Климатические условия представляют собой совокупность динамики основных метеорологических элементов в нижней атмосфере, определяющих деятельность человека. Охлаждение или потепление, связанные с изменением климата, могут происходить в течение различных длительных периодов времени. Важным отличительным признаком является различие между теми погодными процессами, которые происходят в рамках климатической зоны, и самим изменением климата, которое увеличивает или снижает вероятность возникновения определенных погодных условий. Таким образом, можно исследовать динамические особенности погодно-климатического режима территории г. Ханты-Мансийска за период с 2011 по 2020 г., что говорит о наличии тенденций к ряду климатических колебаний.
Изменения климата также являются результатом деятельности человека на планете, такой как массовое использование ископаемого топлива, в то время как естественное изменение климата происходит в течение очень длительных периодов времени, что влечет за собой определенную адаптацию видов животных и растений, антропогенные изменения (т.е. связанные с деятельностью человека) происходят очень быстро и, следовательно, угрожают часто хрупким экосистемам.
Нынешнее глобальное потепление – это повышение средней температуры околоземной атмосферы и морей с начала индустриализации. Это антропогенное изменение климата, поскольку оно в основном связано с деятельностью энергетического, сельского и лесного хозяйства, промышленности, в транспортном и строительном секторах, выделяющих парниковые газы [1].
При антропогенном глобальном потеплении, без ужесточения мер по защите климата, ожидается, что температура поднимется на 4–5 °C с конца XX по конец XXI в.; таким образом, потепление происходит примерно в 100 раз быстрее, чем при исторических природных изменениях климата [2].
Отдельного внимания заслуживает вопрос климатических условий города, которые обычно изменены по сравнению с окружающими районами [3]. Географическую оценку региона следует начинать с климата [4]. Для этого необходимо проанализировать средние статистические показатели климата [5]. Изменения климата происходят в быстром темпе, так что экосистемы и их компоненты не успевают адаптироваться. Поэтому оценка таких изменений особенно важна на региональном уровне. Изменение климата указывает на необходимость заблаговременного формирования разностороннего подхода к проблемам климата [6].
Оценка климатических условий имеет особую значимость в Ханты-Мансийском автономном округе – Югре, где экосистемы наиболее чувствительны к происходящим изменениям климата. Поэтому необходимо рассмотреть изменение перехода температур воздуха через 0 °С осенью и весной, т.е. продолжительность лета и зимы, а также изменение влагообеспеченности территории путем расчета показателей балансового подхода за 2011–2020 гг.
Материалы и методы исследования
Нами для исследования была выбрана территория ХМАО-Югры, северное географическое положение которого накладывает отпечаток на развитие отраслей экономики [7]. Город Ханты-Мансийск располагается в центральной части Западной Сибири [8]. Современное местоположение метеостанции г. Ханты-Мансийска – 61 °03´ с.ш. и 69 °12´ в.д., высота над уровнем моря 44 м. По классификации климатов А.А. Григорьева и М.И. Будыко город расположен в умеренном климатическом поясе, с умеренно теплым летом и умеренно суровой снежной зимой. Радиационный баланс составляет здесь 1100–1200 МДЖ/м2, суммарная солнечная составляющая – 3400–3600. МДЖ/м2. Продолжительность солнечного сияния изменяется с 1700 до 1800 ч, число дней без солнца – с 100 до 120. Средняя температура воздуха в январе равна -20 °С, в июле 18 °С, абсолютный минимум января – 49 °С, абсолютный максимум июля – +37 °С, годовая амплитуда 37–38 °С. Здесь достаточно продолжительны устойчивые морозы (150–160 дней), средняя продолжительность безморозного периода на почве колеблется от 90 до 100 дней. Снежный покров наблюдается от 190 до 200 дней при средней из наибольших декадных высот от 50 до 60 см. Относительная влажность составляет 75 %, месяцы с высокой относительной влажностью – это январь, ноябрь и декабрь. Средняя междусуточная изменчивость температуры воздуха за холодный период (ноябрь – март) изменяется от 4,5 до 5 °С. Среднее количество осадков не превышает 550 мм в год, 170–180 дней в году в г. Ханты-Мансийске фиксируются осадки. Скорость ветра не превышает 3–4 м/с, зимой наблюдаются ветры преимущественно южного и юго-западного направлений, летом – северные.
При оценке биоклиматического потенциала наиболее существенным показателем является сумма температур воздуха за период с температурами выше 10 °С, которые иначе называют суммой активных температур. Степень комфортности природной среды для жизнедеятельности человека, также хозяйственной деятельности определяется совокупностью количественных характеристик периода с температурой выше 10 °С, температурой, осадками.
Данные некоторых показателей погодно-климатического режима для Ханты-Мансийска приведены в табл. 1.
Таблица 1
Показатели погодно-климатического режима г. Ханты-Мансийска
|
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
|
|
Температура воздуха, °C |
-18,9 |
-17,3 |
-8,1 |
-1,2 |
7,4 |
15,2 |
18,3 |
14,5 |
7,8 |
0,5 |
-10,4 |
-16,8 |
|
Количество осадков, мм |
32 |
24 |
27 |
29 |
48 |
55 |
62 |
81 |
55 |
46 |
38 |
36 |
Среднегодовая температура воздуха г. Ханты-Мансийска составляет -0,8 °C, количество осадков за год составляет 532 мм, среднегодовая влажность воздуха равна 77 %, скорость ветра 2,4 м/с [9].
В качестве критериев для оценки климатических условий территории обычно выбирается несколько ведущих, которые существенным образом влияют на качество географической среды.
Среди показателей балансового подхода для оценки климатических условий территории используют разнообразные характеристики тепло- и влагообеспеченности территории, среди которых можно отметить: гидротермический коэффициент Селянинова и индекс биоклиматической эффективности климата Иванова.
Гидротермический коэффициент Селянинова рассчитывается по формуле
ГТК = 10∙R10/∑T10, (1)
где R10 – сумма осадков (мм) за период с температурой воздуха выше 10 °С; ΣT10 – сумма температур ( °C) за период с температурой воздуха выше 10 °C.
ГТК по Селянинову интерпретируется следующим образом (табл. 2).
Таблица 2
Градации гидротермического коэффициента Г.Т. Селянинова [10]
|
Значение ГТК |
Влагообеспеченность |
Значение ГТК |
Влагообеспеченность |
|
более 2,00 |
переувлажненная |
0,60–0,41 |
очень низкая (средняя засуха) |
|
2,00–1,51 |
избыточная |
||
|
1,50–1,41 |
повышенная |
0,40–0,21 |
исключительно низкая (сильная засуха) |
|
1,40–1,11 |
достаточная (оптимальная) |
||
|
1,10–0,76 |
недостаточная |
менее 0,20 |
катастрофически низкая (очень сильная засуха) |
|
0,75–0,61 |
низкая (слабая засуха) |
Данный показатель характеризует общие условия увлажнения и теплообеспеченности. С его помощью можно определять степень увлажнения с точки зрения соотношения тепла и влаги.
Индекс биоклиматической эффективности климата Н.И. Иванова рассчитывается по формуле
БЭК = 0,01Ky∑T10, (2)
где Ку – коэффициент увлажнения Г.Н. Высоцкого – Н.И. Иванова, который определяется по формуле
Ку = 
(3)
где R – годовое количество выпавших осадков (мм), t – среднемесячная температура воздуха ( °C); f – среднемесячная относительная влажность воздуха ( %).
Годовая тепло- и влагообеспеченность характеризуется индексом биоклиматической эффективности климата (БЭК), включающим температуру и относительную влажность воздуха, а также атмосферные осадки, что, в свою очередь, хорошо отражает устойчивость геосистем.
В зависимости от величины индекса БЭК существуют разные интерпретации экологических условий. Так, авторы [11, 12] выделили уровень экологического потенциала и шкалу устойчивости экосистем (табл. 3).
Таблица 3
Уровень экологического потенциала и шкала устойчивости геосистем в зависимости от градации БЭК
|
Значение БЭК |
Уровень экологического потенциала |
Шкала устойчивости геосистем |
|
0–8 |
очень низкий |
наиболее неустойчивые |
|
8–12 |
низкий |
неустойчивые |
|
12–16 |
средний |
умеренно устойчивые |
|
16–20 |
относительно высокий |
устойчивые |
|
20 и более |
высокий |
наиболее устойчивые |
Результаты исследования и их обсуждение
Наряду с изменениями климата в глобальных масштабах значительный интерес представляет изучение региональных климатических изменений, так как они широко используются для решения практических задач и применяются в различных нормах и правилах, использующихся в строительстве, сельском хозяйстве и других отраслях [13].
Одним из ключевых климатических показателей является переход температур воздуха через 0 °С осенью и весной, его считают признаком начала и конца зимы. В ХХ в. эти даты приходились на 13 октября и 17 апреля в Ханты-Мансийске согласно Справочнику климата СССР [14]. Рассмотрим примеры флуктуаций гидрометеорологических показателей, наблюдающихся в пределах временного интервала с 2011 по 2020 г.
Если проанализировать данные за последнее десятилетие, то можно увидеть, что начало зимы и конец зимы может запаздывать или опережать средние сроки начала прошлого столетия. Величины отклонения могут достигать от нескольких дней до месяца, например осенью 2010 г. переход через 0 ° отмечался 15 ноября, в 2019 он регистрировался 17 октября. Таким образом, начало зимы за рассматриваемые годы наступало с первой декады октября по первую декаду ноября, но чаще в третью декаду октября. Конец зимы колебался от третьей декады марта по первую декаду мая, чаще всего фиксировался в первой или третьей декаде апреля (табл. 4).
Таблица 4
Даты перехода температур воздуха через 0 °С
|
Год |
Даты перехода температур через 0 ° |
Год |
Даты перехода температур через 0 ° |
||
|
весна |
осень |
весна |
осень |
||
|
2010 |
15 апреля |
15 ноября |
2016 |
30 марта |
11 октября |
|
2011 |
4 апреля |
25 октября |
2017 |
9 апреля |
21 октября |
|
2012 |
31 марта |
22 октября |
2018 |
27 апреля |
28 октября |
|
2013 |
20 апреля |
15 октября |
2019 |
1 мая |
17 октября |
|
2014 |
20 апреля |
7 октября |
2020 |
10 апреля |
8 ноября |
|
2015 |
2 апреля |
11 ноября |
|||
Продолжительность зимы в исследуемый период колебалась в следующих пределах: самая короткая – 140 дней (2010–2011 гг., 2015–2016 гг.), самая длинная – 188 дней (2017–2018 гг.). Очень короткой зима оказалась из-за раннего начала (15 ноября, 11 ноября) и раннего конца (4 апреля, 30 марта). Величина среднего отклонения в продолжительности зимы – 18 дней. В рассматриваемый период чаще всего наблюдались длинные зимы, чем короткие (табл. 5).
Таблица 5
Продолжительность зимы
|
Период |
Продолжительность зимы |
Период |
Продолжительность зимы |
|
2010–2011 |
140 |
2015–2016 |
140 |
|
2011–2012 |
158 |
2016–2017 |
180 |
|
2012–2013 |
180 |
2017–2018 |
188 |
|
2013–2014 |
186 |
2018–2019 |
185 |
|
2014–2015 |
176 |
2019–2020 |
176 |
Раннее начало зимы неблагоприятно для хозяйственной деятельности человека, особенно если предшествующие лето и осень были холодными и дождливыми, так как сокращается вегетационный период растений, увеличивается отопительный период. Раннее окончание зимы и раннее начало весны хуже поздних, так как возможен возврат холодов, весны становятся затяжными.
Расчетные показатели гидротермического коэффициента и биоклиматической эффективности климата за 2011–2020 гг. приведены в табл. 6.
Таблица 6
Показатели балансового подхода для оценки климатических условий
|
Годы |
ГТК |
Влагообеспеченность |
БЭК |
Экологический потенциал |
Устойчивость геосистем |
|
2011 |
0,86 |
недостаточная |
12,29 |
средний |
умеренно устойчивые |
|
2012 |
0,91 |
недостаточная |
26,13 |
высокий |
наиболее устойчивые |
|
2013 |
1,63 |
избыточная |
23,57 |
высокий |
наиболее устойчивые |
|
2014 |
2,17 |
переувлажненная |
28,81 |
высокий |
наиболее устойчивые |
|
2015 |
2,46 |
переувлажненная |
30,26 |
высокий |
наиболее устойчивые |
|
2016 |
1,08 |
недостаточная |
19,15 |
относительно высокий |
устойчивые |
|
2017 |
1,37 |
достаточная |
16,57 |
устойчивые |
|
|
2018 |
1,41 |
повышенная |
21,47 |
высокий |
наиболее устойчивые |
|
2019 |
1,16 |
достаточная |
21,43 |
высокий |
наиболее устойчивые |
|
2020 |
1,10 |
недостаточная |
21,80 |
высокий |
наиболее устойчивые |
Для Ханты-Мансийска среднее многолетнее значение гидротермического коэффициента составляет 1,55, что говорит об избыточном увлажнении территории. За период 2011–2020 гг. ГТК в среднем составлял 1,415 (±0,403), т.е. наблюдалась повышенная влагообеспеченность, хотя в 2011, 2016 и 2020 гг. она была недостаточная.
Среднее многолетнее значение индекса биоклиматической эффективности климата в Ханты-Мансийске равно 19,68, что говорит об относительно высоком уровне экологического потенциала и устойчивых геосистемах. За период 2011–2020 гг. БЭК в среднем составлял 22,15 (±4,04), что соответствует высокому уровню экологического потенциала в наиболее устойчивых геосистемах, в то время как в 2011 г. экологический потенциал был средним, устойчивость геосистем была умеренная.
По показателям тепло- и влагообеспеченности можно судить о недостатке или избытке тепла или влаги на той или иной территории.
Заключение
Изменение климата является одной из важнейших международных проблем XXI в., которая выходит за рамки научной дискуссии и представляет собой комплексную междисциплинарную проблему, охватывающую экологические, экономические и социальные аспекты устойчивого развития как России, так и всего мирового сообщества.
Проблемы современного изменения климата в наши дни являются общепризнанными. Изменения климата являются частью планетарных изменений природной среды и проявляются на различных уровнях – от глобального до регионального. Основная идея заключается в том, что изменение климата на региональном уровне (например, ландшафтные зоны, бассейны рек, страны и их регионы) имеет индивидуальный характер. Наблюдаемые в настоящее время изменчивость и изменение климата и адаптация к ним на региональном и локальном уровнях стали повседневной реальностью. Причины выявленных флуктуаций погодно-климатического режима в пределах г. Ханты-Мансийска, как и особенности его микроклимата, представляют собой существенный научный интерес и требуют своего изучения.
Последствия изменения климата заключаются в повышении средней температуры у поверхности Земли, изменении количества осадков, гидрологического режима водоемов. Изменения климата отражаются на водных ресурсах озер и водохранилищ, на их качестве, а также на ледово-термическом режиме водоемов.