Региональные изменения климата и природной среды Центральной Азии
Алтайский государственный университет, г. Барнаул, Россия
Обстоятельный обзор российских и зарубежных работ, приведенный в статье К.Я. Кондратьева по итогам Всемирной конференции по изменению климата осенью 2003 г. в Москве подтверждает беспрецедентно возросшее за последние несколько десятилетий внимание к проблемам климата, как и указанный объем запланированных в США расходов на разработки в области климатической проблематики в 2004 г. - 4,5 млрд. долларов (Кондратьев, 2004). Нам остается только еще раз подчеркнуть весомость такого доказательства не только чисто научной, но еще более - практической значимости исследований в области глобальной (и региональной) климатологии. Не касаясь проблемы выявления антропогенной составляющей глобального потепления и причин происходящих изменений, хотелось бы обратить внимание и на другие проблемы.
Специалисты, занимающиеся климатическими исследованиями, испытывают острую необходимость в объективной информации о происходящих, наблюдавшихся и потенциальных изменениях климата, особенностях их воздействия и возможной реакции. Соответственно, можно выделить такие важнейшие задачи:
выявление особенностей текущих (современных) изменений, особенно на уровне регионов, в целях разработки потенциальных вариантов на ближайшие 10-25 лет;
определение специфики воздействия подобных изменений на другие компоненты природной среды (водные ресурсы, состояние многолетней мерзлоты, площади горного оледенения и пр.), природные комплексы разного ранга (экосистемы, агро- и биоценозы и т.д.).
Решение данных задач, на наш взгляд, совершенно необходимо для осуществления работ по одному из трех направлений, на которых должны быть сконцентрированы усилия в ближайшие годы в соответствии с заявлением Международной группы G-8 от 2 июля 2003 г. (Кондратьев, 2004), а именно - по обеспечению устойчивого сельскохозяйственного производства и сохранения биоразнообразия. Важнейшим управляющим фактором воздействия на совокупность материальных и энергетических ресурсов, необходимых для существования любой экосистемы, является климатический фактор. Компоненты сложных многоуровенных биогеоценозов обладают разной скоростью ответной реакции на климатические изменения, что может приводить к нарушению их развития и увеличивать неустойчивость. В таком случае любое дополнительное, непродуманное антропогенное воздействие способно послужить "спусковым крючком" для нарушения установившихся взаимосвязей, деградации и серьезным экологическим последствиям. Поэтому так важна задача оценки влияния наблюдаемых климатических изменений на компоненты природных систем, функционирование отраслей сельского хозяйства (уязвимость, адаптационные возможности и устойчивость).
Степень воздействия погодных условий любого года не только на природные составляющие, но и на функционирование многих отраслей хозяйства каждого региона предопределяет важность подобных исследований во всех районах России. Не касаясь прибрежных густо заселенных территорий, где погодные аномалии проявляются достаточно жестко, хотелось бы подчеркнуть специфику внутриконтинентальных территорий. Определяясь с районом исследований, следует присоединиться к А.И. Воейкову, который писал в 1909-10 гг.: "Пора сдать в архив выражение "Средняя Азия" по отношению к нашему Туркестану, а действительно среднюю часть Азии для избежания недоразумений назвать "центральной". В эту область должны войти страны от Алтая и Саяна на севере до Гималаев на юге, от Памира и западного Тянь-Шаня на западе до собственно Китая на востоке" (Воейков, 1958. С. 283). В пределах данной территории, включающей, кроме России, участки Казахстана, Монголии, Китая, планируется создание трансграничной биосферной территории "Алтай".
Пониженный уровень увлажнения и крайняя зависимость всех природных компонентов от количества атмосферных осадков усугубляется существенной изменчивостью климатических параметров от года к году, предопределенной такой особенностью климата как континентальность. Увеличенная амплитуда годовых и суточных температур, неравномерное распределение осадков в течение годового цикла, когда основная их сумма приходится на теплое время (весенний сезон в пустынных областях, вторую половину теплого периода в степных и лесостепных) обусловливают ритмы развития не только природных процессов, но и хозяйственной деятельности населения, связанного с сельскохозяйственным производством. Особенной зависимостью от состояния природной среды, природных ресурсов вследствие преобладания традиционных природоэксплуатирующих форм экономики при ограниченности транспортной связи, отсталости общего уровня развития промышленности, характеризуются горные районы территории. С учетом происходящих в последние десятилетия политических и экономических преобразований, следует отметить тенденцию возвращения сельского населения к исконным формам деятельности - животноводству. Увеличение поголовья скота в Казахстане, Монголии, Республике Алтай на фоне наблюдавшегося возрастания засушливости территории способствовали деградации земель вплоть до развития процессов опустынивания. На данное обстоятельство обращалось внимание во время проведения Международной конференции по проблемам опустынивания под эгидой Российской академии сельскохозяйственных наук, Проблемного Совета по борьбе с опустыниванием РАСХН, Правительства Республики Алтай в августе 2004 г. в г. Горно-Алтайске, расширенного научного симпозиума НАТО "Экологическая безопасность и устойчивое землепользование горных и степных территорий Монголии и Алтая" в октябре 2004 г. в г. Барнауле и других. Особый вопрос связан с сохранением биоразнообразия данных территорий. Изолированность способствовала сохранению многих видов, находящихся на грани исчезновения в прилегающих районах. Проблема соотношения площадей, занятых особо охраняемыми территориями (ООПТ), на которых практически исключается или значительно ограничивается хозяйственная деятельность, в том числе и прогрессивно развивающееся рекреационное землепользование, с задачами повышения уровня жизни, искоренения бедности, устойчивого экономического развития, требует тщательного исследования и продуманного решения. И в данной области сказывается влияние происходящих климатических изменений: естественная миграционная активность животных, обусловленная ухудшением кормовой базы при увеличении снежности, контрастности зимней погоды, когда резкие похолодания вслед за оттепелями определяют формирование корки наста на поверхности снега, ограничивающей возможность добывания подножного корма копытными; некоторые виды птиц, остающихся на зимовку на незамерзающих озерах, подвергаются опасности браконьерства и т.д. Быстрое расширение ареалов произрастания многих видов деревьев весьма наглядно отражает тенденцию изменения границ высотных поясов. Вопрос о темпах и тенденциях такого процесса требует также особого рассмотрения виду возможности ухудшения экологической обстановки местообитания достаточно ранимой флоры и фауны высокогорья. Все возрастающий пресс рекреационного освоения удивительных по красоте и "нетронутости" предгорных и горных районов Алтая уже демонстрирует не только степень негативных последствий и скорость их проявления, но также и основную проблему рекреационного природопользования. Если основной упор в развитии экономики делать на развитие экономически эффективного и экологически безопасного землепользования, в каком соотношении развивать такие важнейшие составляющие экономики как сельскохозяйственное производство и рекреационную деятельность.
Практически все перечисленные проблемы так или иначе связаны с проблемой климатических изменений. Согласно оценкам ученых, среднегодовая приземная температура воздуха Северного полушария в ХХ в. повысилась примерно на 0,6°С. По данным Hadley Center, глобальное потепление достигло первого максимума в конце 30-х - начале 40-х годов ХХ столетия, затем, до середины 60-х годов наблюдалось некоторое снижение глобальной приземной температуры воздуха, сменившееся дальнейшим повышением. Потепление на территории континентов относительно 60-х годов XIX в. оценивается в 1,6°С (Глобальные изменения природной среды, 2000). В Третьем Национальном Сообщении Российской Федерации, подготовленном Межведомственной комиссией по проблемам изменения климата, отмечено, что для территории России потепление за столетие (1901-2000 гг.) составило около 1°С, при увеличении скорости за последние 50 лет. Повышение температуры более заметно зимой и весной, почти не наблюдаясь осенью, с максимумом интенсивности к востоку от Урала (Третье национальное сообщение РФ, 2002). Столетний тренд в колебаниях средних месячных сумм осадков выражен слабо, свидетельствуя о незначительном росте в течение 100 лет и определенном уменьшении осадков в последнем 50-летии. Рост осадков холодного периода происходил лишь в Западной Сибири, при уменьшении осадков теплого периода. Увеличение годовых осадков преобладает повсеместно в Западной Сибири, за исключением Алтая. В целом, для России изменение климатических условий может характеризоваться как "потепление, сопровождающееся усилением засушливости" [4, с. 18]. Наиболее достоверно изменения климата могут быть оценены по данным инструментальных наблюдений на сети гидрометеорологических станций. Особый интерес представляют длиннорядные станции, к которым относится одна из старейших в Азии - мст. Барнаул. Исследования подтвердили, что метеостанция может считаться реперной для территории внутриконтинентальных районов, особенно Центральной Азии. Коэффициенты корреляции годовой температуры воздуха с метеостанциями Алтайского края составляют 0,86-0,98, годовых сумм осадков - 0,67-0,72 [5]. Корреляция годовых температур с Минусинском - 0,68, с Урумчи и Алтай,Синьцзян (Китай) - 0,57 и 0,88 (Чистяков, Селиверстов, 1999).
При линейной аппроксимации (рис. 1) тренд годовой температуры воздуха мст. Барнаул за 166 лет отражает увеличение на 2,8°С, или на 1,8°С за 100 лет. Заметно увеличение темпов прироста температуры: от 0,0147°С/год в период 1838-1958 гг. до 0,0336°С/год за последние 44 года. Потепление проявляется большей частью зимой и весной: средняя температура теплого периода (IV-X) увеличилась на 2,3°С за 166 лет, или 1,4°С за 100 лет; холодного (XI-III) - на 3,4°С или 2,2°С соответственно. Особенно заметны изменения для января (на 4,8°С), марта (4,4°С) и апреля (4,5°С). Для июля, августа и сентября повышение оказалось минимальным - 1,6°С, 1,9°С и 1,5°С соответственно (Харламова, 2000).
Рис. 1. Годовая температура воздуха, мст. Барнаул, 1838-2004 гг. Ряд 1 - ежегодные значения, ряд 2 - линейный тренд, ряд 3 - 11-летние скользящие средние
С 1970 по 2003 гг. суммы активных температур (сумм-t>10°C) возросли на 260°С, что соответствует повышению годовой температуры примерно на 0,8°С. К концу 2025 г. среднегодовая температура воздуха для мст. Барнаул может повыситься на 1°С, и это равносильно увеличению суммы активных температур сумм-t>10°С на 300°С.
В связи с увеличением повторяемости экстремальных явлений важно проследить изменение абсолютных величин температуры. Линейный тренд абсолютных максимумов температуры с 1928 по 2003 гг. (76 лет) характеризуется увеличением на 0,8°С. Для абсолютных минимумов изменения более заметны и составляют 3,4°С, основной рост отмечался до 1965 г., а примерно с 1989 г. знак тренда изменился.
Наиболее сухой период в распределении осадков (рис. 2) отмечался в 1850-1873 гг. После векового максимума в 1907-1912 гг. наблюдалась нисходящая ветвь, на фоне которой выделяются засушливые периоды 1923-1936 гг., 1947-1957 гг. и 1969-1984 гг., чередующиеся с периодами повышенного увлажнения. Естественная ритмичность распределения количества осадков обусловила ухудшение условий развития растительности с 1951 по 1955 гг. (исключая 1954 г.), когда наблюдалась катастрофическая или значительная засушливость теплого периода. Поэтому распашка целинных земель на Алтае проходила при крайне неблагоприятных климатических условиях. Это могло послужить толчком к началу развития процессов опустынивания, о чем свидетельствует резкий рост числа пыльных бурь в последующем. Переход на почвозащитную систему земледелия в 1969-1972 гг. заметно ослабил развитие этих процессов. Однако увеличение естественной засушливости территории вновь определяет рост числа пыльных бурь. С 1977-1978 гг. началась восходящая ветвь нового векового цикла, на фоне которой выделен влажный период 1986-2002 гг. В настоящее время развивается внутривековой цикл пониженного увлажнения, уменьшается и снежность зим. Подобный минимум увлажненности в 1970-х годах и современное резкое возрастание годовых сумм осадков получены также по данным мст. Улангом в Убсунурской котловине (Чистяков, 1998). Пониженный уровень увлажнения может сохраниться еще несколько лет, что подтверждает значимая корреляция количества осадков и уровня солнечной активности: в годы минимума, ближайший из которых ожидается в 2006 г., вероятность засух увеличена.
Рис. 2. Отклонение годовых сумм осадков от средней за 1838-2003 гг.
Таким образом, региональные особенности динамики климата Центральной Азии, в том числе Алтае-Саянской горной страны, характеризуются более интенсивным, чем в целом для России, увеличением годовой температуры воздуха, преимущественно за счет снижения суровости зимы. Выявлена цикличность изменений не только термического режима, но и увлажненности территории. Данные особенности могут способствовать значительному развитию процессов опустынивания в регионе и изменению соотношения площадей, занятых тем или иным типом растительности, ландшафтов, поскольку темпы роста температуры опережают темпы увеличения количества осадков. Уже сейчас более ранний сход снежного покрова уменьшает альбедо подстилающей поверхности, изменяя ее тепловой баланс, соответственно уменьшается количество тепла, затрачиваемое на таяние снега. Повышенные скорости ветра при значительной засушливости марта-апреля способствуют быстрому сокращению влагозапасов почвы. Необходимо проводить сев сельскохозяйственных культур в более ранние и сжатые сроки, однако сохраняется высокая вероятность поздних весенних и ранних осенних заморозков. Яркий пример - невиданный снегопад 26-27 сентября 2004 г., когда высота снежного покрова в Барнауле достигала 21 см при температуре -5°С.
Предварительный анализ соотношения площадей с определенными термическими ресурсами в настоящее время и при увеличении среднегодовой температуры воздуха на 1°С показывает: если сейчас для большей части территории Алтайского края характерны термические условия теплые (2000-2200°С - 40%), очень теплые (2200-2400°С - 26%) и умеренно-теплые (1800-2000°С - 22%), то через четверть века, возможно, - жаркие (>2400°С - 49%), очень теплые (31%) и теплые (13%). Возможно замещение лесостепной зоны в пределах Алтайского края засушливой степной, которая, в свою очередь, сменится сухостепной. На месте сухих степей могут появиться опустыненные степи.
58% территории Республики Алтай в настоящее время характеризуются сумм-t>10°С <1000°С (холодный пояс), 28% - 1000-1600°С (умеренно-прохладный), через 25 лет возможно уменьшение первой категории земель на 14% и увеличение площади вторых на 8%. На 6% могут сократиться площади территорий, где нет устойчивого перехода температуры через +10°С, с появлением новых категорий - 8% умеренно-теплых (1800-2000°С) и 3% теплых (2000-2200°С) (Харламова, Михайлова, 2004). Возможный прирост количества атмосферных осадков, вероятно, окажется недостаточным для сохранения нормальных условий увлажнения при высоком уровне теплообеспеченности, особенно после максимума 2028-2030 гг., когда начнется нисходящая ветвь векового цикла. Не касаясь проблемы деградации многолетней мерзлоты, коротко отметим, что основные изменения могут коснуться аридных территорий, где увеличение засушливости проходит на фоне увеличивающегося антропогенного воздействия (перевыпас скота).
Возможно дальнейшее сокращение площади горного оледенения. Модели парной и множественной регрессий величины отступания языка ледника Геблера (Катунский хребет) с такими наиболее значимыми и информативными факторами как средняя летняя температура воздуха и годовая сумма осадков (рис. 3), позволили определить скорость реакции ледника на изменения температуры - 6 лет, осадков - от 20 до 23 лет и от 82 до 88 лет. Как реакция на исключительно теплый 2002 г, ближайшее значительное сокращение языка возможно в 2008 г. Подобные модели созданы и для других ледников.
Рис. 3. Множественная регрессия величины отступания языка ледника Геблера (Катунский хребет) с годовым количеством осадков и средней летней температурой воздуха. Ряд 1 - 11-летние скользящие средние годового количества осадков, ряд 2 - величина отступания языка ледника; ряд 3 - 11-летние скользящие температуры лета
Определена регрессия уровня расхода воды в р. Обь за 1922-2003 гг. (створ Барнаул). Проблема сокращения объемов водных ресурсов Алтая ожидается достаточно острой.
Список литературы
Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной климатологии (к итогам Всемирной конференции по изменению климата. Москва, 29 сентября-3 октября 2003 г.) / Изв. РГО, вып. 2, 2004. С. 1-25.
А.И. Воейков. Периодичны ли колебания климата и повсеместны ли они на земле? Изб. сочинения: В 3 т. / Под ред. А.Григорьева - М.: Изд-во АН СССР, 1952. Т. 3. - С. 281-306.
Глобальные изменения природной среды (климат и водный режим). - М.: Научный мир, 2000. - 304 с.
Третье Национальное Сообщение Российской Федерации, представленное в соответствии со статьями 4 и 12 рамочной Конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата. Межведомственная комиссия Российской Федерации по проблемам изменения климата. - М., 2002. - 158 с.
Барышникова О.Н., Харламова Н.Ф. Предпосылки изменения ландшафтной структуры территории Алтайского края // Известия АГУ, № 3(25), 2002. - С. 69-75.
Чистяков К.В., Селиверстов Ю.П. Региональная экология малоизмененных ландшафтов: Северо-Запад Внутренней Азии. - Спб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1999.- 264с.
Харламова Н.Ф. Динамика и структура температурного режима мст. Барнаул /Климат, мониторинг окружающей среды, гидрометеорологическое прогнозирование и обслуживание. Тезисы докладов Всероссийской научной конференции. - Казань: "Унипресс", 2000. - С. 77-80.
Чистяков К.В. Аридные геосистемы Убсунурской котловины и их длительновременная динамика //Вестник СПбГУ, Сер. 7, вып. 3 (№21), 1998. - С. 45-52.
Харламова Н.Ф., Михайлова Л.А.Возможные изменения экосистем Алтая в связи с региональными изменениями климата / Материалы Междун. Казахстанско-Российской научно-практич. конф. "Проблемы трансграничного загрязнения территорий". Усть-Каменогорск, 5-6 окт. 2004 г. - Усть-Каменогорск. Часть 2, 2004. С. 197-201.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.geo.asu.ru/