных факторов, часто является полезным преимуществом статистического подхода (Груза, Ранькова, 1983).
Модели глобального климата фиксируют потепление в двадцатом столетии, с максимальными значениями между 1915 и 1940 гг., сменившееся похолоданием. Этот факт объясняют, во-первых, естественными флуктуациями климата. В качестве причин естественных флуктуации климата называют динамическое перераспределение энергии и химических соединений между атмосферой, океаном, льдами, сушей и живыми организмами. Это дает только частичное объяснение резкому потеплению в конце 30-х, похолоданию к 1970 г. и, возможно, даже быстрому потеплению в 70-х -начале 80-х. Данные спутникового зондирования пс обнаружили тенденции к глобальному потеплению в 80-х (Spencer, Christy, 1990). Во вторых, неизвестно какие еще потенциальные форсфакторы (т.е. процессы, ведущие к изменению климата) действовали на протяжении ста лет. При этом наиболее важным остается вопрос: каким будет региональное распределение изменений климата в следующем веке?
Европейский Север (ЕС) привлекает к себе большой международный интерес и внимание, как один из центров рыбной промышленности и имеющий мировое значение по таким ресурсам как нефть, газ, лес, минералы. В течение многих лет ЕС характеризовался политическими границами с малым научным сотрудничеством. Сегодня ситуация меняется, открыты новые возможности сотрудничества. Несмотря на различия политических систем и других культурных и социо-экопомических факторов, регион объединяет окружающая природная среда, которую необходимо изучать как целое. Наблюдаемые изменения климата и их воздействие на литосферу, морские льды, многолетнемерзлые породы и биоту делают ЕС особенно интересной территорией для исследователей.
Актуальность темы. Решение теоретических и прикладных задач охраны природы на ЕС в настоящее время невозможно без учета знаний о современных изменениях климата. По имеющимся данным глобальное потепление климата последних десятилетий наиболее ярко проявляется в высоких широтах. Северные ландшафты наиболее чувствительны к этим изменениям. Можно ожидать значительных трансформаций существующих экосистем в связи с изменением условий теплообеспеченности и увлажнения периода вегетации, показателей биоразнообразия, изменения условий существования миоголетнемерзлых пород. Для оценки и выработки прогноза потенциальных изменений необходим комплексный анализ процессов в различных природных средах па основании имеющихся данных многолетних наблюдений. Для природы
6 характерна периодичность развития, внутри- и межгодовая изменчивость ее состояния. Закономерности проявления этих черт необходимо изучать в целях более глубокого понимания механизмов динамики экосистем, определения естественных пределов их состояний в соотношении с изменчивостью климата как важнейшего внешнего фактора. Необходимость исследования локальных изменений климата на ЕС обусловлена также наличием на территории региона различных по площади ареалов острых экологических ситуаций. Основными факторами антропогенного воздействия являются: деятельность промышленных предприятий различных отраслей, разработка природных ресурсов, вырубка лесов.
Цели и задачи работы. Целью исследования является изучение закономерностей современных пространственно-временных изменений климата в атмосфере (по отдельным метеорологическим характеристикам) и подтперждение их значимости для состояния биосферы и верхних слоев литосферы. Реализация выявленных закономерностей в виде прогноза па ближайшее будущее для ЕС и в виде рекомендаций в решении проблем охраны окружающей природной среды.
Основные задачи исследования.
Изучить состояние проблемы изменений климата на ЕС.
Проанализировать современные изменения климата в регионе, используя результаты статистической обработки данных метеорологических наблюдений по температурам воздуха и почвы, количеству атмосферных осадков.
Оценить возможность использования косвенных данных (по геотермии буровых скважин и годичным приростам деревьев) для подтверждения воздействия современных изменений климата в атмосфере на другие среды для ЕС.
Выполнить краткосрочный прогноз изменения климата на основе комплексного анализа метеорологических и косвенных данных, рассмотреть возможности естественного регулирования компонентов окружающей природной среды и стратегии адаптации общества к изменениям климата.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые выполнено обобщение результатов ряда исследований в климатологии, геотермии, дендроклиматохронологии характеризующих территорию ЕС. В частности, изучены вопросы об изменчивости во времени температур, количества атмосферных осадков, развития некоторых видов растений и животных.
Предложен комплексный подход к анализу локальной и региональной климатической информации, учитывающий изменения в атмосфере, литосфере и биосфере. Построены и проанализированы пространственно-временные схемы и графики позволившие охарактеризовать локальные и региональные условия тсплообеспеченности и увлажнения исследуемого региона. При этом использовалась форма представления экспериментальных данных в виде средних и частотных составляющих. Установлено, что изменения температурной составляющей в атмосфере находят отражение в литосфере (в виде тренда многолетних изменений температур нейтрального слоя Земли) и в биосфере (в 20-летнем периоде изменения годичного прироста деревьев).
Выявлены новые долгопериодные закономерности изменения температурной составляющей атмосферы во времени на ЕС.
Установлено, что временной ход межгодовой вариации температур воздуха и количества атмосферных осадков хорошо согласуется с внутригодовой зимней составляющей для большинства исследованных станций.
Обнаружено, что значения трендов для температур воздуха и количества атмосферных осадков, за период с конца 60-х - начала 70-х годов к 90-м годам XX в., не увеличиваются с географической широтой места.
Научная и практическая ценность работы. Полученные результаты могут быть использованы при организации системы комплексного экологического мониторинга на ЕС, моделировании динамики состояния лесных экосистем и при разработке научно-технической политики в регионе.
Полученные результаты были представлены Администрации Архангельской области для обоснования научно-технической политики и развития новых отраслей экономики на областной научно-технической конференции. Полученные результаты используются в лекционных курсах и на практических занятиях по географии, биологии, экологии. Проводится подготовка научных и методических материалов по результатам работ в рамках темы: «Современные изменения климата на ЕС» для использования в учебном процессе школ и ВУЗов ЕСР.
Достоверность результатов. В работе использованы данные стационарных метеорологических наблюдений проводимые федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и данные косвенных показателей изменений климата, обработанные стандартными методами. Основные результаты не-
8 однократно обсуждались на научных конференциях в России и за рубежом, публиковались в печати.
На основе комплексного анализа метеорологических, геотермических, дендро-хронологических данных впервые получены важные результаты представляемые к защите:
1.) Выявленные закономерности современных изменений климата на ЕС в XIX -XX вв.: 100-80 летние и 30 - 40 летние периоды изменения температурного режима.
2.) Полученные результаты реконструкций температур нейтрального слоя Земли и температур приземного слоя атмосферы за вегетационный период для ЕС.
3.) Выявленные изменения природных характеристик по срокам наступления феноявлений у деревьев и смещению границ многолетнемерзлых пород и лес - тундра на ЕС обусловленные закономерностями температурного режима.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Ломоносовских чтениях (Архангельск, Россия, 1995, 1997), на международных конференциях: Поморье в Баренц регионе (Архангельск, Россия, 1996), Окружающая среда и безопасность (Осло, Норвегия, 1996), Поморье в Баренц регионе (Архангельск, Россия, 1997), Влияние изменений климата па северные экосистемы суши и пресных водоемов (Ровапиеми, Финляндия, 1997). Экология-98 (Архангельск, Россия, 1998). Геодинамика и геоэкология (Архангельск, Россия, 1999). По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Об изменениях климата по метеорологическим данным
Наиболее длинный ряд (средних месячных температур в Центральной Англии) опубликован G. Manley (1953, 1974). Он охватывает 315 лет (1659 - 1974). Вторым по важности индикатором изменений климата являются ряды значений количества осадков. Для Англии ряд сумм осадков за 226 лет (1766 - 1991) опубликован P.D. Jones, T.M.L. Wigley, J.M. Gregory в 1994 году. Рассчитанные статистические показатели в статьях А.С. Монина, Ю.А. Шишкова (1998) показали, что средние годовые температуры в «малом ледниковом периоде» (с 1570 года и по настоящее время) следовали линейному тренду возрастания около 0,6 С/100 лет (прерванному тремя глубокими минимумами в XIX веке). Аналогично вели себя температуры холодного и теплого полугодий: холодного с чуть более быстрым, а теплого с заметно более медленным линейным трендом возрастания. Суммы осадков холодного полугодия возрастали, а теплого полугодия убывали. Анализ изменчивости спектров температуры воздуха и осадков во времени показал следующие результаты. Дисперсия ряда температур менялась почти вдвое, так что долгопериодная часть колебаний в течение малого ледникового периода уменьшалась, а короткопериодпая увеличивалась. В качестве главной причины этого называют изменение термохалинной циркуляции. На спектрах температуры хорошо выражены максимумы с периодом около 25 лет. Спектральный анализ ряда осадков дал несколько иные количественные результаты. Спектр этого ряда более хаотичен и более высокочастотен, чем у ряда температурных значений.
Показателен статистический анализ двухсотлетнего ряда среднегодовых температур воздуха, опубликованный А.Н.Любарским (Любарский, 1978) по данным длиннорядных станций (1752 - 1976): Берлин, Копенгаген, Осло, Тронхейм, Берген, Эдинбург, Санкт-Петербург. Установлены основные закономерности наблюдаемых изменений, их квазициклический характер с периодами 162; 76; 23; 14; 8; 5,5; 2-3 года.
Краткий обзор литературы показывает, что для зарубежной Северной Европы 1930-е годы были самым теплым периодом (по данным метеорологических наблюдений за температурой воздуха). В Финляндии (Heino, 1994), в Норвегии (Aune, 1994, Mook, 1994), в Швеции (Alexandersson and Eriksson, 1989), на Шпицбергене (Nordli, 1995), также на ЕСР (Gruza, Rankova, Rocheva, 1994) и по данным метеостанций Архангельск, Нарьян-Мар (Шварцман и др., 1997) 30-е годы были самым теплым периодом за время метеорологических наблюдений. На севере Западной Сибири теплый период с 1910 по 1930 гг., а затем последовало понижение температуры воздуха. После 1970 года отмечено ее повышение во многих регионах, но меньшее, чем в 1930-х годах. По станции Тромсо в Северной Норвегии понижение температур воздуха после максимально высоких в 1930 - 1945 годах продолжается до 1989 года (Mook, 1994). Наблюдения на метеостанции Барроу в арктической зоне Аляски показывают отсутствие заметного потепления за 1921 - 1992 гг. (Nelson, Lachenbruch et. al., 1993). Од 15 нако, для центральной и южной Западной Сибири, северной части Казахстана, юго-восточных регионов Европейской .части Российской Федерации более теплым был период 80-х гг. нашего столетия (Gruza, Rankova, Rocheva, 1994).
Изучение взаимосвязи между отдельными природными характеристиками позволяет максимально исследовать и восстанавливать изменчивость климата. Дендроклиматические исследования по изучению влияния температуры воздуха и осадков на годичный прирост деревьев как правило выполнены по хвойным породам, что объясняется их долговечностью и более четкими годичными кольцами (Ло-велиус, 1968; Ловелиус, Ермолин, 1975; Изотов, 1977; Феклистов и др., 1997).
Есть указания на комплексное воздействие метеоусловий текущего и предыдущего вегетационного сезонов на прирост деревьев (Рудаков, 1963; Гортинский, 1973; Битвинскас, 1974). В умеренных широтах величина годичного прироста деревьев определяется, главным образом, температурами и осадками летнего периода (Молчанов, 1970; Чершкене, 1975; Кузаков, 1975). Встречаются высказывания, что определенную роль играют и температуры других месяцев: зимние, весенние, годовые (Elling, 1966; Serre, Luck, Pons, 1966; Черепин, Литвпненко, Марьясова, 1973).
Влияние солнечной активности на прирост деревьев рассматривается в нескольких аспектах: есть работы, выявляющие наличие обратной зависимости (Костин, 1964, 1968); существуют работы, отмечающие синхронные изменения (Колищук, 1966; Чижевский, 1976). На увеличение прироста заболоченных сосняков в периоды повышенной активности указывает СМ. Оленин (1976). Статистически значимая корреляция разности температур воздуха (лето минус зима) Северного полушария получена с 11 летним циклом Вольфа (Молодых, 1985). Чувствительность осадков к изменению температуры рассмотрена у М.И. Буды-ко (Предстоящие изменения..., 1991). Для всего северного полушария и для зоны 35 -90 с. т., температура и количество осадков возрастали за последние 100 лет, однако связь между двумя этими элементами слабая. Интересные результаты были получены при исследовании континентальных ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды. В периоды оледенений концен 16 трация С02 снижалась, в то время как в периоды межледниковии повышалась (Manabeet. al., 1980). Палинологические, изотопные, гляциологические и палеоморфологические исследования позволили восстановить возможные изменения температур, атмосферных осадков, уровней озер и общей увлажненности различных территорий в голоцене (Шнитников, 1957 и др.; Будыко и др., 1991; Борзенкова, 1992; Клиге, 1993; Elina, Filimonova, Klimanov, 1995) и таким образом реконструировать палеоклиматы за этот период. Отдельные результаты палеоклиматических исследований приведены в приложении, таблица 1. Для всех иалеорекоиструкций отмечены некоторые общие закономерности, которые учитываются в современных прогнозах климатических изменений: 1.) Общее глобальное потепление климата наиболее заметно проявлялось в высоких и малозаметно в низких широтах, причем более ярко выражены в зимнее время и менее ярко - в летнее. 2.) При потеплении климата, как правило, отмечался рост атмосферных осадков в высоких широтах и их сокращение в низких. 3.) Потепление климата совпадало с ростом концентраций парниковых газов (С02 и СН4) в атмосфере. 4.) Потепления вызывали рост уровней внутренних водоемов морей, океанов и речного стока, а похолодания - их снижение. 5.) Наблюдались изменения границ экосистем.
Результаты обработки данных по температурам почвы и грунта под естественным покровом для арктических станций ЕСР
Измерения температур в почве и грунте до глубины 3,2 м проводятся на станциях Архангельск, Хоседа-Хард и Кандалакша с начала 1960-х годов (рис.6). В Кандалакше наблюдается повышение температур за 1965 - 1990 гг. на всех уровнях измерений от 0,2 до 3,2 м, при средней температуре +3,7 С, с диапазоном колебаний от +2 до +4,7 С, выделяется 1987 г. с минимальным значениям. В Архангельске за весь период наблюдений фиксируется повышение температур на всех уровнях измерений, при средней температуре +4,6 С, с диапазоном колебаний от +4 до +6 С. В Хоседа-Харде с 1960 по 1990 гг. идет рост температур от +0,5 С до +2 С при средних многолетних около +1 С. В это время отмечается лишь одно значительное понижение температуры на 2 С относительно линейного тренда между 1967 и 1972 гг.
Выполнен спектральный анализ по данным о количестве атмосферных осадков за период 1901 - 1990 гг. для 10 метеостанций ЕСР: Кемь, Архангельск, Троицко-Печерское, Шенкурск, Сыктывкар, Тотьма, С.-Петербург, Вологда, Киров, Бисер (табл. 2, приложения).
Изменения температур по годам на различных глубинах по метеорологическим данным. А - Кандалакша (среднее статистическое: 0,2 м = 3,5 С; 0,8 м = 3,8 С; 1,2 м = 3,7 С; 3,2 м = 3,8 С), Б - Архангельск (среднее статистическое: 0,4 м = 4,6 С; 0,8 м = 4,6 С; 1,6 м = 4,6 С; 3,2 м = 4,6 С), В - Хоседа-Хард (среднее статистическое: 1,2 м = 0.9 С; 1,6 м = 0,8 С; 2,4 м = 0,6 С; 3,2 м = 0,5 С). По среднегодовым данным для большинства станций получены доминирующие амплитуды в кратных периодах: 90.- 45 лет. По данным средних сезонных характеристик результаты следующие, осень: 90 - 45 - 5,6; 30 - 15 - 3,75; 12,9 - 6,4 - 3,2; 18 — 9-4,5; 6,9 - 3,5; лето: 90 - 45 - 22,5 - 11,3 - 5,6; 12,9 - 6,4 - 3,2; 30 - 15 - 7,5 - 3,8; 6,9 - 3,5; 18 - 9 - 4,5; 10 - 5; весна: 90 - 45 - 22,5 - 11,3; 30 - 15 - 7,5; зима: 90 - 45 - 22,5 - 11,25.
Для дальнейшего исследования сохранены периоды 30 и 10 лет, по тем же причинам которые были указаны для температуры воздуха.
Десятилетние средние рассчитывались для 11 метеостанций ЕСР: Нарьян-Мар, Кемь, Архангельск, Троицко-Печерское, Шенкурск, Сыктывкар, Тотьма, С.Петербург, Вологда, Киров, Бисер.
Средние по десятилетиям межгодовые значения количества атмосферных осадков начиная с 40-х годов для всех станций в большей или меньшей степени характеризуются положительной тенденцией изменяемости и несогласованностью тенденций между станциями (рис. 7).
Изменчивость десятилетних средних сезонных значений количества осадков также характеризуется песогласоваппостыо между станциями (рис. 7). Наибольшая вариация количества осадков характерна для зимы. Для зимних средних характерно снижение количества осадков к 40-м годам по всем станциям сменившееся общей тенденцией увеличения. Весной по данным станций Нарьян-Мар, Кемь, Архангельск, Троицко-Печерское фиксируется рост начиная с 1950-х годов до 80-х, для станций расположенных южнее - увеличение осадков в 50-е годы сменяется в 70-е годы снижением (для Кирова в 80-е). Для летних месяцев увеличение количества осадков в 20-е и 80-е годы по сравнению с предыдущими периодами характерно для всех станций. Для осени общая тенденция увеличения количества осадков.
Обработка значений по количеству атмосферных осадков фильтром низких частот с границей 30 лет выявила периоды близкие к 30 - 40 и 80 годам для года, зимы, весны, лета, к 30 - 40 годам - для осени. На основе общих периодов в зимний и летний сезон выделяется группа станций: С.-Петербург, Вологда, Тотьма, Сыктывкар, Троицко-Печерское (рис.8).
Характеристика исходных материалов
Золотницкое кимберлитовое поле находится в 100 км к северо-востоку от Архангельска в западной части Беломоро-Кулойского плато на высоте до 200 м от уровня моря (рис. 13). Оно расположено в бассейне реки Золотица в подзоне северной тайги, почти не затронутой человеческой деятельностью и процессами урбанизации до начала геолого-разведочных работ в последние 20-30 лет. Промышленные разработки полезных ископаемых не начаты, что позволяет считать район практически не измененным в 80-е годы.
Все исследованные скважины-находятся рядом - до 15 км друг от друга. Районы скважин 188 и 77 характеризуются активным движением подземных вод на глубинах до 150 - 200 м. Вскрытые всеми четырьмя скважинами породы представлены глинами и алевролитами вендского возраста от песчанистых до глинистых, светлыми и темно окрашенными до коричневых. Частота замеров температур в скважинах 5 -20 м, за исключением верхней части скважины 1000/1, где измерения на глубинах от 80 до 45 м отсутствуют. По термограммам (рис. 14) для скважены 1000/1 выделяется контраст в значениях температур на глубине 165 - 175 м, для 77 - на глубине 200 -250 м. Выстойка скважин в покое до проведения измерений достаточно длительная.
Инверсия измеренных во всех четырех скважинах температур в зависимость поверхностной температуры от времени производилась с помощью программы, разработанной П. Шеном (FSI - алгоритм, Shen, Beck, 1991). Получаемые зависимости годовых колебаний можно рассматривать как пересчитанные на нулевую глубину температуры нейтрального слоя. Температура земной поверхности и самого верхнего слоя земной коры периодически меняется. Толщина слоя суточных колебаний составляет 0,9 - 1,2 м, т.е. в пределах почвенной толщи, а толщина сезонного слоя составляет несколько десятков метров. Нижнюю границу слоя сезонных температур называют «нейтральным слоем». В ней температура горных пород и заключенных в них подземных вод, в основном грунтовых и верховодки, изменяется в зависимости от гидрометеорологических условий. В нейтральном слое температура воды постоянна и близка к средней годовой температуре воздуха за многолетний период в данной местности (Хуторский, 1996).
В использованной программе искомыми являются все геотермические параметры: коэффициенты теплопроводности, теплогенерации пород, удельная теплоёмкость, значение плотности теплового потока и т.д., в том числе и функция зависимости поверхностной температуры от времени, являющаяся в данной постановке одним из граничных условий для уравнения теплопроводности. В результате решения обратной задачи в пространстве параметров модели находится значение температуры нейтрального слоя наиболее вероятное в статистическом смысле. Термограмма скважин, Золотица (по Цыбуля, Левашкевич, 1992). Цифрами отмечены номера скважин. неаризации обратной задачи приводит к тому, что не стоит считать как правдоподобные результаты перепад значений которых больше 1 - 2 градусов. Обработка данных скважин по этой программе выполнена нами, К. Сухоруковой, В. Чермаком (V.Cermak) и Я. Шафандой (J.Shafanda).
Материалы скважин 77 и 1000/1 дополнительно обработаны с помощью Д. Демежко по разработанной им программе инверсии (Дсмсжко,1997). Программа основана на использовании редуцированных температур, т.е. отклонениях измеренных значений от некой гипотетической термограммы, характеризующей стационарное распределение. Для оценки стационарного распределения нижняя часть термограммы, принятая за опорный интервал, аппроксимируется линейной зависимостью, которая экстраполируется вверх. Разности между измеренными значениями и линейным распределением температур рассматриваются как результат изменения поверхностной температуры. Решение задачи требует знания коэффициентов теплопроводности и температуропроводности пород.
Для обоих подходов мешающими факторами являются короткий период нахождения скважины в покое до проведения измерений температур, малое количество точек измерения по стволу скважины, активное движение подземных вод (гидрогеологические условия), активная деятельность человека вблизи скважин. Реальные результаты могут быть получены при наличии близких инверсий по нескольким скважинам на одной площади, хорошо коррелирующими с метеорологическими данными в том интервале времени, где имеется возможность для сопоставления.
Проблемы охраны природы на ЕС в условиях современных изменений климата
Соблюдение требований по охране окружающей среды являются обязательным условием при планировании хозяйственной деятельности. Решение теоретических и прикладных задач охраны природы на ЕС в настоящее время невозможно без учета современных изменений климата. По имеющимся данным, глобальное потепление климата последних десятилетий наиболее ярко проявляется в высоких широтах. Северные ландшафты особо чувствительны к этим изменениям. Поэтому можно ожидать и наиболее значительных трансформаций существующих экосистем в связи с изменением условий теплообеспеченности и увлажнения периода вегетации, показателей биоразнообразия, условий существования многолетнемерзлых пород. Для оценки и выработки прогноза потенциальных изменений в состоянии природы региона необходим комплексный анализ процессов в различных природных средах па основании имеющихся данных многолетних наблюдений и выявленных закономерностей взаимодействия различных компонентов природной среды. Очевидно, что должны учитываться региональные и локальные особенности.
Как было отмечено ранее, климатическое потепление начавшееся с середины 60-х годов отличается от потепления в начале 20 века. Тренд изменений температур воздуха не увеличивается с широтой станции (табл. 3) и рост температур сопровождается увеличением количества осадков. Тренд повышения среднегодовых значений температуры воздуха по десятилетиям, получен при обработке отдельных метеостанций ЕСР, изменялся слабо от 0,015 до 0,05 С/год (табл. 5). Региональная оценка, полученная путем осреднения данных, показывает, что тренд повышения температур воздуха в зимний период в 3,9 раза больше, чем за летний. Повышение весенних температур в 3,8 раза больше летних. Результат позволяет говорить, что потепление происходит за счет весенних и зимних температур воздуха. Общий тренд повышения температур воздуха после 70-х годов для арктических районов ЕС четко не прослеживается, что подтверждает ряд работ (для Швеции Alexandersson and Eriksson, 1989; для Финляндии Heino, 1994; для Норвегии Aune, 1994; Mook, 1994; для ЕСР Gruza, Rankova, Rocheva, 1994; Павлов, 1997).
При возрастании количества С02 в атмосфере в 1,75 - 1,8 раза к 2100 г., увеличение средней глобальной температуры воздуха составит 1,5 С к 2025 г., 2 С к 2050 г. и 3,1 С к 2100 г. Среднеширотный градиент ожидаемого повышения приземной температуры воздуха в Арктике оценивают в 2 - 2,5 С на 10 с. ш. (Manabe et. al, 1980; Nelson et. al., 1993).
Палеоклиматические аналоги изменений климата используются на том основании, что для различных уровней ожидаемого повышения температуры воздуха можно найти близкие аналоги климата в прошлом. Нередко в прогнозах используют климатический сценарий оптимума голоцена (глобально-осредненная температура воздуха возрастала на 1,2 С, а в высоких широтах на 4,4 - 5,2 С).
Для двух потеплений, с максимальными значениями в 30-е и 80-е годы за период с 1901 - 1990 гг., характерны некоторые особенности. Для обсерваторий: Вологда, Киров, С.-Петербург, повышение температур к 80-м годам продолжалось четыре десятилетия. Потепление в течение четырех десятилетий до 30-х имело место только в
С.-Петербурге. Повышение температур воздуха в течение 2-х десятилетий наблюдалось для станций: Мурманск, Кола, Архангельск, Кемь, Шенкурск, Сыктывкар, Тро-ицко-Печерское, Тотьма, Бисер. Исходя из этих результатов можно предполагать: 1.) в Арктике и смежных регионах вследствие близости северных морей современные потепления - похолодания не выходят за пределы естественной вековой цикличности климата; 2.) аномалии сульфатов (Современные изменения..., 1996) характерные в частности для Кольского полуострова и Архангельского промузла, возможно компенсируют значительную часть «парникового потепления».
Климатические потепления в прошлом сопровождались возрастанием общего увлажнения атмосферы, в результате роста испарения с океанов и суши, а таюке вследствие увеличения атмосферных осадков. По метеорологическим данным для ЕСР имеем максимальные значения отклонений от многолетних средних, за последние тридцать лет (1961 - 1990 гг.) для более континентальных обсерваторий Троиц-ко-Печерское, Киров, Бисер тренд повышения годовых сумм осадков максимальный и соответствует по десятилетним средним 4 мм/год. Тенденция возрастания годовых сумм осадков характерна для всех обсерваторий в 80-е годы.
Прогноз изменений климата выполнен на основе анализа метеорологических данных. Температуры воздуха на ЕСР исходя из 80-летней периодичности будут повышаться до 2010 г. на 0,5 - 0,7 С, относительно уровня 1990 г. Тренд повышения температур фиксируют так же реконструированные температуры нейтрального слоя. Регрессионно-аналитическая модель глобального климата (Клименко и др., 1997) объединяющая статистическую и энерго-балансовую модель показывает, что антропогенно обусловленное повышение температуры происходит на фоне тенденции естественного климата к похолоданию. Вариации трех важнейших естественных факторов: солнечная активность, вулканическая активность, характер изменения параметров орбиты Земли будут способствовать ослаблению влияния парникового эффекта на климат Земли. При этом влияние С02 на изменение температуры ограничено пределами 0,3 С к 2100 году, что находится в пределах естественной изменчивости.
Прогноз изменений количества осадков был выполнен на основе региональной характеристики для исследуемой территории ЕСР. Вариация количества осадков имеет общую тенденцию роста, на которую накладывается 30 летний период. К 2010 г. количество атмосферных осадков увеличится на 80 - 100 мм, относительно уровня 1990 г. Максимум осадков в 80-е годы смещен на зиму. Изменения в перемещении циклонов увеличивают влагосодержание атмосферы, и поэтому возможно одной из закономерностей влияющей на современные вариации климата является и изменение траекторий перемещения циклонов.
Выявленные в работе закономерности современных пространственно-временных изменений климата по отдельным характеристикам, оценка их значимости для состояния древесных насаждений и верхних слоев литосферы, предложенный прогноз изменений теплообепеченности и увлажнения на территории ЕС могут быть использованы при решении проблем охраны природы, для обоснования научно-технической политики и развития новых отраслей экономики.
