Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

АНТРОПОГЕННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА РЕГИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ

Жемухов Р.Ш. 1 Машукова Ф.Э. 1
1 ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Работа посвящена актуальной теме – оценке последствий для сельского хозяйства на региональном уровне при глобальных антропогенных изменениях климата. Рассмотрена задача расчета режима орошения и оросительных норм для различных сельскохозяйственных культур и водопотребность сельского хозяйства по годам для условий Кабардино-Балкарской Республики. Для этого территория республики разбита на две зоны, равнинную и предгорную. Каждая из выделенных зон относится к метеостанциям, расположенным в соответствующих зонах. Расчеты проводятся за 1944–2004 гг. Проведен статистический анализ метеорологических параметров за 60-летний период, с оценкой математического ожидания, дисперсии, среднеквадратического отклонения, изучены их связи, с выявлением тесноты связи и построены соответствующие регрессионные зависимости. Все промежуточные расчеты по режиму орошения и оросительным нормам велись в декадном разрезе.
климат
антропогенные процессы
статистическая обработка
регрессионные зависимости
режим орошения
1. Алоев Т.Б., Асланова Е.М., Жемухов Р.Ш., Жемухова М.М. Оптимальное планирование развития водохозяйственной системы // Гуманитарные, социально-экономические и общественные науки. – 2015. – № 3. – С. 267–270.
2. Белов П.Н., Борисенков Е.П., Панин Б.Д. Численные методы прогноза погоды – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 375 с.
3. Будыко М. И, Анисимов О.А и др. Прогноз антропогенных изменений климата и их последствия и проблемы гидрометеорологии и окружающей среды на пороге 21 века // Труды Международной теоретической конференции. – СПб., 2002. – 339 с.
4. Жемухов Р.Ш., Жемухова М.М., Алоев Т.Б., Асланова Е.М. Автоматизация водохозяйственных расчетов на региональном уровне (часть I) // Новые технологии. – Майкоп, 2014. – № 4. – С. 38–42.
5. Жемухов Р.Ш., Жемухова М.М., Алоев Т.Б., Автоматизация водохозяйственных расчетов на региональном уровне (часть II) // Новые технологии. – Майкоп, 2015. – № 1. – С. 47–53.
6. Жемухов Р.Ш., Жемухова М.М., Алоев Т.Б., Асланова Е.М. Система математических моделей для оценки ирригационного водопотребления при антропогенных изменениях климата // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1; URL: http://www.science-education.ru/121-19244.
7. Жемухов Р.Ш., Нагоров А.Л. К задаче оценки последствий изменения климата для сельского хозяйства на рациональном уровне // Проблемы информатизации общества: материалы Всероссийской конференции (с международным участием). – Нальчик, 2008. – С. 226–228.
8. Матвеев Л.Т. Динамика облаков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – 311 с.
9. Национальный доклад по проблемам изменения климата. – М., 2002. – 29 с.

Идущие в мире быстрые изменения климата ставят абсолютно новые проблемы перед мировой экономикой и экономиками отдельных стран. Среди экономических секторов сельское хозяйство может подвергнуться наиболее существенным изменениям [3, 9]. Тем самым могут трансформироваться условия и объемы производства продовольствия – основы существования и развития человечества.

При рассмотрении влияния изменения климата на сельское хозяйство России можно рассмотреть, по крайней мере три сценария:

1. Изменение климата скажется позитивно.

2. Изменение климата приведет к негативным последствиям.

3. Климат в ближайшем будущем останется стабильным, и влияние климатического фактора будет соответствовать последним десятилетиям.

Критическим порогом считается глобальное потепление на 2,5 °С – ниже этого порога изменения объемов сельскохозяйственного производства могут быть незначительными, выше – возможно существенное сокращение объемов.

В России сельское хозяйство в значительной степени зависит от климатических условий и их колебаний. В основных районах производства зерна на протяжении 20 века возросла засушливость климата. Чаще всего сильные засухи наблюдались в Нижнем Поволжье и на юге Урала. Последние 10–15 лет оказались самыми теплыми и влажными в России за минувшее столетие. Особенно заметно возросла повторяемость летних засух на европейской территории страны в последнее десятилетие прошлого века. Погодные условия были засушливыми в 1996, 1998, 1999 гг. и в некоторой степени в 2002 г. Заметно изменились зимние условия. На европейской части уменьшение высоты снежного покрова было связано с повышением температуры воздуха зимой, уменьшением зимних осадков и частыми оттепелями.

Прогнозировать качественные последствия для России в результате глобального изменения климата очень сложно в силу неопределенности многих природных изменений. В частности, в этой области необходимо совершенствовать аппарат моделирования и прогнозирования [2, 7, 8]. Сейчас при разработке сценариев воздействия изменения климата на сельское хозяйство в мире и России широко используются модели глобальной циркуляции атмосферы и их модификации: GFDL R30 (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, USA) и CCC T32 (Climate Centre, Canada).

В экономике России сельскохозяйственное производство в наибольшей степени зависит от возможных изменений климата. По оценкам специалистов воздействие на сельское хозяйство таких изменений будет неоднозначным, позитивные последствия могут сочетаться с негативными. Во многих климатических сценариях и прогнозах подчеркивается, что трансформация климатических условий будет связана с переменой частоты неблагоприятных для сельского хозяйства явлений. Опасным может стать рост вероятности низких урожаев в результате увеличения частоты и повторяемости засух и повышения засушливости на территориях ряда регионов.

Связанное с изменением климата потепление в России может проявиться значительнее, чем, например, в тропиках. Существенно повысится температура в регионах с неразвитым сельским хозяйством: к середине 21 века ожидается ее повышение на 3–4 °С в Западной Сибири, на 2–3 °С – на севере европейской территории страны, в Якутии и на всем арктическом побережье.

Наивысших приростов урожайности следует ожидать в северных и центральных регионах. В наиболее неблагоприятных условиях с вероятным снижением урожайности зерновых окажутся Северо-Кавказский, Западно-Сибирские и Восточно-Сибирские регионы (табл. 1).

Таблица 1

Реакция урожайности сельскохозяйственных культур на возможные изменения климата и рост содержания СО2 в атмосфере (в % от современного уровня урожайности)

Регион

Кормовые культуры

Зерновые культуры

Срок реализации сценария (годы) сценария (годы)Срок С

30–40 лет

60–70 лет

90–100 лет

30–40 лет

60–70 лет

90–100 лет

Северный

22

32

31

26

24

13

Северо-Западный

21

24

30

22

12

22

Калининградский

22

22

20

34

25

29

Центральный

19

24

17

27

25

13

Волго-Вятский

21

30

19

20

26

11

ЦЧО

20

24

7

15

15

–7

Поволжье, Сев.

24

30

8

16

19

–10

Поволжье, Юг

5

14

1

7

30

20

Северо-Кавказский

2

3

–7

–6

–7

–13

Уральский

14

28

17

11

16

–7

Западно-Сибирский

6

19

1

–7

–1

–23

Восточно-Сибирский

0

0

–4

–12

–18

–24

Дальневосточный

6

13

7

10

12

5

Россия

13

21

11

11

14

–1

Источник: Национальный доклад по проблемам изменения климата. М.: Минэкономразвития России, 2002, С. 11.

Вместе с тем во многих прогнозах выделяются и негативные последствия глобальных изменений для сельского хозяйства. Отмечается значительное изменение погодных условий для сельскохозяйственного производства в традиционных аграрных районах, что будет связано не только с тем, что климат будет более теплым, но он станет и более сухим. Смещение природно-климатических поясов на север может повлечь за собой негативные процессы. Площадь подверженной засухе степной и лесостепной зоны, где сейчас сосредоточено основное сельскохозяйственное производство, возрастет в 1,8 раза. И эта зона распространится к северу. Особенно далеко к северу продвинутся степи Сибири. На юге России начнется аридизация, сухие степи Поволжья и Северного Кавказа могут превратиться в пустыни. Все это отрицательно скажется на традиционных аграрных регионах.

Из последних климатических прогнозов следует отметить исследование специалистов из МГУ, Центра проблем экологии и продуктивности лесов РАН и Университета города Касселя (Германия). Был сделан прогноз погоды для России на 2020-е и 2070-е гг. Кроме того, исследователи попытались представить, как ожидаемые изменения климата повлияют на производство сельскохозяйственной продукции. Для России в ближайшие десятилетия сценарии дают сходные оценки изменения климата: повышение среднегодовых температур на 1,8–2,8 градуса. К 2070-м гг. средняя температура вырастет уже на 4–6 градусов, в основном за счет потепления на севере, в южных областях России лето станет жарче всего на 1 градус. Северные зимы станут более влажными, а на юг придет засуха. Согласно некоторым расчетам, предстоящие засухи в основных сельскохозяйственных районах (особенно в Ставропольском и Краснодарском краях) вызовут падение сельскохозяйственного производства, причем наиболее существенные изменения приходятся на ближайшие два-три десятилетия, как на естественное, так и искусственное плодородие:

– нарастание экологических проблем;

– негативные социальные процессы на селе;

– появление новых видов болезней и вредителей сельскохозяйственных растений;

– неразвитость сферы инфраструктуры и переработки;

– возможное уменьшение конкурентоспособности сельского хозяйства в результате вступления России в ВТО.

В статье рассматривается один из возможных подходов к решению задачи [1, 4, 5, 6].

В рамках рассматриваемой задачи оценки влияния глобальных изменений климата на региональном уровне выполнен анализ рядов наблюдений за метеофакторами для условий КБР.

На территории КБР систематические наблюдения ведутся только на двух метеостанциях: м/с Нальчик, м/с Прохладный.

Период наблюдений: с 1944 г. по 2004 г. по 5 характеристикам. Это такие характеристики, как осадки, температура, влажность, дефицит влажности воздуха и максимальная скорость ветра. При этом территория Кабардино-Балкарской Республики была поделена на две зоны:

1. Предгорная зона (г. Нальчик, Чегемский, Баксанский, Урванский, Лескенский, Черекский и Зольский административные районы), которая представлена м/с Нальчик.

2. Равнинная зона (Прохладненский, Майский и Терский административный районы), тяготеющая к м/с Прохладный.

Оптимальный вариант площадей орошения для каждой из зон получен на основе решения соответствующей оптимизационной задачи.

По каждой из этих двух метеостанций ведутся систематические наблюдения начиная с 1944 г. При анализе метеофакторов по каждой из метеостанций, вся исходная информация была разбита в декадном разрезе (10–11 дней).

Анализировались метеофакторы:

1. Cумма осадков – x.

2. Средняя температура воздуха – y.

3. Максимальная скорость ветра – z.

4. Влажность воздуха – u.

5. Дефицит влажности воздуха – v.

В рамках установления связи между изучаемыми метеофакторами получены оценки тесноты связи между ними. Также построены регрессионные уравнения, связывающие метеофакторы при наличии связи между ними (табл. 2, 3).

Таблица 2

Числовые характеристики метеофакторов по м/с Нальчик и Прохладная

м/с Нальчик

Числовые характеристики

Метеопараметры

х

у

z

u

v

Математическое ожидание

9,777

4,284

77,562

16,980

9,800

Дисперсия

88,436

13,144

100,766

–694,102

21,923

м/с Прохладный

Математическое ожидание

10,137

4,806

77,973

121,849

10,377

Дисперсия

98,814

19,048

112,633

–603,744

20,499

Таблица 3

Теснота связи между метеопараметрами

м/с Нальчик

Метеопараметры

 

х

у

z

u

v

х

 

0,775

–0,578

0,288

0,172

у

   

–0,819

0,151

0,206

z

     

–0,029

–0,268

u

       

0,181

м/с Прохладный

х

 

0,888

–0,751

0,260

0,227

у

   

–0,875

0,110

0,214

z

     

–0,042

–0,291

u

       

0,147

Для каждой метеостанции в результате статистического анализа информации были построены многомерные регрессионные зависимости, связывающие температуру воздуха с другими метеофакторами. Они имеют вид:

м/с Прохладный

t – температура, x1 – скорость ветра, x2 – осадки, x3 – относительная влажность, x4 – дефицит влажности;

по среднегодовым показателям

t(x1, x2, x3, x4) = 0,00252 + 0,05863•x1 + 0,14118•x2 + 0,04068•x3 + 0,94602•x4;

по сезонам:

зима

t(x1, x2, x3, x4) = 0,02361 + 0,10214•x1 + 0,02048•x2 – 0,06299•x3 + 3,23649•x4;

весна

t(x1, x2, x3, x4) = 0,0015 – 0,09527•x1 + 0,11852•x2 + 0,04599•x3 + 1,31785•x4;

лето

t(x1, x2, x3, x4) = 0,0018 – 0,00034•x1 + 0,00838•x2 + 0,18877•x3 + 0,8834•x4;

осень

t(x1, x2, x3, x4) = 0,00851 + 0,09208•x1 – 0,01476•x2 + 0,08569•x3 + 0,79516•x4.

pic_39.wmf

Рис. 1. Ирригационная водопотребность, млн куб. м

pic_40.wmf

Рис. 2. Оросительная норма для озимой пшеницы по годам, куб. м, м/с Нальчик

Аналогичные результаты получены и для метеостанции Нальчик.

На рис. 1 отображена суммарная водопотребность в целом для всей территории республики по годам, млн м куб.

Суммарная ирригационная водопотребность складывается из сумм оросительных норм для каждой сельскохозяйственной культуры с учетом занимаемых ими площадей. Результаты расчетов по оросительным нормам озимой пшеницы приводятся на рис. 2.


Библиографическая ссылка

Жемухов Р.Ш., Машукова Ф.Э. АНТРОПОГЕННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА РЕГИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 7. – С. 118-122;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36015 (дата обращения: 18.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074