Phenological processes in the changing climate of the northern regions.pdf Введение Реакция природной среды на наблюдаемую раз-балансировку климата отчетливо проявляется в северных регионах. На территории Ханты-Мансийского автономного округа-Югры отмечаются резкие изменения погоды, аномально высокие и аномально низкие температуры воздуха, неблагоприятные гидрометеорологические явления. Фенологические данные являются ценными научными сведениями и особенно актуальны при выявлении закономерностей и связей наблюдаемых природных процессов с климатическими показателями в свете глобального изменения климата. Во многих странах мира осуществляется фенологический мониторинг, создаются базы данных сроков наступления сезонных явлений природы, в рамках международных научных семинаров разрабатываются фенологические проекты [Кузнецова, 2016; Министерство природных ресурсов...]. Исследования фенологических и климатических процессов необходимы для планирования и прогнозирования развития территории в условиях изменения климата, при функционировании ведущих отраслей природопользования в регионе. В пределах Западно-Сибирской равнины наблюдается современное потепление климата, которое в дальнейшем может привести к заметному смещению границ природных зон [Евсеева, Филандышева, 2016]. Исследования ученых подтверждают заметный рост многолетнего уровня среднегодовой температуры воздуха на севере Западной Сибири (ст. Салехард) в 2001-2012 гг., что приводит к интенсивному таянию многолетней мерзлоты и имеет большое значение для природы Субарктики. Установлено влияние происходящего изменения и коле© Кузнецова В.П., 2017 DOI: 10.17223/25421379/4/2 бания климата на фенологические явления, структуру сезонных ритмов и условия функционирования ландшафтов на территории Западной Сибири [Евсеева, Филандышева и др., 2015]. В настоящее время фенологические реакции на климатические изменения и адаптация природной среды наиболее отчетливо проявляются в северных регионах. Цель исследования состоит в выявлении особенностей фенологических процессов на фоне наблюдаемого изменения климата таежной зоны Ханты-Мансийского автономного округа-Югры. Методика исследований Исследование фенологических процессов в условиях изменения климата таежной зоны Ханты-Мансийского автономного округа-Югры базируется на осуществленных нами сборе, обработке и сопряженном анализе многолетних рядов метеорологической и фенологической информации. Источниками фенологических сведений послужили летописи природы особо охраняемых природных территорий Ханты-Мансийского автономного округа-Югры -заказников «Березовский», «Вогулка», «Унторский», заповедника «Юганский», данные фенологического архива Русского географического общества, а также собственные наблюдения, на основе которых нами составлен календарь природы города Нижневартовска и его окрестностей за 2007-2014 гг. В качестве основных методов в исследовании применялись: сравнительно-географический, исторический, картографический, математический, статистический, социологический методы, информационный анализ и синтез, фенологический мониторинг, геоинформационное картографирование. Полученные результаты и их обсуждение Территория Ханты-Мансийского автономного округа-Югры расположена в экстремальных природно-климатических условиях таежной зоны Западно-Сибирской равнины (рис. 1), где природная среда в значительной степени чувствительна к наблюдаемым климатическим изменениям [Гребе-нюк, Кузнецова, 2014]. В результате анализа многолетних рядов метеорологических параметров по данным метеорологических станций Березово, Октябрьское, Ханты-Мансийск, Угут и Нижневартовск (рис. 1) нами определены тренды, свидетельствующие о тенденции повышения средней температуры воздуха в таежной зоне Ханты-Мансийского автономного округа-Югры. Анализ сроков наступления фенологических явлений по исследуемым пунктам позволил получить выводы о временных границах и тенденциях изменения сроков наступления фенологических субсезонов и сезонов на территории таежной зоны ХМАО-Югры. Установлено, что зимний фенологический сезон в регионе является наиболее продолжительным (около 160 дней), весенний сезон длится около 79 дней, осенний - 72 дня, самым коротким фенологическим сезоном является летний (56 дней) (рис. 2). Различия в продолжительности сезонов года между исследуемыми пунктами на территории Ханты-Мансийского автономного округа-Югры обусловлены локальными физико-географическими условиями определенной местности в зоне тайги. В частности, для г. Нижневартовска и его окрестностей, расположенных в восточной части округа, весенний сезон отличается наибольшей продолжительностью в сравнении с северо-вос-точными территориями ХМАО-Югры, а средняя продолжительность зимы, учитывая самые первые признаки разрушения снежного покрова, здесь составляет всего 122 дня (рис. 2). Рис. 1. Территория Ханты-Мансийского автономного округа-Югры, пункты фенологических и метеорологических наблюдений [Кузнецова, 2016] Fig. 1. Territory of the Khanty-Mansi independent district Yugra, points of phenological and meteorological observations [Kuznetsova, 2016] КЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА-ЮГРЫ Продолжительность фенологических сезонов j Границы Ханты-Мансийского автономного округа-Югры • Пункты метеорологических наблюдений Климатические районы: ■ Особо охраняемые природные территории Северный Наиболее холодная и продолжительная зима и прохладное и влажное лето Центральный, Менее холодная по сравнению с северным районом зима и теплое, влажное лето Зауральский Горный и предгорный. Холодная зима и прохладное и влажное пето Южный. Наименее холодная зима, наиболее теплое пето по сравнению с другими районами и оптимальное узла* Западный. С большими пространственными изменениями метеоэлементов. Холодная зима и прохладное и влаж Продопжительность фенологических сезонов (в днях) Реки Водоемы е ■ Весна ■ Лето Осень ■ Зима Рис. 2. Карта-схема климатического районирования и продолжительности фенологических сезонов ХМАО-Югры [Кузнецова, 2016] Fig. 2. Schematic map of climatic division into districts, duration of phenological seasons of KhMAO-Yugra [Kuznetsova, 2016] На территории региона изменение климатических условий наиболее интенсивно проявляется в переходные сезоны года - весной и осенью. Анализ многолетних фенологических процессов по некоторым особо охраняемым природным территориям округа и по г. Нижневартовску позволил установить отчетливое смещение фенологических рубежей. Результаты проведенного исследования подтверждают, что в условиях таежной зоны северных регионов температура воздуха является важнейшим элементом климата, хорошо отражающим воздействие всех факторов климатообразования и, как следствие этого, характеризуется ярко выраженной сезонной изменчивостью. В едином ходе температур постепенное количественное изменение их значений приводит к качественным изменениям, скачкам в сезонном развитии природы, которые определяют границы фенологических этапов. Учет температурного фактора при выделении естественных сезонов и их этапов в условиях таежной зоны правомерно [Терен-тьева, 2008]. Большое влияние на фенологические ритмы оказывают колебания температуры воздуха и в пределах таежной зоны Ханты-Мансийского автономного округа-Югры [Кузнецова, 2016]. Нами проанализированы сезонные погодные условия за многолетний период и выявлены некоторые особенности метеорологической обстановки аномального характера, повлекшие за собой нарушение фенологических ритмов на территории ХМАО-Югры (табл. 1). Так, в окрестностях г. Нижневартовска весной 2008 г. температурный режим достиг аномальных показателей - температура воздуха в апреле резко понизилась до критически отрицательных значений и составила -30°С, и апрель 2008 г. стал самым холодным за последнее время (средняя температура за месяц -5,4°С). Однако ранее уже отмечались несвойственные для этого месяца понижения температуры воздуха - в 2004 и 2006 гг. (средняя температура воздуха опускалась до -8,2°С). Аномальные погодные условия в апреле 2008 г. повлекли за собой позднее наступление сроков феноявлений в фазах «снеготаи», в «пестрой» и «голой» весне, характерных для переходного сезона года. Фенологические биоритмы восстановились благодаря господству теплой погоды в мае, заключительной фазе весны, данный период отличителен высокими температурными показателями [Гребенюк, Кузнецова, 2014]. На территории исследуемого региона аномально жарким стало начало летнего сезона 2012 г., когда наблюдалась максимальная из средних многолетних за июнь температура воздуха с начала XXI столетия (+21,7°С), чего не отмечалось в пределах таежной зоны ХМАО-Югры даже в июле и августе с 2000 г. Этот аномально жаркий летний сезон ознаменовался дефицитом атмосферных осадков и крайне неблагоприятной пожароопасной обстановкой, когда было зарегистрировано наибольшее количество лесных пожаров в регионе с 2007 г. [Гре-бенюк, Кузнецова, 2014]. Т а б л и ц а 1 Некоторые выявленные особенности сезонных метеорологических условий T a b l e 1 Some features of the seasonal weather conditions Весна Лето Осень Зима Березово Похолодание в марте 1999 г. (-18°С) и в марте 2013 г. (-18,8°С). Значительное повышение температуры воздуха в марте 2000 и 2011 г. (-6,4 и -6,9°С соответственно). Понижение средней температуры воздуха в мае 1999 г. (-0,7°С) В 2011 г. июнь (+15,4°С) теплее июля (+14,3°С). В 2003 г. отмечалось потепление в августе (+16,7°С). Большое количество атмосферных осадков в июле 2006 г. (161,8 мм), в июне 2012 г. (156,3 мм), а также в августе 2008 и 2010 гг. (102,1 и 124,2 мм соответственно) Похолодание в сентябре: 1998 г. (+3,6°С), 2002 (+4,3°С) и 2010 гг. (+4,7°С). В 1997, 2001, 2005, 2009 и 2011 гг. отмечалась самая теплая погодная обстановка в сентябре. Потепление в октябре: 1997 г. (+0,5°С), 1999 г. (+1,2°С), 2003 г. (+0,6°С), Значительное повышение температуры воздуха в зимний сезон в декабре 2003 г. (-11,3°С). Потепление в декабре: 1999 г. (-13,6°С), 2008 г. (-12,6°С) и в 2011 г. (-12,1°С) 2007 г. (+2,3°С), 2008 г. (+0,7°С), 2010 г. (+1,8°С), 2011 г. (+0,6°С), 2012 г. (+0,3°С). Потепление в ноябре 2005 и 2013 гг. (-5 и -6°С)_ Октябрьское В апреле 1998, 2004, 2006 гг. происходило значительное похолодание (-6,8, -7,7 и -5,4°С соответственно) Максимальное количество осадков в августе 2000 г. (209,7 мм), в 2003 г. (161,2 мм); в июле 2006 г. (156,5 мм); в 1998 г. (122,3 мм), в 2002 г. (111,3 мм) Многолетний термический режим ноября по данным метеостанции Октябрьское имеет отчетливую тенденцию к потеплению Зимний сезон 2009-2010 гг. характеризуется аномальными холодами. В 2003 г. - значительное потепление в зимний сезон (до -11,1°С средняя температура воздуха декабря). Потепление погоды в январе 2005 г. (-16,5°С), а также в 2007 г. (с максимумом -10,8°С) Угуг Значительное похолодание в марте: -16,1°С в 1991 г., -16,7°С в 1999 г., -14,4°С в 2013 г. Май: большое количество осадков (109,4 мм - в 1990 г., 168,8 мм - в 2007 г.). Наименьшее количество осадков: 1996 г. (1,4 мм в марте), 2002 г. (1,8 мм в апреле) В августе 2002 г. сумма атмосферных осадков 172,7 мм, а в 2007 г., в этом же месяце -176,2 мм. В июне 2012 г. - наименьшее количество осадков (2,8 мм) Повышение среднемесячной температуры воздуха в сентябре - в 1991 (до +11,2°С), а также в 2009 г. (+10,5°С), 2011 г. (+11,5°С) и 2012 г. (+10,1°С). Потепление в ноябре: 1995 г. (-7,7°С), 1996 г. (-8,1°С), 2001 г. (-8,5°С), 2004 г. (-5,3°С), 2005 г. (-5°С), 2008 г. (-5,1°С), 2013 г. (-2,7°С - максимум за 1988-2013 гг.) Потепление в декабре: 1998, 1999, 2003 и 2006 гг. Самыми теплыми в декабре за 19882013 гг. были погодные условия в 1999 г. (-11,4°С), 2003 г. (-11,3°С), 2006 г. (-11,7°С), а также в 2013 (-11,1°С - максимальное значение за исследуемый период). Значительное понижение температуры воздуха в декабре 1997 г. (-25°С) и 2009 г. (-26,1°С) О к о н ч а н и е т а б л. 1 Весна Лето Осень Зима Нижневартовск Март: похолодание в 2004 и 2013 гг. (-14,6 и -15,1°С соответственно), потепление в 2014 г. (-4,9°С). Апрель 2008 г.: температура воздуха резко понизилась до критических отрицательных значений и составила -30°С. Май 2000, 2001, 2004, 2005 и 2012 гг. - теплые погодные условия Июнь 2008 г.: похолодание (+12,7°С). Июнь 2012 г.: аномальная жара (+21,7°С). Июль 2012: аномально жаркий летний сезон (+21,2°С). Максимальное количество атмосферных осадков: в августе 2001 г. - 172,4 мм, в августе 2010 г. - 144,1 мм и в 2014 г. - 115 мм Потепление в сентябре: 2011 г., когда среднее значение температуры воздуха достигло +10,7°С. В ноябре 2008 г. на территории ХМАО-Югры был зафиксирован температурный рекорд: в г. Нижневартовске максимальная температура воздуха (+2,6°С) отмечалась 25 ноября. Ноябрь 2013 г.: потепление (-4,1°С) Аномально низкая средняя температура декабря отмечена в 2009 г. (-27,2°С). Аномально теплым стал декабрь 2013 г. со средней температурой месяца -11°С. В 2014 г. погодные условия в декабре оказались также сравнительно теплыми - средняя за месяц температура воздуха опустилась до -12,9°С. 27 февраля 2017 г. максимальная температура воздуха достигла отметки +3,5°С. В ночь с 27 на 28 февраля 2017 г. наблюдалась снежная гроза, порывы ветра достигали 10-16 м/с Примечание. Даны показатели среднемесячной температуры воздуха (°С) и суммы атмосферных осадков за месяц. Note. The indicators of mean monthly air temperature (°C) and amount of precipitation for the month. В весенне-летний сезон 2015 г. в округе наблюдались неблагоприятные гидрометеорологические условия, в результате которых в г. Нижневартовске был введен режим чрезвычайной ситуации муниципального характера на отдельных территориях города в связи с высоким уровнем паводковых вод и затоплением значительной части садово-огороднических объединений. Во второй декаде июня 2015 г. уровень воды в реке Обь (г. Нижневартовск) достиг отметки 1061 см. Такая ситуация могла быть вызвана аномально большим запасом снега зимой 2014-2015 гг., а также осложнилась интенсивными ливневыми осадками летом 2015 г. (сумма осадков в некоторые дни достигала 24-32 мм в сутки) [Расписание погоды...]. В многолетней динамике фенологических процессов на территории таежной зоны Ханты-Мансийского автономного округа-Югры определены особенности сроков наступления фенологических сезонов в условиях изменения климата (табл. 2). Так, в весенний сезон на территории заказников «Березовский», «Вогулка» г. Нижневартовска наблюдается тенденция более раннего наступления фенологических событий. Летний сезон на территории заказников «Березовский», «Вогулка» и Юганского заповедника характеризуется незначительной тенденцией раннего наступления. Отчетливо выражена в определенные годы тенденция похолодания в весенне-летние периоды и заметного потепления в осенне-зимние сезоны года на территории г. Нижневартовска. На протяжении исследуемого периода на территории таежной зоны Ханты-Мансийского автономного округа-Югры наиболее четко прослеживается сдвиг сроков наступления фенологических явлений в осенний период в сторону опоздания (табл. 2). Смещение сроков наступления фенологических событий является следствием аномальных метеорологических условий. Как известно, изменение климата приводит к росту числа неблагоприятных и опасных гидрометеорологических явлений, которые объявлены наиболее вероятными и масштабными среди главных глобальных рисков [Доклад об особенностях климата... 2016]. Экстремальные погодные условия, оказывающие влияние на развитие фенологических процессов, выявляются и в пределах таежной зоны ХМАО-Югры. Согласно докладу об особенностях климата период с января по сентябрь 2016 г. был рекордно теплым, но холодная вторая половина осени и близкий к норме декабрь уменьшили результирующую годовую аномалию [Доклад об особенностях климата... 2016] (см. табл. 1). Средняя температура воздуха в декабре 2016 г. была ниже, чем в январе и феврале 2017 г. (рис. 2), но минимальные значения средней температуры воздуха за декабрь на территории округа отмечались в 2009 г. В экстремально теплый сентябрь 2016 г. средняя температура воздуха на территории округа достигла своих максимальных значений за многолетний период с 1997 по 2016 г. (рис. 2), что согласуется с докладом об особенностях климата [Доклад об особенностях климата... 2016]. Зимний сезон 2016-2017 гг. на территории исследуемого региона отличился продолжительными морозными погодными условиями с абсолютными температурами воздуха ниже -40...-50°С (табл. 3). Минимальные показатели температуры воздуха в этот период в г. Нижневартовске сопоставимы с зимними сезонами 1998-1999 гг. (-50,3°С) и 20052006 гг. (-50,9°С) [Гребенюк, Кузнецова, 2014]. Особенности фенологических процессов таежной зоны ХМАО-Югры Features of phenological processes of a taiga zone of the Khanty-Mansi independent district Yugra Сезон Фенологический индикатор Тенденции изменения сроков наступления фенологических сезонов Березовский заказник (1997-2013 гг.) Заказник «Вогулка» (1997-2012 гг.) Унторский заказник (2002-2013 гг.) Юганский заповедник (1988-2013 гг.) Нижневартовск (2007-2014 гг.) Весна Появление проталин на южных склонах Сход снега в темнохвойном лесу Начало сокодвижения у берез Полное разворачивание листьев у березы Полный цвет черемухи Лето Малина - начало цветения Зацветание шиповника Осень Появление желтых прядей на березах Полное пожелтение берез Полное обнажение берез Первый снег пролетает в воздухе Зима Установление постоянного снежного покрова Примечание. Note: ■ раннее наступление; - нет определенной тенденции (ровный ход): - позднее наступление. Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль 15 ■ Бе резово ■ Октябрьское ■ Ханты-Мансийск ИУгут ■ Нижневартовск Рис. 2. График средней температуры воздуха в осенне-зимний сезон 2016-2017 г. на территории Ханты-Мансийского автономного округа-Югры Fig. 2. A graph of the average air temperature in the autumn and winter season 2016-2017, on the territory of Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug-Ugra Т а б л и ц а 3 Показатели минимальной и максимальной температуры воздуха на территории Ханты-Мансийского автономного округа-Югры за осенне-зимний период 2016-2017 гг., °С T a b l e 3 Indexes of the minimum and maximal air temperature in the territory of the Khanty-Mansi independent district Yugra for the autumn and winter period of 2016-2017, °C Т а б л и ц а 2 T а b l e 2 Метеостанция Т, °С Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Березово Мт -6,0 (30.09) -12,5 (30.10) -34,4 (18.11) -46,3 (21.12) -44,6 (06.01) -38,9 (09.02) Мах +20,5 (05.09) +8,3 (06.10) -1,7 (11, 22.11) -4,0 (26.12) -4,7 (31.01) -2,6 (27.02) Октябрьское Мт -1,9 (30.09) -8,0 (28.10) -32,7 (18.11) -45,6 (22.12) -43,5 (06.01) -33,5 (11.02) Мах +23,1 (04.09) +8,1 (24.10) -2,3 (11.11) -5,6 (26.12) -7,0 (01.01) -1,1 (26.02) Ханты-Мансийск Мт -1,9 (30.09) -8,0 (31.10) -36,5 (18, 19.11) -48,0 (21, 22.12) -42,2 (06.01) -36,1 (11.02) Мах +23,0 (04.09) +8,3 (03.10) -2,7 (11.11) -5,8 (29.12) -5,2 (01.01) +2,0 (23.02) Угут Мт -4,1 (30.09) -13,7 (22.10) -39,2 (18.11) -50,1 (21.12) -42,6 (06.01) -41,0 (09.02) Мах +23,8 (04.09) +7,7 (02.10) -1,5 (30.11) -6,0 (26.12) -0,8 (31.01) +4,2 (27.02) Нижневартовск Мт -3,7 (30.09) -11,3 (21, 23.10) -36,4 (18.11) -48,9 (21.12) -43,5 (06.01) -40,1 (09.02) Мах +23,6 (04.09) +6,7 (02.10) -2,0 (30.11) -5,9 (26, 27.12) -6,8 (01.01) +3,5 (27.02) В осенне-зимний сезон 2016-2017 гг. в г. Нижневартовске и его окрестностях отмечалось несвойственное явление - очень позднее полное обнажение берез. Кроме этого, многие деревья не сбрасывали зеленую листву до середины декабря, чего не наблюдалось с 2007 г. (рис. 3). Позднее наступление основного этапа послевегетационного субсезона вызвано аномально теплым началом осени и резкой сменой погодных условий в течение сезона. Одним из главных индикаторов изменения климатических условий территорий северных широт являются сроки образования и схода снежного покрова, характеризующие продолжительность морозного периода. Для окрестностей г. Нижневартовска свойственно заметное уменьшение продолжительности периода с устойчивым снежным покровом, что определяет фенологические границы зимнего сезона (рис. 4). 04 ноября 2016 г. 10 декабря 2016 г. Рис. 3. Зеленая листва на березах в зимний период 2016-2017 г., Нижневартовский район Ханты-Мансийского автономного округа-Югры. Фото из архива автора Fig. 3. Green foliage on birches during the winter period of 2016-2017, the Nizhnevartovsk district of the Khanty-Mansi independent district Yugra. Photos from author's archive Рис. 4. График продолжительности периода с устойчивым снежным покровом в Нижневартовске за 1988-2017 гг. Fig. 4. The schedule of duration of the period (in days) with steady snow cover in Nizhnevartovsk for 1988-2017 На протяжении многолетнего периода на большей части таежной зоны округа прослеживается устойчивый тренд роста средней высоты снежного покрова. Также наблюдается тенденция увеличения суммы атмосферных осадков на протяжении осенне-зимних сезонов в условиях таежной зоны ХМАО-Югры [Кузнецова, 2015]. Заключение Современное глобальное потепление происходит на фоне естественной межгодовой изменчивости климата, которое наиболее ощутимо и на территории северного региона ХМАО-Югры, расположенного в экстремальных природно-климатических условиях. В результате перестройки климатической системы увеличивается повторяемость экстремальных и катастрофических природных явлений, среди которых наблюдаются засухи, ураганы, интенсивные дожди, поздние весенние заморозки, наводнения и др. Многие важнейшие характеристики климата, такие как продолжительность безморозного периода, даты установления снежного покрова, сроки первых и последних заморозков и распределение осадков, становятся более изменчивыми. При выявлении динамики климата повышается интерес к фенологическим исследованиям как одного из основных методов изучения реакции природной среды на изменение климатических условий. В результате исследования многолетних рядов метеорологических показателей выявлены климатические изменения на территории таежной зоны Ханты-Мансийского автономного округа-Югры, которые характеризуются тенденцией повышения среднегодовой температуры воздуха. Наблюдаемые процессы изменения климата проявляются на локальном уровне, что выражается в возникновении сезонных погодных аномалий, увеличении атмосферных осадков, изменении сроков установления фенологических сезонов. На территории ХМАО-Югры изменение климатических условий наиболее интенсивно проявляется в переходные сезоны года - весной и осенью. Температура воздуха оказывает значительное влияние на фенологические процессы, подвергая зависимости сроки установления границ фенологических сезонов и субсезонов. В условиях таежной зоны округа установлено отчетливое смещение фенологических рубежей осеннего сезона в сторону более поздних сроков и практически повсеместно отмечается тенденция сокращения продолжительности зимы. Изменение климатических условий способно привести к изменениям в природной среде и отразиться на продуктивности бореальных лесов, уровне рек, повлиять на пожароопасную обстановку, аномальные погодные условия, сезонную ритмику, экологические катастрофы, таяние многолетнемерзлых пород. Наиболее выраженно эти изменения могут повлиять на социально-экономическую сферу северных регионов. Тренды изменения фенологических процессов и климата необходимо учитывать при составлении перспективных планов развития климато-зависимых отраслей хозяйственной деятельности.

Скачать электронную версию публикации